南水北調(diào)濟寧截污導流工程水質(zhì)在線監(jiān)測實踐

張大偉，張 琪，曹秋麗

（濟寧市水利事業(yè)發(fā)展中心，山東 濟寧 272000）

濟寧市地處淮河流域，南水北調(diào)東線工程貫穿境內(nèi)198 km。境內(nèi)南四湖既是南水北調(diào)輸水干線，又是重要的調(diào)蓄水庫。為確保南水北調(diào)干線水質(zhì)穩(wěn)定達標，濟寧市建立起“治、用、保、防、控”五位一體互為依托、配套聯(lián)動的流域治污綜合體系。其中，濟寧市南水北調(diào)截污導流工程就是為保證南水北調(diào)水質(zhì)安全，由國家投資建設(shè)的重點水利工程，主要為截污導流蓄水區(qū)人工濕地工程、輸水明渠、管線工程等。

南水北調(diào)東線2013 年11 月正式通水以來，南四湖水質(zhì)持續(xù)改善，穩(wěn)定達標。但污水排放監(jiān)管等水質(zhì)保護措施尚需完善，通過在濟寧境內(nèi)有代表性的截污導流工程中安裝水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測掌握整個系統(tǒng)水文水質(zhì)狀況，及時分析原因并加以控制是保障境內(nèi)干線水質(zhì)的基礎(chǔ)[1]。

1 系統(tǒng)配置

1.1 建設(shè)內(nèi)容

1）站房。濟寧境內(nèi)5 個自動監(jiān)測站均采用固定式站房，利用現(xiàn)有管理房進行改造，確保站房內(nèi)通暖、給排水、防火、供配電等系統(tǒng)能保證設(shè)備安全可靠運行。

2）取水單元系統(tǒng)。通過取水管路將所有水質(zhì)分析儀器連接起來，完成水樣的采集后將取水點水樣引至監(jiān)測站內(nèi)，滿足配水單元和水質(zhì)分析儀器的需要。取水系統(tǒng)采用雙泵取水、雙管路設(shè)計，發(fā)生故障可自動切換泵、管路，實現(xiàn)不間斷水樣采集。

3）配水單元。采用串聯(lián)方式，每臺儀器從各自的過濾裝置中取水，出現(xiàn)故障都不會影響其他儀器的工作。根據(jù)分析儀器對用水水質(zhì)、水壓和水量的要求，對水樣進行沉淀、過濾等預(yù)處理，然后分配到各個分析單元和相應(yīng)設(shè)備，預(yù)處理后的水質(zhì)不改變水樣代表性。

4）控制系統(tǒng)。對其他單元進行控制指揮，控制器通過壓力變送器控制電磁閥、水泵、空壓機等設(shè)備，完成管路取水、預(yù)處理、配水、清洗等功能。

5）數(shù)據(jù)采集/處理/傳輸系統(tǒng)。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、控制和傳輸，將獲取信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)管與數(shù)據(jù)審核平臺，并接收和執(zhí)行平臺下發(fā)的指令。根據(jù)狀態(tài)參數(shù)或故障報警信號等能自動對分析結(jié)果的有效性進行判斷，具有預(yù)警功能，可定時采集歷史數(shù)據(jù)進行報表統(tǒng)計和數(shù)據(jù)曲線分析。

6）水質(zhì)監(jiān)測分析單元。由特定參數(shù)水質(zhì)分析儀器組成，水質(zhì)分析儀器連接至數(shù)據(jù)采集和傳輸單元。

7）信息安全設(shè)備及其它輔助設(shè)備。為自動監(jiān)測儀器的連續(xù)穩(wěn)定運行提供環(huán)境保障，包括電力保障、雷擊防預(yù)、安全防護、溫濕度調(diào)節(jié)和廢液收集等。

在控制系統(tǒng)的指揮下，采水單元從水體中取水樣，經(jīng)配水單元對水樣進行預(yù)處理，再分配到各分析單元。各參數(shù)分析儀得出水樣的參數(shù)值，由數(shù)據(jù)采集/處理/傳輸系統(tǒng)通過發(fā)送至監(jiān)管平臺，工作人員可進行實時監(jiān)測[2]。

1.2 自動分析儀工作原理

水質(zhì)自動分析儀的性能指標是數(shù)據(jù)準確性的保障。自動分析設(shè)備主要監(jiān)測目標為水體中的常規(guī)五參數(shù)（即pH 值、水溫、電導率、溶解氧、濁度）和氨氮、高錳酸鹽參數(shù)，分別由五參數(shù)自動分析儀、高錳酸鹽指數(shù)自動分析儀和氨氮自動分析儀3 種設(shè)備完成。

1.3 通信網(wǎng)絡(luò)及控制中心

通信網(wǎng)絡(luò)及控制中心包括3 部分：網(wǎng)關(guān)層設(shè)備控制及數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸和云平臺數(shù)據(jù)處理及控制查詢。網(wǎng)關(guān)為數(shù)據(jù)鏈的采集控制層，主要實現(xiàn)對監(jiān)測站房內(nèi)空調(diào)控制，門禁管理、視頻監(jiān)控及數(shù)據(jù)上傳。VPN 網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)鏈的傳輸層，網(wǎng)關(guān)通過4G 模塊接入VPN 專屬網(wǎng)絡(luò)與云平臺進行數(shù)據(jù)交互。云平臺為數(shù)據(jù)鏈的數(shù)據(jù)分析層，實時分析網(wǎng)關(guān)上傳的水質(zhì)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息，當水質(zhì)和設(shè)備異常時啟動警報。

2 運行維護

水質(zhì)自動分析儀的性能會直接影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。從在線監(jiān)測系統(tǒng)的維護與管理等方面展開細致工作，可以有效地提高在線監(jiān)測的準確性，使其數(shù)據(jù)具有代表性，同時可實現(xiàn)系統(tǒng)長周期有效平穩(wěn)運行[3]。水質(zhì)自動監(jiān)測站運行維護應(yīng)按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求進行維護管理，并對維護過程進行詳細記錄，形成報告。維護內(nèi)容包括每日遠程維護、每周現(xiàn)場維護、應(yīng)急維護，并定期對監(jiān)測和運維人員進行培訓。

3 效果分析

該水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)在濟寧境內(nèi)中水截污導流工程線路上設(shè)置了5 座水質(zhì)在線自動監(jiān)測站，分別對5 個縣、市5 處閘壩所在水體斷面進行監(jiān)測。水質(zhì)在線自動監(jiān)測站每4 h 檢測1次，得出水樣的參數(shù)值，由數(shù)據(jù)采集/處理/傳輸系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至智能平臺、移動終端，全過程自動化運行。

該系統(tǒng)參照國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）Ⅲ類水標準，主要監(jiān)測數(shù)據(jù)為pH 值、水溫、電導率、溶解氧、濁度、氨氮和高錳酸鹽7項參數(shù)。利用警值軟件為除濁度外的其它6 項參數(shù)的標準限值設(shè)定了預(yù)警標準，在高于或低于標準限值時，系統(tǒng)將會啟動警報。

目前，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)已完成單位工程驗收，并通過設(shè)備調(diào)試，進入試運行階段。試運行期間，系統(tǒng)各單元運行正常、穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準確，上傳及時，能夠做到連續(xù)、實時掌握斷面水質(zhì)動態(tài)，可實現(xiàn)水質(zhì)指標異常預(yù)警預(yù)報。綜合分析5 個斷面的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明：水體pH 值比較穩(wěn)定，在6.5～8.17 之間；溶解氧在個別時期會出現(xiàn)＜5 mg/L的情況，主要受水體溫度和微生物群的代謝活動影響；濁度、氨氮的較高值往往出現(xiàn)降雨過程中，分析原因主要是與降雨有關(guān)，沿岸的雨水沖刷匯入，或是支流的水匯入造成懸濁物、氨氮含量升高。5 個斷面水質(zhì)大部分時間可穩(wěn)定達到Ⅲ類水標準，基本符合南水北調(diào)東線干線調(diào)水水質(zhì)目標要求。為水利部門實時掌握監(jiān)測斷面水質(zhì)情況，及時、迅速決策和有效應(yīng)對提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。

4 建議

4.1 嚴格按照規(guī)范流程進行采樣

人工檢測的樣品采集過程中要保證在同一時間、同一地點、同一層面，以確保樣品的同一性，保證在線監(jiān)測系統(tǒng)的樣品與手工分析的樣品可比[4]。只有嚴格按照規(guī)范的流程采樣測試，才能保障比對檢測結(jié)果的可比性。

4.2 加強科技手段與水利行業(yè)融合

建議系統(tǒng)中增加行業(yè)排污指標對應(yīng)功能。如數(shù)據(jù)顯示某個時段某個參數(shù)指數(shù)迅速升高，排除降水、溫度等因素影響外，分析判斷為企業(yè)排污超標。但沿線企業(yè)眾多，排查難度大。如能分析排污指標和行業(yè)的對應(yīng)關(guān)系，增加排污指標對應(yīng)功能，可快速鎖定其行業(yè)性質(zhì)和企業(yè)范圍。

4.3 建立水質(zhì)保護長效機制

對5 座水質(zhì)監(jiān)測站的運行情況、維護校準情況等及時進行記錄，不斷摸索總結(jié)經(jīng)驗，待模式成熟后推廣至南四湖入湖各條河流、調(diào)蓄水庫等，特別是在污水處理廠附近河流增設(shè)監(jiān)測斷面，對南水北調(diào)干線水質(zhì)進行全程監(jiān)測，以形成長效保護機制。

4.4 建立一支專業(yè)化隊伍

目前在試運行和摸索階段，可暫時委托專業(yè)、信譽好的第三方運維企業(yè)進行日常運維和校準工作，以保障水質(zhì)監(jiān)測儀器設(shè)備的穩(wěn)定度和準確度。同時，應(yīng)盡快著手培養(yǎng)一批專業(yè)運維和監(jiān)測人員，逐步形成常態(tài)化、制度化，最終建立一支水利系統(tǒng)自己的運維和水質(zhì)監(jiān)測隊伍。

4.5 發(fā)揮水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)勢

南四湖及周邊為保護水質(zhì)安全、水質(zhì)達標，污染治理任務(wù)重。應(yīng)找到與東線二期工程運行管理體系的契合點，發(fā)揮水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳遞和自動化、智能化管理的優(yōu)勢，加強信息共享和資源整合，為將來東線二期運行管理、京杭大運河生態(tài)治理與環(huán)境保護、水資源開發(fā)和環(huán)境評價創(chuàng)造有利條件。