拉薩河水量水質(zhì)水生態(tài)同步監(jiān)測站組建與運行

邱 勇 謝述清 金 玲

（1.西藏自治區(qū)水文水資源勘測局阿里分局，西藏阿里 859000；2.西藏自治區(qū)水文水資源勘測局林芝分局，西藏林芝 860100；3.中國水利學會，北京 100053）

隨著社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，人類對自然界的影響逐步增強，包括水環(huán)境在內(nèi)的整個生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈下降趨勢，河流面臨著變化中的生態(tài)環(huán)境問題。開展西藏水量水質(zhì)水生態(tài)同步監(jiān)測這項基礎工作，對于保護、促進高原生態(tài)環(huán)境建設具有十分重要的意義。

1 背 景

拉薩河（Lhasa River）是中國西藏自治區(qū)河流。藏語稱吉曲。河流發(fā)源于念青唐古拉山南麓，西南流經(jīng)拉薩市，至曲水縣匯入雅魯藏布江。下游河谷開闊，是西藏的主要耕作區(qū)。

整合現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)建設拉薩河水量水質(zhì)同步自動監(jiān)測站，開展拉薩河水文與水質(zhì)同步監(jiān)測；進一步摸清拉薩河高原水體特征，全面掌握拉薩河水文與水質(zhì)在不同水位級及漲退水面條件下的動態(tài)變化規(guī)律；取得寶貴的原型監(jiān)測資料，可以為開展高原河流水文水生態(tài)研究奠定基礎，為高原生態(tài)經(jīng)濟區(qū)建設和社會發(fā)展提供行業(yè)服務。

2 自動同步監(jiān)測地點選擇

水量水質(zhì)自動監(jiān)測站選址在拉薩河邊水文水資源勘測局院內(nèi)，因其在水文斷面位置，有極好的水文水生態(tài)代表性，是開展拉薩河水文水生態(tài)實驗研究的理想場所。

自動監(jiān)測站實現(xiàn)了水量、水質(zhì)等項目的自動采集與分析。主要監(jiān)測項目有：雨量、水位、氣溫、水質(zhì)常規(guī)6項、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總磷(TP)、總氮(TN)、氨氮、總有機碳（TOC）、等理化指標十多項[3]，并通過GPRS、衛(wèi)星小站兩套通訊系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動存儲、自動傳輸至西藏水文值班系統(tǒng)。主要專項監(jiān)測設備系國外引進，加上國內(nèi)配套通信傳輸設備實現(xiàn)了監(jiān)測站系統(tǒng)集成。

3 水量自動監(jiān)測

主要是水位雨量監(jiān)測，雨量計應用翻斗式遙測雨量計，水位應用雷達水位計，這些是目前成熟應用技術(shù)。

4 水質(zhì)自動監(jiān)測

4.1 常規(guī)6參數(shù)自動分析儀

常規(guī)6參數(shù)自動分析儀由測試系統(tǒng) IQ Sensor Net 以疊加方式組成。不同模塊與傳感器之間采用數(shù)字信號進行通訊。連接的傳感器有pH/溫度、ORP、DO、電導、濁度傳感器等不同類型，同時測量顯示這6種參數(shù)。其中濁度傳感器采用內(nèi)置超聲波清洗技術(shù)，確保長時間工作的穩(wěn)定性和準確性。IQ Sensor Net測試系統(tǒng)通訊協(xié)議為 MODBUS，防護等級為IP66。各傳感器特性如下。

4.1.1 pH/水溫自動分析儀(SensoLyt700 IQ+SensoLyt SEA)

pH分析方法：玻璃電極法，參照GB6920-86標準。以玻璃電極為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極組成電池。在25℃理想條件下，氫離子活度變化10倍，使電動勢偏移59.16MV，根據(jù)電動勢的變化測量出pH值。

測量范圍：0.00～14.00 pH。

分 辨 率：0.01 pH。

測量精度：±0.01 pH。

溫度補償：0℃～60℃ 利用溫度傳感器自動進行溫度補償。

內(nèi)置水溫分析方法為溫度傳感器法。

測量范圍：-5℃～60℃ 。

準確度：±0.5 ℃。

分辨率 ：0.1℃。

4.1.2 ORP自動分析儀(SensoLyt 700 IQ+ SensoLyt PTA)

測量范圍：-2000MV ～+2000 MV 。

分 辨 率：1 MV 。

測量精度：± 1 MV 。

溫度補償：0℃～60℃ 利用溫度傳感器自動進行溫度補償。

4.1.3 電導率自動分析儀（TetraCon 700 IQ）

電導率分析方法：四極式電極法，當兩上電極插入溶液中，可測出兩電極間的電阻 R，根據(jù)歐姆定律求出電導率。

測量范圍：10μS～500 MS/cm(量程全自動切換)。

分辨率：0.01 μS/cm。

測量精度：±0.5 %F.S。

溫度補償：內(nèi)置地表水非線性溫度補償功能。

4.1.4 濁度自動分析儀（VisoTurb 700 IQ）

濁度分析方法：90度光散射比濁法，參照GB13200-91標準。通過探頭內(nèi)置的LED燈源，發(fā)出光波，通過待測樣品產(chǎn)生了折射和反射，接收裝置感測光源變化情況，從而得出樣品濁度數(shù)值。

測量范圍：0～4000 NTU(量程全自動切換)。

分辨率：0.001～0.1NTU(根據(jù)量程不同，分辨率不同)。

測量精度：±1 NTU。

準確度：±1% 。

內(nèi)置超聲波自動清洗功能；具有電極自檢功能，可監(jiān)測光學鏡片的污染情況和清洗系統(tǒng)的性能并報警。

以上各傳感器防護等級均達IP68，信號輸出均為4-20MA, RS 232以及MODBUS通訊協(xié)議可選。

4.2 高錳酸鹽指數(shù)分析儀

日本高錳酸鹽指數(shù)分析儀，測定方法為高錳酸鹽氧化還原法，符合GB11892-89標準。

設備性能：被測水樣和化學試劑全部采用注射泵進行采樣和計量；采用八連切換閥，結(jié)構(gòu)緊湊，管路分明，理念清晰，不易損壞。雙白金電極電位差控制注射泵的滴定，特征信號明顯，控制精確，以少量的試劑，可進行長時間的連續(xù)測定。大型液晶觸摸式顯示屏界面操作方便。

測定范圍：0.0～20.0mg/L 。

準確度：±2% F.S.。

再現(xiàn)性≤±2% F.S.。

最低檢出限：0.5 mg/L 。

最小測定周期：≤60min 。

輸出信號：4-20MA,RS232或MODBUS通訊協(xié)議。

4.3 總磷總氮分析儀

基于Linux操作系統(tǒng)的總磷總氮分析儀，內(nèi)置高精度雙光束光度計保證分析值的穩(wěn)定性和精確度，支持所有通用接口如 USB/ RS232 /LAN/ProfiBus /Modem ( ISDN , GSM )，圖形化用戶觸摸屏界面和豐富的教學程序與觸摸屏的結(jié)合，對儀表的學習和應用簡便。

儀表采用模塊化設計與組裝：諸如泵、光度計（比色池光程5/10/20/50mm可選）、LED 燈源等，維護更換方便。

儀器校準方式：手動、自動。

測量間隔周期：可任意設定，可由外界觸發(fā)。

數(shù)據(jù)記錄/傳輸：自帶內(nèi)存（一年數(shù)據(jù)）。

數(shù)據(jù)可用USB下載以及遠程網(wǎng)絡傳輸。

數(shù)據(jù)顯示：觸摸屏圖形化顯示，測量結(jié)果、測量狀態(tài)、時間顯示，測量結(jié)果表格或圖形化顯示，并在時間區(qū)段內(nèi)進行統(tǒng)計（最大、最小、平均）。

4.3.1 總磷測驗

測量原理：酸性過硫酸鉀紫外加熱消解，鉬藍比色法測量。

測量范圍：0～0.2/0.5/6mg/L。

檢測下限：0.001 mg/L(原裝試劑，50mm比色池)。

測量分析時間：28min。

精確度：優(yōu)于3%；重現(xiàn)性：優(yōu)于5%。

4.3.2 總氮測驗

測量原理：堿性過硫酸鉀紫外加熱消解，紫外分光光度法測量。

測量范圍：0～5mg/L 。

檢測下限：0.10 mg/L（原裝試劑10mm比色池）。

測量分析時間：28min 。

精確度：優(yōu)于3% 。

重現(xiàn)性：優(yōu)于5% 。

4.4 其他水質(zhì)分析及輔助儀器

其他水質(zhì)分析儀器還有氨氮、總有機碳（TOC）等自動分析儀器等，監(jiān)測站配置了留樣裝置，用于水樣超標留樣，供二次檢測或送檢分析、人工復核。

5 集成應用

5.1 自動取水單元

拉薩河水位變化幅度大， 采用管道埋設到河道最低水位以下采水。

取水單元包括取水泵（潛水自吸泵）、取水管道、壓力流量控制閥、樣品前置過濾系統(tǒng)、保溫配套裝置、航道安全設施、取水管道反沖洗裝置等。

5.2 自動同步控制

計算機是集成和同步監(jiān)測應用的核心設備，通過編程控制，一臺工業(yè)控制計算機同步監(jiān)測站上所有儀器儀表，完成遙控協(xié)同動作。

因水量水質(zhì)水生態(tài)監(jiān)測站設備來自不同的國家和廠商，設備工作模式和數(shù)據(jù)通信協(xié)議均不相同，工業(yè)控制計算機配置不同類型的通信接口來適應各個自動監(jiān)測儀表的數(shù)據(jù)交換需要。

為了實現(xiàn)同步監(jiān)測，一臺可編程邏輯控制器用于系統(tǒng)輔助控制，包括自動抽水、進樣、沉淀、儀表供水、排水、沖洗、除藻，吹干等輔助操作。

現(xiàn)場計算機控制軟件為組態(tài)軟件，同時測控數(shù)據(jù)通過光纖傳輸?shù)剿恼緮?shù)據(jù)服務器，再通過GPRS和衛(wèi)星傳輸?shù)剿木帧?/p>

5.3 數(shù)據(jù)查詢應用

水文站數(shù)據(jù)服務器部署了數(shù)據(jù)庫和查詢網(wǎng)頁，供水文業(yè)務操作員隨時查詢水量水質(zhì)水生態(tài)同步監(jiān)測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)查詢應用實例如圖1和圖2。

圖1 實時數(shù)據(jù)表格查詢

圖2 同步監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢

圖3 參量過程線查詢

6 結(jié) 論

拉薩河水量水質(zhì)自動監(jiān)測站已經(jīng)投入試運行,提高河流水體同步監(jiān)測能力和效率，監(jiān)測站已成為自治區(qū)水環(huán)境實驗監(jiān)測研究基地的一部分，推動了西藏水文生態(tài)監(jiān)測向技術(shù)更先進、監(jiān)測項目更多元化發(fā)展。

[1]Wang,C.L.,Xing,D.,Chen,Q.:A novel method for measuring photosynthesis using delayed fluorescence of chloroplast.–Biosensors Bioelectronics 20:454-459,2004

[2]地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范HJ/T91-2002