地表水水質自動監(jiān)測站建設與管理措施

王碧松，梅文鼎，陳利英

(浙江環(huán)茂自控科技有限公司，浙江 杭州 311400)

1 引言

水質自動監(jiān)測站是反映區(qū)域內水質情況的重要裝置，但其復雜度較高，包含取水、配水、儀器、數(shù)據(jù)采集及處理等多個細分系統(tǒng)，對建設和管理水平提出較高的要求，值得工程人員在此方面展開深入探討。

2 工程概況

衢江區(qū)高家鎮(zhèn)安仁村山溪家庭農(nóng)場周邊擬建一座水環(huán)境質量自動監(jiān)測站。本項目包含的施工內容較多，如創(chuàng)建水質監(jiān)測分析單元、微型站房、采水單元、配水單元、數(shù)據(jù)處理機傳輸單元、視頻監(jiān)控單元等。施工內容體現(xiàn)在設備的采購、配置、安裝、調試等方面。關于站點的基本信息，如表1所示。

3 自動監(jiān)測系統(tǒng)總體架構

水質分析系統(tǒng)的正常運行應得到多個子系統(tǒng)的支持，包含采水系統(tǒng)、配水系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等[1]。具體至本項目中，遵循的是機電一體化設計理念，選用的是工業(yè)級設備，所有產(chǎn)品都源自于行業(yè)內最先進的產(chǎn)品，目的在于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使其抵御不良因素的影響，盡可能減少維護量?？紤]到自動監(jiān)測系統(tǒng)運行環(huán)境苛刻的情況，對于易出現(xiàn)異常的單元采取了備份設計方式，較典型的有取水泵、過濾器等。此外，為確保系統(tǒng)的安全性，還配套了防雷、防凍等多重防護措施，以便給系統(tǒng)營造安全的工作環(huán)境。

表1 站點基本信息

4 水質分析系統(tǒng)設計

4.1 采水系統(tǒng)設計

水質自動監(jiān)測系統(tǒng)中，最基礎也是極為關鍵的當屬采水系統(tǒng)，其包含了采水泵、采水管等，以現(xiàn)場情況為基本參考，設計相適宜的采水系統(tǒng)，遵循的是因地制宜的原則[2]。結合現(xiàn)場水文條件，經(jīng)商討后最終選擇浮筒式采水方式。

經(jīng)上述分析后，進一步探討提高水樣可靠性的措施。本項目選擇的是自吸泵，雙泵、雙管設計，其中一套維持正常運行狀態(tài)，一套作為備用裝置，保證在發(fā)生異常后采水系統(tǒng)依然可維持正常運行狀態(tài)；管路所用材料具有較強的化學穩(wěn)定性，可為水樣的傳輸提供良好的條件，以免途中受到污染；以現(xiàn)場情況為參考，確定管路的敷設形式，現(xiàn)階段較為典型的有地埋和橋架敷設兩種，為避免低溫凍傷或高溫的影響，對管路采取防凍、隔熱措施。大部分取水管路設置在外界，加強防凍保護措施，使其在低溫嚴寒的環(huán)境中可正常使用，避免管內水凍結現(xiàn)象。

4.2 配水系統(tǒng)設計

采水系統(tǒng)的作用在于獲得原水樣，隨后進入到配水系統(tǒng)內，利用相應儀器依次對其執(zhí)行過濾、分配處理。流量及壓力傳感器是重要組成裝置，在其支持下實現(xiàn)實時監(jiān)控，以儀器的運行需求為準，靈活調節(jié)流量和壓力，再將水樣分配到特定的設備中。為維持配水系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，增添了清洗功能。配水系統(tǒng)管路設置了較為豐富的擴展接口，可根據(jù)實際監(jiān)測需求靈活擴展。源水形成兩路，各自存在特定的流向：第一路進入到五參數(shù)測量池，考慮到易發(fā)生充氧的情況，選擇的是下進上出的方式，以便高效進水；第二路則進入沉淀池內，在得到過濾處理后進入到氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)分析儀內，除此之外還剩余部分無用源水，此部分經(jīng)過排水管流出。選擇適量水樣并對其展開試驗，嚴格控制好水樣在沉淀池內的停留時間，正常情況下以8～30 min較為合適，具體可依據(jù)實際需求在該區(qū)間內靈活設定。配套過濾器，并在該裝置上增設壓力傳感器，根據(jù)實際壓力情況選擇相適應的清洗方式，以免過濾器發(fā)生雜質堆積現(xiàn)象。系統(tǒng)具有報警功能，若過濾器發(fā)生堵塞時則及時報警。

4.3 控制系統(tǒng)設計

控制系統(tǒng)主要執(zhí)行的是數(shù)據(jù)的采集、各個細分子系統(tǒng)的控制等工作[3]。根據(jù)需求設定程序，系統(tǒng)嚴格執(zhí)行預定的程序，使各子系統(tǒng)有序做好相關工作，如采水、配水、儀表標定、管路清洗等，控制系統(tǒng)全程管控各個子系統(tǒng)，調度其運行，產(chǎn)生的信息及時傳輸至監(jiān)控中心平臺。此外，控制系統(tǒng)還發(fā)揮出通訊銜接的作用，可將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心，使站點保持有條不紊的運行狀態(tài)。

硬件是控制系統(tǒng)得以正常運行的基礎，包含了工控機、PLC、DC電源、繼電器、總控開關等。硬件選型應充分考慮穩(wěn)定性和安全性要求，可在國內外采購行業(yè)內頂尖的設備，將其集成到標準機柜中，再配套軟件，形成完整的硬件部分?？刂栖浖脑O計應做到界面整潔、功能豐富，可選擇通用組態(tài)軟件編譯。

4.4 數(shù)據(jù)采集/處理/傳輸系統(tǒng)設計

此系統(tǒng)也是構成水質自動監(jiān)測站的重要部分，是不可缺少的功能模塊[4]，主要負責的是采集、處理及傳輸數(shù)據(jù)(包含水質數(shù)據(jù)、系統(tǒng)內部各單元運行數(shù)據(jù)、發(fā)生異常狀況時的報警數(shù)據(jù)等)。硬件組成方面包含了工控機、數(shù)據(jù)采集模塊等，再配套軟件，如信息防火墻等。在模擬量采集模塊、串口模塊等協(xié)同作用下，可提供可靠的監(jiān)控功能，及時獲取系統(tǒng)參數(shù)，整理后傳輸給上位平臺，促使平臺對其進行分析，再下發(fā)控制指令，從而執(zhí)行相應的操作，使監(jiān)測站維持穩(wěn)定運行狀態(tài)。

5 運行管理

5.1 運行操作規(guī)程

監(jiān)測站包含的系統(tǒng)較為豐富，各自又由多種類型的儀器組成，因此必須依據(jù)規(guī)范合理操作儀器。對此，要根據(jù)儀器的運行特點編制操作規(guī)程，除此之外還要創(chuàng)建運行管理記錄制度。操作規(guī)范的編制工作要以儀器說明書中的內容為基本依據(jù)，并兼具現(xiàn)場地質、水文等方面的情況，給予適當?shù)难a充，形成與儀器運行特性以及自然環(huán)境相符的操作規(guī)程，工作人員將各項工作落實到位。

5.2 運行經(jīng)濟技術指標的確定

除了滿足地表水水質檢測要求外，還要注重對成本的控制，因此經(jīng)濟指標的創(chuàng)建極為關鍵，主要包含建設成本和運行成本兩方面[5]。具體而言，建設成本指的是征地、各系統(tǒng)建設、各類裝置的采購、軟件開發(fā)等方面所投入的成本，在項目中的占比較大，控制要點較多；運行成本則具有持續(xù)性，即伴隨監(jiān)測站的運行而產(chǎn)生，體現(xiàn)在儀器的維護與故障處理、水費、電費、員工薪資等方面。經(jīng)濟技術指標的覆蓋面廣，具有動態(tài)變化特性，在確定經(jīng)濟技術指標時應盡可能細化。

5.3 質量保證制度

地表水水質監(jiān)測必須以保證質量為基本前提，為給質量管理工作提供引導，有必要創(chuàng)建質量保證制度。技術小組發(fā)揮出質量管控作用，做好各項管理工作，使各系統(tǒng)維持穩(wěn)定運行狀態(tài)，使各道環(huán)節(jié)有序推進；總工辦則要發(fā)揮出指導作用，給質量控制工作點明方向。儀器是水質自動監(jiān)測站的重要組成部分[6]，此方面的質量管理工作應嚴格依據(jù)《環(huán)境水質監(jiān)測質量保證手冊》執(zhí)行，定期校準，保證其運行精度；高錳酸鹽指數(shù)分析儀在運行中需及時更換試劑，要求每次更換且必須校準，此外需選用質控標樣檢定；水質自動監(jiān)測站在運行中還將使用大量實驗用水、試劑，要求其質量完全滿足相關規(guī)范，各項質控信息都要得到完整的記錄。不僅于此，還需明確各管理人員的崗位職責、自動站儀器管理制度等。

6 結語

本文以地表水水質自動監(jiān)測站為基本對象，圍繞其建設與管理措施展開探討，體現(xiàn)在各子系統(tǒng)的創(chuàng)建、運營維護工作要點、監(jiān)管機制等方面。在實際工作中，則要從現(xiàn)場情況入手，按照規(guī)范做好各子系統(tǒng)的建設工作，在后續(xù)運行中則以管理制度為引導做好各項管理工作，提高水質自動監(jiān)測站的運行水平。