大浪淀水庫(kù)多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析研究

武中強(qiáng)，魏建明，王立君，劉長(zhǎng)征

(河北省滄州市水利科學(xué)研究所，河北滄州 061000)

大浪淀水庫(kù)多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析研究

武中強(qiáng)，魏建明，王立君，劉長(zhǎng)征

(河北省滄州市水利科學(xué)研究所，河北滄州 061000)

大浪淀水庫(kù)是滄州市主要的飲用水水源地，承擔(dān)著向滄州市區(qū)、黃驊、南皮等市縣提供生活飲用水的任務(wù)。是引黃入冀以及南水北調(diào)工程中重要的調(diào)蓄工程。為確保水源地的供水安全，需及時(shí)掌握水庫(kù)水質(zhì)及變化情況，大浪淀水庫(kù)多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)水溫、PH值、溶解氧、氨氮等水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行多時(shí)段、定時(shí)或者24小時(shí)不間斷連續(xù)監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面的反映水庫(kù)水質(zhì)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。分析研究監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成、功能、運(yùn)行情況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)的運(yùn)用，大大的提高了大浪淀水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水資源調(diào)配及水生態(tài)保護(hù)的工作水平，為水庫(kù)的管理提供了必要的監(jiān)測(cè)信息，保障了人民生活飲用水安全。

大浪淀;在線;水質(zhì);監(jiān)測(cè);分析

大浪淀水庫(kù)屬大II型外源性平原水庫(kù)，1997年開(kāi)始蓄水，是滄州市主要的飲用水水源地，承擔(dān)著向滄州市區(qū)、黃驊、南皮等市縣提供生活飲用水的任務(wù)。是引黃入冀以及南水北調(diào)工程中重要的調(diào)蓄工程。設(shè)計(jì)庫(kù)容1.003億m3，蓄水面積16.89 km2，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 滄州市大浪淀水庫(kù)主要設(shè)計(jì)指標(biāo)表

為確保水源地的供水安全，需隨時(shí)掌握水庫(kù)水質(zhì)及變化情況，2008年，滄州市水務(wù)局建設(shè)完成了大浪淀多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，對(duì)水庫(kù)的水質(zhì)狀況起到了早發(fā)現(xiàn)、早調(diào)查、及時(shí)處理的重要作用。通過(guò)兩年多的正常運(yùn)行，該系統(tǒng)為滄州市及周邊縣市供水安全、水污染的防治起到了積極作用，提供了必要的技術(shù)支持。

1 多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概況

多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套以在線自動(dòng)分析儀器為核心，運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及相關(guān)的專(zhuān)用分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的一個(gè)綜合性系統(tǒng)。

多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由一個(gè)中心控制主站和若干個(gè)監(jiān)測(cè)子站構(gòu)成，隨時(shí)對(duì)某一地區(qū)和某一地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)。系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站、傳輸網(wǎng)絡(luò)、控制中心及設(shè)備和供電保護(hù)等幾個(gè)子系統(tǒng)組成。

各組成部分在系統(tǒng)中的位置和相互關(guān)系如圖1所示。

圖1 多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)負(fù)責(zé)水庫(kù)水樣的采集與分析處理，并通過(guò)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸子系統(tǒng)把各類(lèi)水質(zhì)信息傳送至監(jiān)測(cè)中心子系統(tǒng)，使決策部門(mén)及時(shí)了解水質(zhì)狀況，發(fā)布水質(zhì)的相關(guān)信息，為控制水質(zhì)與確定飲水安全提供科學(xué)依據(jù)。數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸子系統(tǒng)利用成熟的VPN通訊手段，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?zhuān)用性、保密性、快捷性。監(jiān)控中心子系統(tǒng)設(shè)有專(zhuān)用數(shù)據(jù)服務(wù)器，利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、匯總及圖形顯示，并通過(guò)專(zhuān)用軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的查詢(xún)和共享。

2 大浪淀水庫(kù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)情況

2.1 監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)大浪淀水庫(kù)的現(xiàn)狀條件，在水庫(kù)供水泵站的泵房?jī)?nèi)設(shè)置水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)包括采水單元、預(yù)處理單元、水質(zhì)分析單元、廢水處理單元及水質(zhì)采集單元。除采水單元外，其它的現(xiàn)場(chǎng)單元全部集成在水質(zhì)監(jiān)測(cè)機(jī)柜中。取水單元與泵房?jī)?nèi)的輸水管線相連接，利用供水管的壓力實(shí)現(xiàn)水樣流動(dòng)采集。水樣通過(guò)管路進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)柜中，先進(jìn)入預(yù)處理單元進(jìn)行緩沖處理，再進(jìn)入水質(zhì)分析單元，經(jīng)過(guò)多參數(shù)水質(zhì)分析儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)分析后，進(jìn)入廢水處理單元排入泵房外的截滲溝。多參數(shù)水質(zhì)分析儀得到的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)入水質(zhì)采集單元，通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊等完成水質(zhì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理，并通過(guò)前端GPRS模塊通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)將水質(zhì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳送至監(jiān)測(cè)中心子系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)還可以通過(guò)遙測(cè)終端RTU和網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)、通信與數(shù)據(jù)交換。

大浪淀水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

大浪淀水庫(kù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)依托河北移動(dòng)的GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)構(gòu)建水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信VPN專(zhuān)網(wǎng)。采用隧道技術(shù)、加解密技術(shù)、密鑰管理技術(shù)和使用者與設(shè)備身份認(rèn)證技術(shù)，充分利用現(xiàn)有公用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)大浪淀水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站PH值、溫度、溶解氧等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的安全傳輸。

以GPRS方式作為數(shù)據(jù)的主要承載傳輸方式，GPRS通信是基于IP的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)模式，GPRS(靜態(tài)IP)數(shù)據(jù)傳輸采用水務(wù)局專(zhuān)網(wǎng)VPN接入方式，間隔一定的時(shí)間間隔傳輸一次數(shù)據(jù)，適合于每次通信數(shù)據(jù)量小，通信頻次高的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，為保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸，采用SMS方式作為備用數(shù)據(jù)傳輸方式，數(shù)據(jù)中心分配專(zhuān)用短信端口，并通過(guò)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式直連短信網(wǎng)關(guān)，監(jiān)測(cè)站采集點(diǎn)可以通過(guò)SMS模塊和數(shù)據(jù)中心通信。

2.3 水質(zhì)信息管理軟件體系結(jié)構(gòu)與功能

大浪淀水庫(kù)水質(zhì)信息管理軟件系統(tǒng)采用J2EE、JSP、VISUAL C++等程序開(kāi)發(fā)，完成水庫(kù)水質(zhì)參數(shù)的采樣時(shí)間遠(yuǎn)程設(shè)定、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)校核與修改、統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)時(shí)查詢(xún)?cè)u(píng)價(jià)、故障斷電報(bào)警、報(bào)表輸出等功能，同時(shí)支持遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)調(diào)用。系統(tǒng)管理軟件的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況

經(jīng)過(guò)三年多時(shí)間的持續(xù)運(yùn)行，大浪淀水庫(kù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、穩(wěn)定、及時(shí)，三年來(lái)，共完成數(shù)據(jù)采集7000多個(gè)，可以實(shí)時(shí)查看水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)的年際變化趨勢(shì)，并提供了年終的水庫(kù)水功能評(píng)價(jià)成果，為大浪淀水庫(kù)水源地水質(zhì)安全和城市供水安全提供了必要的技術(shù)依據(jù)。

3.1 設(shè)備運(yùn)行情況

在系統(tǒng)運(yùn)行期間，進(jìn)行了必要的定期檢測(cè)和維護(hù)，每年兩次標(biāo)定基礎(chǔ)參數(shù)，更換監(jiān)測(cè)標(biāo)定液，保證了大浪淀水庫(kù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境中，前端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一直工作良好，運(yùn)行正常，2009年完成水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集2 680個(gè)，2010年完成各項(xiàng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集3 064個(gè)，水庫(kù)水質(zhì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的實(shí)時(shí)采集情況良好。無(wú)線GPRS傳輸子系統(tǒng)工作正常，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和有效控制，VPN技術(shù)的使用，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院屯暾?。監(jiān)測(cè)中心子系統(tǒng)服務(wù)器運(yùn)行穩(wěn)定，水質(zhì)信息管理軟件處理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，反應(yīng)及時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)可以對(duì)收集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)及時(shí)安全的儲(chǔ)存，并定期進(jìn)行備份。遠(yuǎn)程控制和相應(yīng)設(shè)置響應(yīng)及時(shí)，保證了水庫(kù)水質(zhì)的實(shí)時(shí)查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)顯示。

3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

大浪淀水庫(kù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集開(kāi)始于2008年10月，至今已累積完成監(jiān)測(cè)時(shí)間近30個(gè)月，采集和處理水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)7000多個(gè)，以2010年1月份的水質(zhì)監(jiān)測(cè)詳細(xì)數(shù)據(jù)及1～12月份監(jiān)測(cè)項(xiàng)目曲線為例。

2010年1～12月水溫、PH值、溶解氧、濁度及氨氮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線見(jiàn)圖4，電導(dǎo)率、藍(lán)綠藻及溶解性總固體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5。

圖4 2010年1～12月份水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線1

圖5 2010年1～10月份水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線2

從圖4的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況可以看出，水庫(kù)的水溫在一年的歷時(shí)中變化較大，受外界溫度影響比較明顯，PH值、溶解氧及氨氮年際變化不大，比較穩(wěn)定，濁度在12月份有升高趨勢(shì)，考慮是由于12月份蓄水時(shí)，由于引水帶來(lái)一定量的泥沙，導(dǎo)致庫(kù)區(qū)濁度升高。從圖5中可以看出，電導(dǎo)率和總?cè)芙庑怨腆w指標(biāo)年際變化不大，比較穩(wěn)定，藍(lán)綠藻變化起伏較大，在4月份至8月份水平較高，9月份以后數(shù)量有所降低，與水庫(kù)水溫的趨勢(shì)有一致性，水溫升高的時(shí)候藍(lán)綠藻數(shù)量會(huì)有所上升，屬于正?，F(xiàn)象。2010年各項(xiàng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的平均值見(jiàn)表2。

依據(jù)水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838－2002)對(duì)2010年大浪淀水庫(kù)水質(zhì)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 大浪淀水庫(kù)水質(zhì)2010年監(jiān)測(cè)指標(biāo)平均值

表3 大浪淀水庫(kù)2010年水質(zhì)功能分析報(bào)表

4 結(jié)語(yǔ)

大浪淀水庫(kù)多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有高度自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)便、維護(hù)方便等特點(diǎn)，并且整體運(yùn)行費(fèi)用較低，整個(gè)系統(tǒng)可以無(wú)人值守連續(xù)工作，自動(dòng)對(duì)大浪淀水庫(kù)的水溫、PH值、溶解氧、氨氮等常規(guī)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行多時(shí)段、定時(shí)或者24小時(shí)不間斷連續(xù)監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面的反映水庫(kù)水質(zhì)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)2010年的整體監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行分析，可以明確水庫(kù)水質(zhì)的年際變化情況，并對(duì)水庫(kù)水質(zhì)情況依據(jù)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行功能性評(píng)價(jià)。多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用，大大的提高了大浪淀水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水資源調(diào)配及水生態(tài)保護(hù)的工作水平，為水庫(kù)的管理提供了必要的監(jiān)測(cè)信息，保障了人民生活飲用水安全，使有限的水資源得到合理利用和保護(hù)。

［1］吳邦燦，費(fèi)龍.現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1999.

［2］向運(yùn)榮，黃輝.地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其建設(shè)中的若干問(wèn)題［J］.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè).2001，6.

Study on Application of Online Multi－Parameter Water Quality Monitoring System in Dalangdian Reservoir

Wu Zhongqiang Wei Jianming Wang Lijun Liu Changzheng
(Hebei Provincial Institute of Water Resorce，Cangzhou 061000，Hebei)

Playing an important role in South to North Water Diversion Project，Dalangdian reservoir is the main drinking water resource of Cangzhou and its surrounding counties and villages.To ensure steady water supply and acquire knowledge of water quality，the online multi－parameter water quality monitoring system，which can monitor the variation of water temperature，pH，concentration of dissolved oxygen，ammonia and nitrogen in whole 24 hours constantly，is introduced.The monitoring data can reflect water quality exactly，timely and comprehensively.The paper analyzes the application of this system in Dalangdian reservoir from the the aspects of its composition，function，working state and data monitoring.The result indicates that the system not only can provide necessary monitoring data for management，but also makes monitoring，water resource allocation，environment protection more effective.

Dalangdian;online;water quality;monitoring and analysis

P332.7

A

1004－1184(2013)05－0107－03

2013-04-08

武中強(qiáng)(1973-)，男，河北滄州人，在讀碩士研究生，主攻方向:地下水、水資源論證、水資源保護(hù)研究。