淺談水資源質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站設(shè)計(jì)因素

王林李國(guó)胡瑾

（淮河流域水資源保護(hù)局 蚌埠 233001）

淺談水資源質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站設(shè)計(jì)因素

王林李國(guó)胡瑾

（淮河流域水資源保護(hù)局 蚌埠 233001）

本文探討了自動(dòng)監(jiān)測(cè)站設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的七個(gè)因素：指標(biāo)體系、監(jiān)測(cè)站房設(shè)計(jì)、采樣及預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、在線監(jiān)測(cè)儀器的選擇、信息采集和監(jiān)控設(shè)計(jì)、防雷設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)，以期對(duì)水質(zhì)自動(dòng)站的建設(shè)提供參考。

水資源質(zhì)量 自動(dòng)監(jiān)測(cè)站 設(shè)計(jì) 因素

1 概述

《中華人民共和國(guó)水法》的頒布實(shí)施為水資源管理與保護(hù)提供了法律依據(jù)，也對(duì)水行政主管部門(mén)的水資源質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作提出了更明確、更高的要求。21世紀(jì)的水資源質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作不僅要掌握江河湖庫(kù)水資源質(zhì)量的基本情況，還要實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理制度，根據(jù)水功能區(qū)管理的需要，提高水資源質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)能力、快速反應(yīng)能力和自動(dòng)監(jiān)測(cè)能力，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)性水污染事故的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力。近年來(lái)，淮河流域水資源保護(hù)局相繼建成并投入使用5座自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，運(yùn)行情況良好。同時(shí)淮河流域省界及重點(diǎn)水資源質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系正在建設(shè)中，這些項(xiàng)目的實(shí)施積累了一些自動(dòng)監(jiān)測(cè)站設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)。

2 水資源質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站設(shè)計(jì)因素

水資源質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站（以下簡(jiǎn)稱自動(dòng)站）建設(shè)總體要求設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、可靠、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、操作安全簡(jiǎn)潔、符合我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范或國(guó)際有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足水資源質(zhì)量的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求。具體設(shè)計(jì)實(shí)施時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下因素：

2.1 指標(biāo)體系

自動(dòng)站監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系宜根據(jù)站址附近水系多年的水資源質(zhì)量情況、投資規(guī)模和技術(shù)上的可行性，考慮國(guó)家水資源質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系和已建水資源質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的指標(biāo)體系。目前開(kāi)展得比較多的項(xiàng)目有水溫、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和TOC 9個(gè)參數(shù)，重金屬、藻類和生物毒性等其他參數(shù)也開(kāi)始被探索和使用。

2.2 監(jiān)測(cè)站房設(shè)計(jì)

站址宜選擇有代表性的斷面，并具備合適的建站條件，道路通暢，水電和通訊能滿足要求。盡量和水文站等單位相結(jié)合，達(dá)到量質(zhì)并重，有利于將來(lái)的管理，做到無(wú)人值守有人看護(hù)。收集分析站址附近各類勘察資料和水文資料，對(duì)各站房地址進(jìn)行勘探和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，確保站房和儀器設(shè)備的安全。

監(jiān)測(cè)站房根據(jù)實(shí)際情況，采用土建站房或者活動(dòng)式可拆卸房。由于自動(dòng)站多處于農(nóng)村，供電保證率低，為確保儀器設(shè)備運(yùn)行安全，采用雙路供電系統(tǒng)以保證儀器設(shè)備運(yùn)行和日常照明。站房?jī)?nèi)配備空調(diào)、滅火器，接通水源、電話。

2.3 采樣及預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

預(yù)處理工程設(shè)計(jì)包括取水工程和采樣工程。

取水工程主要由取樣水泵、取樣浮臺(tái)、取水管路、水樣前置過(guò)濾系統(tǒng)、沉沙池、除沙過(guò)濾系統(tǒng)、除藻系統(tǒng)、水樣分配單元、壓力流量監(jiān)控等組成。常用的采水方案有兩種：棧橋式采水和浮筒式采水。

當(dāng)取水單元的水樣到達(dá)水樣分配單元后，經(jīng)過(guò)物理處理，進(jìn)入采樣單元。采樣單元中的自動(dòng)清洗采樣器通過(guò)程序設(shè)置，確定進(jìn)樣量、進(jìn)樣時(shí)間間隔、進(jìn)樣流速、自動(dòng)清洗時(shí)間、自動(dòng)吹干時(shí)間等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

采水裝置必須設(shè)計(jì)有效且易于維護(hù)的防藻除藻結(jié)構(gòu)。采水系統(tǒng)采用雙管路，采配水管路不能有漏氣并能夠自動(dòng)沖洗。每個(gè)測(cè)量周期中，采水口到室內(nèi)配水閥的前端管路和后端的配水管路必須實(shí)現(xiàn)除藻劑的添加和壓縮空氣的閉環(huán)加溫沖洗功能，沖洗水流和實(shí)驗(yàn)廢液的排放不能對(duì)取水口水體造成殘留影響。

2.4 在線監(jiān)測(cè)儀器的選擇

根據(jù)國(guó)內(nèi)外水資源質(zhì)量自動(dòng)站儀器設(shè)備的性能情況，結(jié)合選定自動(dòng)站斷面水體的污染類型和主要污染指標(biāo)，確定自動(dòng)站水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器類型。通常情況下，水溫、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度等5個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用電極多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的監(jiān)測(cè)方式；總磷、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、TOC、重金屬、藻類和生物毒性等水質(zhì)參數(shù)采用抽水取樣、儀器分析的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

在分析儀器的選擇上，應(yīng)選擇采用標(biāo)準(zhǔn)分析方法生產(chǎn)的分析儀器，設(shè)備成熟定型、性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)工作量少。為保證水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，可以從儀器的基本性能和對(duì)比實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)分析儀器進(jìn)行考核，結(jié)果應(yīng)符合國(guó)家、行業(yè)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

從近幾年全國(guó)自動(dòng)站的建設(shè)情況看，國(guó)外一些儀器公司生產(chǎn)的儀器應(yīng)用較為廣泛。不過(guò)有些參數(shù)的監(jiān)測(cè)方法還不適用于國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，部分國(guó)外引進(jìn)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器在使用時(shí)，要根據(jù)國(guó)內(nèi)水體的實(shí)際情況，在實(shí)驗(yàn)條件上作一定的改進(jìn)。

2.5 信息采集和監(jiān)控設(shè)計(jì)

由于所處的工作點(diǎn)遠(yuǎn)離城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，工作環(huán)境較為惡劣，自動(dòng)站的工作會(huì)受到天氣變化、水位升降、流量變化、水體污染程度與漂浮物、供電系統(tǒng)穩(wěn)定性等多種因素的影響。從淮河流域已建的5座自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，由于自動(dòng)站采取無(wú)人值守的工作方式，缺少適時(shí)的監(jiān)視系統(tǒng)，給系統(tǒng)的正常運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)諸多不便，有時(shí)甚至嚴(yán)重影響到監(jiān)測(cè)站的運(yùn)行。為保證水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的正常工作，配備視頻監(jiān)視系統(tǒng)非常必要。

信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)，主要是在各個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)安裝前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備PLC（可編程序控制器），實(shí)現(xiàn)數(shù)字量、模擬量及網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)信號(hào)的采集，并將需要監(jiān)控的信息進(jìn)行采集、數(shù)字化，然后接入傳輸網(wǎng)絡(luò)。采集來(lái)自水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的檢測(cè)參數(shù)攝像機(jī)的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)，并通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心在后臺(tái)軟件平臺(tái)上，適時(shí)的瀏覽各水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的水質(zhì)信息及視頻監(jiān)視信息。

2.6 防雷設(shè)施

自動(dòng)站多地處偏僻地段，易遭雷擊，安全可靠的防雷裝置是保證自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要條件。合理安裝電源避雷器和信號(hào)避雷器，以避免雷電對(duì)儀器設(shè)備造成的損壞。防雷（感應(yīng)雷和自擊雷）裝置應(yīng)充分考慮電源線路、通訊線路、接地系統(tǒng)的防護(hù)處理。

接地系統(tǒng)是防雷效果的基礎(chǔ)設(shè)施之一，設(shè)備應(yīng)進(jìn)行必要的等電位連接，以備雷電發(fā)生時(shí)所有設(shè)備處在同一電位平臺(tái)上，從而達(dá)到防止雷電災(zāi)害的目的。為提高接地系統(tǒng)的性能以及接地系統(tǒng)的抗腐蝕性以使系統(tǒng)保持長(zhǎng)效，接地電阻應(yīng)小于1歐姆。在總配電房處進(jìn)行接地系統(tǒng)的建設(shè)，接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用接地體加防腐長(zhǎng)效接地降阻劑的方法。

2.7 環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)

工程建設(shè)施工期對(duì)環(huán)境的影響包括建筑物施工和開(kāi)挖埋設(shè)電力、通訊線路對(duì)河流水體和底質(zhì)的擾動(dòng)及施工人員的生活廢棄物對(duì)環(huán)境的污染。建筑物施工和線路埋設(shè)對(duì)周邊環(huán)境的影響時(shí)間短、范圍小。但為減少其負(fù)面影響，在施工中要精心組織，在保證質(zhì)量的前提下，減少水中作業(yè)時(shí)間，同時(shí)采用圍堰施工等方法，降低工程施工對(duì)周邊環(huán)境影響。使用合理的生活設(shè)施，對(duì)施工人員生活廢棄物進(jìn)行適當(dāng)處置，減少環(huán)境污染。

運(yùn)行中的環(huán)境保護(hù)主要是防止監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備所產(chǎn)生的廢水對(duì)周邊環(huán)境的污染。采配水式監(jiān)測(cè)儀器的試劑、清洗劑等如直接排入水體，將對(duì)取水口水資源質(zhì)量和周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響。為此，對(duì)采配水式監(jiān)測(cè)儀器所產(chǎn)生的廢水需收集、運(yùn)送上岸、集中處置。管路除藻、除沙沖洗主要采用清潔水和空氣振蕩沖洗，間隔一定時(shí)間用除藻劑清洗，其中除藻劑需選用對(duì)環(huán)境污染較小的品種，如次氯酸鈉等。

3 結(jié)語(yǔ)

水利系統(tǒng)的水資源自動(dòng)監(jiān)測(cè)站尚處于初級(jí)階段，且大多建于偏遠(yuǎn)地區(qū)，建站條件差，因此，其設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中需要及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，因地制宜，合理設(shè)計(jì)，確保建設(shè)安全、可靠，可滿足各地各部門(mén)水資源管理要求的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站