水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)及應(yīng)用研究

金軍鋒，潘烈群，陳學軍

（1.杭州市富陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，浙江 杭州 311400；2.杭州市生態(tài)環(huán)境局富陽分局，浙江 杭州 311400）

為了有效治理水環(huán)境，改善水質(zhì)質(zhì)量，我國不斷加大對水環(huán)境的保護力度，水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)工程建設(shè)數(shù)量、建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴大。水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)能夠在線實時監(jiān)測水質(zhì)情況，并依托于計算機等先進技術(shù)科學有效地分析水質(zhì)信息，確保所獲取的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果具有較高的精準度，從而為后續(xù)水環(huán)境治理管理工作有序開展提供重要支撐，保證水環(huán)境治理取得顯著成效。所以，在水環(huán)境監(jiān)測工作開展中，需要將水質(zhì)自動化監(jiān)測系統(tǒng)作為主要監(jiān)測手段，合理建設(shè)和有效應(yīng)用管理水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，充分發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢，在現(xiàn)代化、自動化等高新技術(shù)的支持下顯著提高水質(zhì)監(jiān)測工作效率和工作質(zhì)量，確保水環(huán)境管理取得顯著成效。

1 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)概述

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是指使用專業(yè)的系統(tǒng)軟件對水環(huán)境進行采樣，并對水質(zhì)進行自動檢測、分析、處理的實時監(jiān)測系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的手工監(jiān)測方式相比，水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)在降低人工成本、提高工作效率、保證監(jiān)測質(zhì)量等方面發(fā)揮著積極的優(yōu)勢。具體來說，水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)通過自動化儀器對水環(huán)境進行機械式采樣，對水質(zhì)中水體溶解氧、濁度、pH值、電導率、水溫等參數(shù)進行自動監(jiān)測，從而收集到全面、真實、準確的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并及時將監(jiān)測結(jié)果和數(shù)據(jù)檢測分析上傳至數(shù)據(jù)管理平臺中，便于工作人員實時查看監(jiān)測數(shù)據(jù)，全面了解水體整體狀況，這樣有助于工作人員在水質(zhì)惡化初期采取有針對性的措施消除污染源，避免水質(zhì)污染范圍進一步擴大[1]。而且一旦前端傳感器監(jiān)測到某處水質(zhì)參數(shù)超過水質(zhì)標準值時，水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)還能及時發(fā)出警報，讓工作人員快速響應(yīng)，確保水質(zhì)治理的及時性。水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是一種主動式監(jiān)測手段，改變了以往的被動監(jiān)測方式，不僅能夠及時監(jiān)測水域質(zhì)量，還能提供可靠數(shù)據(jù)支持上游水域的科學治理，同時也能提供預(yù)警，便于下游水域提前采取相對應(yīng)的防范措施[2]。

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的組成部分分為中心站軟件平臺和子站系統(tǒng)，它們具有各種功能和作用。其中中心站軟件平臺能夠全面接收各個子站系統(tǒng)所采集的監(jiān)測點數(shù)據(jù)，始終確保數(shù)據(jù)的及時性和有效性，并科學分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成詳細的監(jiān)測報告，同時自動生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)圖表，便于工作人員直觀清晰地了解水質(zhì)的變化情況。中心站軟件平臺也能科學處理超過安全值域的監(jiān)測數(shù)據(jù)，一旦監(jiān)測到水質(zhì)超標數(shù)據(jù)便會自動發(fā)送報警信息通知工作人員。在必要情況下，中心站軟件平臺可以遠程重啟對應(yīng)的子站系統(tǒng)，調(diào)整修改遠程參數(shù)，確保集約化管理，提高管理效率。當然，中心站軟件平臺可以保留、存儲所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便工作人員隨時查找翻閱歷史數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作的開展提供有效參考和指導[3]。而子站系統(tǒng)是水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)不可或缺的結(jié)構(gòu)部分，子站系統(tǒng)負責整個系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的分析、整理、處理工作，并對水質(zhì)的常規(guī)五參數(shù)、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮總有機碳等參數(shù)指標進行重點監(jiān)測。

目前，各個國家都在廣泛推廣水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用范圍不斷擴大，而水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、分析、整理、傳輸?shù)确矫姘l(fā)揮著顯著優(yōu)勢，此種監(jiān)測方式也逐步成為水質(zhì)監(jiān)測的主流發(fā)展方向。當然，水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)也存在一定的不足，不僅建設(shè)初期需要投入大量成本，而且維修維護成本較高，這就使得系統(tǒng)整體運行費用居高不下，同時對操作人員的技術(shù)知識水平、操作技能水平和維修人員的維修水平提出了嚴格的要求。所以，在日常水質(zhì)監(jiān)測工作開展中，我們?nèi)耘f需要加大水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的研究力度，持續(xù)提高監(jiān)測系統(tǒng)的自動化、智能化水平，加強水質(zhì)在線監(jiān)測能力，更好地為水質(zhì)保護工作提供高效服務(wù)。

2 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)原則

為了科學優(yōu)化監(jiān)測指標，強化水質(zhì)波動研判分析，加強監(jiān)測成果運用，為健康水環(huán)境“把好脈”，我們需要加大水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)力度，有效解決人工監(jiān)測效率低、響應(yīng)不及時等問題，以完善的供水安全保障體系保證用水安全。具體來說，在水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)過程中，需要嚴格遵循以下建設(shè)原則。

第一，標準化原則。在建設(shè)安裝水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)時，必須嚴格遵守國家頒布的相關(guān)法律法規(guī)和規(guī)定要求，不能存在違規(guī)作業(yè)或者不規(guī)范作業(yè)情況。要全面標準化設(shè)計水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的硬件技術(shù)指標，進一步提高硬件使用性能和應(yīng)用水平。同時也要統(tǒng)一標準化設(shè)計軟件，各種運行軟件需要提供實現(xiàn)相互兼容的接口，做到互聯(lián)互通，確保數(shù)據(jù)的開放性[4]。此外，為了充分滿足政府層級、不同廠家設(shè)備、不同軟件應(yīng)用、不同協(xié)議間的有效連接需求，整體水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)計、技術(shù)、設(shè)備選擇方面都需要支持國際標準的網(wǎng)絡(luò)接口和協(xié)議，以進一步構(gòu)建高度開放的發(fā)展格局。

第二，智能化原則。在規(guī)劃設(shè)計水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)時，需要考慮到未來發(fā)展方向的智能化，從而有效滿足水質(zhì)環(huán)境集約、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全的發(fā)展需求。通過綜合應(yīng)用智能傳感、無線傳感網(wǎng)、無線通信、智能處理與智能控制等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，打造生態(tài)環(huán)境監(jiān)測新引擎，實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測智能化發(fā)展，確保水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)集水質(zhì)采集、智能分析處理、預(yù)警信息、決策支持、遠程自動控制多種功能于一體，促進水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量和效率的雙提升。在水質(zhì)智能監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用下，能夠結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能監(jiān)測分析等技術(shù)手段智能化分析高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮等水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)指標，最大限度降低監(jiān)測誤差，真正做到智能化、高效化、精準化[5]。除此之外，還能夠智能化管理水質(zhì)樣品采樣、運輸、前處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報送、數(shù)據(jù)存儲等多個運行環(huán)節(jié)，實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測分析全程留痕、進度可視、結(jié)果可追溯。

第三，實用性原則。由于水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)需要為各個用戶或者某項工程提供高效服務(wù)，所以，在建設(shè)過程中實用性也是必要遵循的原則，所建設(shè)的水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)、所選擇的監(jiān)測地點都需要符合工程的實際情況，滿足用戶的實際使用要求。具體來說，在進行水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)前，工作人員需要開展實地考察調(diào)研，了解實際情況，結(jié)合實際優(yōu)化資源配置，合理布局監(jiān)測網(wǎng)點，科學選擇監(jiān)測項目，確保水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用達到最佳狀態(tài)。在建設(shè)時，部分外界因素可能會影響監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行，還需要提前采取有針對性的措施消除不良影響。比如，進行水質(zhì)監(jiān)測取樣時，如果取樣河流屬于季節(jié)性河流或者河流水位存在較大變化，就可以將傳感器、采樣泵支架等儀器設(shè)備增加安裝在取水口位置處，這樣傳感器能夠?qū)Σ蓸佣丝谂c水體底部距離進行動態(tài)監(jiān)測，及時將數(shù)據(jù)傳輸給中心系統(tǒng)，這樣監(jiān)控中心系統(tǒng)的工作人員就能夠全面掌握水質(zhì)監(jiān)測區(qū)域現(xiàn)場的實際情況，做出正確判斷，合理調(diào)整水質(zhì)監(jiān)測方式。而采樣泵支架能夠有效避免枯水期水體底部泥沙進入到采水系統(tǒng)中，始終確保采水數(shù)據(jù)的正確性，杜絕異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生。

3 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)路徑

3.1 合理構(gòu)建工作協(xié)調(diào)機制

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)工作較為繁瑣，復(fù)雜性較強，在實際施工建設(shè)過程中需要綜合考慮多項內(nèi)容，涉及多項建設(shè)環(huán)節(jié)，一旦各項工作安排不協(xié)調(diào)，缺乏有效溝通，就無法提升建設(shè)效率和質(zhì)量。為了保證水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)工作高效有序進行，在規(guī)定時間內(nèi)高質(zhì)量完成，相關(guān)單位需要合理構(gòu)建工作協(xié)調(diào)機制，強化溝通意識和協(xié)調(diào)意識，保持上下左右聯(lián)系暢通，在相互配合協(xié)作下，統(tǒng)籌解決監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)中存在的各項問題。相關(guān)單位需要從各個部門中抽調(diào)專業(yè)性人才組建建設(shè)工作協(xié)調(diào)小組，根據(jù)實際情況建立健全工作協(xié)調(diào)制度，協(xié)調(diào)小組負責統(tǒng)籌、規(guī)劃、指導水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)工作，明確職責分工，認真落實各項建設(shè)工作，形成高效運行的長效工作機制。

3.2 規(guī)范化、標準化建設(shè)站房

在水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)施工建設(shè)中，站房不僅是建設(shè)的基礎(chǔ)性內(nèi)容也是不可或缺的結(jié)構(gòu)組成，為了有效提高水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)整體施工建設(shè)質(zhì)量，就需要科學選址，合理設(shè)計站房結(jié)構(gòu)，科學規(guī)劃布局，規(guī)范化、標準化建設(shè)站房。就當前實際情況來看，部分區(qū)域在建設(shè)站房時仍舊保持著傳統(tǒng)落后的管理觀念，再加上缺乏豐富的建設(shè)經(jīng)驗，導致實際的站房建設(shè)效果達不到理想預(yù)期。為了有效解決這些問題，相關(guān)單位需要全面整合我國水質(zhì)自動化監(jiān)測站管理相關(guān)文件，綜合考慮當?shù)厮|(zhì)條件、地質(zhì)條件等因素，科學制定站房建設(shè)技術(shù)標準和建設(shè)規(guī)范流程，從源頭上把控站房的規(guī)范化建設(shè)，這樣才能充分發(fā)揮水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的功能和作用，確保生態(tài)效益、經(jīng)濟效益、社會效益最大化。

3.3 科學構(gòu)建自動監(jiān)控平臺和數(shù)據(jù)管理平臺

為了全面監(jiān)測當?shù)厮虻乃|(zhì)環(huán)境狀況，監(jiān)測區(qū)域并不僅僅設(shè)置一個水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，往往是由幾十個或者上百個水質(zhì)自動監(jiān)測站構(gòu)建形成的龐大而完整的水質(zhì)自動監(jiān)測體系。在這個水質(zhì)自動監(jiān)測體系中，每天所產(chǎn)生的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)總體數(shù)量龐大，如果采取人工處理數(shù)據(jù)的方式就需要花費大量的時間和精力，大大加重了工作人員的勞動強度和負擔，所花費的成本也很高。為了保證數(shù)據(jù)信息處理的高效化和精準度，相關(guān)單位需要根據(jù)當?shù)貙嶋H情況開發(fā)建設(shè)自動監(jiān)控平臺和數(shù)據(jù)管理平臺，確?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理效率大大提升，有效滿足水質(zhì)監(jiān)測工作的高標準和高需求。在處理數(shù)據(jù)信息時，各個區(qū)級監(jiān)測部門需要將水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)及時上報給市級部門，由市級部門統(tǒng)一統(tǒng)計、分析、處理、歸納匯總，實現(xiàn)一體化數(shù)據(jù)管理，大幅度提升水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理水平。

4 水質(zhì)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用管理策略

4.1 加強水質(zhì)自動監(jiān)測站的運行維護

當水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)投入使用后，后期的運行管理效率和管理質(zhì)量會對整體水質(zhì)監(jiān)測效果產(chǎn)生嚴重影響。所以，在水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用過程中，相關(guān)單位還需要加強運行維護管理，確保水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效運行，提高自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性，便于工作人員全面掌握水環(huán)境的實際質(zhì)量狀況。一般來說，水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建成投入應(yīng)用后，常見的運行管理方式包括兩種，其一是生態(tài)環(huán)境部門的自主運維管理，其二是委托第三方機構(gòu)開展運維工作。相比于生態(tài)環(huán)境部門自主運維管理方式，第三方機構(gòu)運維管理有著顯著優(yōu)勢，包括管理人員配備的充足性、運行管理的自主性、所受到的行政干預(yù)較小等，以此來為水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性提供有力保障。因此，各個區(qū)域在進行水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)運行維護管理時，在綜合權(quán)衡利弊的基礎(chǔ)上，將運行管理工作全面委托給第三方機構(gòu)，既能保證水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行效果，也能提高整體運行維護質(zhì)量。

4.2 加大監(jiān)督管理力度

在水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)運行維護過程中，多種外界因素會對儀器設(shè)備的正常運行產(chǎn)生不良影響，引發(fā)運行誤差、運行不安全、監(jiān)測數(shù)據(jù)異常等問題，這就難以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和真實性。所以，應(yīng)用水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)時，相關(guān)單位還需要加大監(jiān)督管理力度，有效監(jiān)督水質(zhì)監(jiān)測工作的各個環(huán)節(jié)，確保水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)中的各個儀器設(shè)備始終保持穩(wěn)定安全的運行狀態(tài)，降低監(jiān)測誤差率。水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)分為自動監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用等，無論哪個環(huán)節(jié)存在不足和缺陷，都會給水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行造成嚴重影響，這就要求在開展監(jiān)督管理工作時，相關(guān)單位根據(jù)實際情況建立運營單位信息反饋-區(qū)級審核-市級監(jiān)控的管理制度，明確劃分各部門的工作內(nèi)容和工作職責，確保權(quán)責清晰，整體管理體系運行通暢，使各項監(jiān)督更加規(guī)范、更加有力、更加有效，持續(xù)提高監(jiān)督管理的針對性和精準性。其中運營單位需要對水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的日常維護運行工作進行全面監(jiān)管，減少運行故障的發(fā)生，切實提升系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性；區(qū)級的監(jiān)測部門需要及時收集、整理、處理各水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測過程中所產(chǎn)生的全部監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時上報水質(zhì)監(jiān)測的異常情況或者超標情況；而市級監(jiān)測部門需要綜合匯總、分析全市的水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，全面評估、合理判斷全市的水質(zhì)質(zhì)量，有效制定對應(yīng)的水質(zhì)保護方案和行動計劃，維護區(qū)域內(nèi)水源地水質(zhì)總體達標，顯著提高水源地水環(huán)境安全保障水平，增強水質(zhì)管理成效。

5 結(jié)語

綜上所述，水資源作為人類賴以生存和發(fā)展的重要資源之一，它的水質(zhì)質(zhì)量將會對人體健康產(chǎn)生嚴重影響，隨著環(huán)保理念的深入人心，人們越發(fā)重視水質(zhì)安全，水環(huán)境監(jiān)測需求不斷增長，這就要求相關(guān)單位要切實做好水質(zhì)監(jiān)測工作，全面保障水源源頭安全，讓人們喝上干凈水、健康水和放心水。水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)24小時全天候自動監(jiān)測，幫助工作人員隨時掌握水質(zhì)變化狀況，綜合了解水質(zhì)變化規(guī)律，并對潛在的水環(huán)境風險及時預(yù)警，確保地表水水質(zhì)自動監(jiān)測能力和預(yù)警監(jiān)測能力得到有效增強，為加強用水安全管理工作提供可靠依據(jù)和技術(shù)支持。因此，相關(guān)單位需要將河流水質(zhì)監(jiān)測擺在重要位置，在水源地監(jiān)測站、環(huán)保監(jiān)測站、水質(zhì)監(jiān)督等多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，并加強研究水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用管理，采取科學合理優(yōu)化路徑，充分發(fā)揮出水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用效能，快速有效解決水質(zhì)問題。