供水水源水質(zhì)監(jiān)測和預(yù)警研究

趙彥

摘 要：在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的背景下，水源水質(zhì)管控難度日益加大，極易受到外在因素的影響。為了解水質(zhì)狀況，相關(guān)人員通常會運(yùn)用監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)收集，縮短水質(zhì)問題處理的時(shí)間成本。鑒于此情況，本文將重點(diǎn)研究供水水源水質(zhì)監(jiān)測和預(yù)警，通過對系統(tǒng)規(guī)劃原則以及模塊設(shè)計(jì)等問題的分析，強(qiáng)化供水廠的管理水平，為相關(guān)人員提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：供水水源；水質(zhì)監(jiān)測；預(yù)警研究

Water Quality Monitoring and Early Warning Research of Water Supply Sources

ZHAO Yan

（Zunyi Water Supply Co.， Ltd.， Zunyi 563000， China）

Abstract： In the context of economic and social development， it is increasingly difficult to control water quality， and it is easily affected by external factors. In order to better understand the water quality situation， the relevant personnel will usually use the monitoring and early warning system to automate data collection and shorten the time cost of handling water quality problems. In view of this situation， this paper will focus on the water quality monitoring and early warning of water supply source， through the analysis of system planning principles and module design， strengthen the management level of water supply plant， to provide reference for people who pay attention to this topic.

Keywords： water supply source; water quality monitoring; early warning research

目前，我國超過八成的水源地已經(jīng)出現(xiàn)污染狀況，且水質(zhì)會根據(jù)外在條件變化產(chǎn)生變動，為此技術(shù)人員必須及時(shí)采取措施，加強(qiáng)供水水源區(qū)域的水質(zhì)保護(hù)，確保后續(xù)供水工作滿足人們所需。但由于很多區(qū)域面積廣，因此人工監(jiān)測不僅難度大，而且成本高。為此，需加大信息化技術(shù)運(yùn)用，利用搭建水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化收集。由此可見，對供水水源水質(zhì)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 供水水源監(jiān)測預(yù)警存在的問題

部分供水水源區(qū)域由于在數(shù)據(jù)監(jiān)測收集方面技術(shù)應(yīng)用不足，因此在供水的過程中通常只能夠針對小范圍水源區(qū)域開展深度處理，其他部分區(qū)域僅能夠基本達(dá)標(biāo)，無法實(shí)現(xiàn)污染物管控，在水質(zhì)監(jiān)測中依然會出現(xiàn)大量氨氮等物質(zhì)。此外，供水管道長久使用，也會對輸水資源產(chǎn)生二次污染。結(jié)合數(shù)據(jù)來看，我國現(xiàn)階段的661個(gè)城市中，供水總網(wǎng)面積巨大，其中包含59%左右的老化管網(wǎng)，5%左右的管網(wǎng)甚至已經(jīng)使用超過45年。然而由于管網(wǎng)更新需逐一進(jìn)行，會耗費(fèi)較多的資源以及成本，為此若想要確保供水水質(zhì)，便要在不斷完善管網(wǎng)的同時(shí)通過信息化系統(tǒng)的搭建實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)狀況。目前，部分區(qū)域在水源監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)用背景下，水質(zhì)合格率已經(jīng)提升10%左右，但是由于系統(tǒng)搭建技術(shù)水平較差，所以使用效果尚有發(fā)展空間[1]。

2 供水水源監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

2.1 系統(tǒng)組成

水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的過程中需先確認(rèn)規(guī)劃思路，之后使用設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，并傳遞至現(xiàn)場管控中心以及中央監(jiān)控設(shè)備。系統(tǒng)會結(jié)合數(shù)據(jù)傳回情況對水質(zhì)數(shù)據(jù)加以分析并建立模型幫助技術(shù)人員預(yù)測水質(zhì)動態(tài)變化趨勢。與此同時(shí)利用管控體系建設(shè)，系統(tǒng)還會進(jìn)行前期預(yù)測，并結(jié)合數(shù)據(jù)情況和對下一階段水質(zhì)情況的預(yù)測，自動化管控供水速率。設(shè)計(jì)過程主要包括水樣采集、配水管控、參數(shù)分析、數(shù)據(jù)傳輸以及監(jiān)控中心等的設(shè)計(jì)，既包括前端數(shù)據(jù)監(jiān)測又包含數(shù)據(jù)傳送，屬于系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)模塊。通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要運(yùn)用光纖以及周圍的電話網(wǎng)線。監(jiān)控中心的作用在于遠(yuǎn)程監(jiān)管，并基于數(shù)據(jù)信息完成水質(zhì)動態(tài)研究與處理。

2.2 監(jiān)測指標(biāo)選擇

現(xiàn)階段水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中主要針對以下參數(shù)開展分析與研究：①綜合指標(biāo)，包括pH值、懸浮物、渾濁度以及溶解氧等；②污染分析參數(shù)，包含化學(xué)需氧量、有機(jī)碳含量和紫外線吸收數(shù)據(jù)等；③污染物組成分析，包含金屬類、非金屬類、各種含氮物質(zhì)以及氯化物、含磷物質(zhì)等[2]；④有關(guān)細(xì)菌方面的參數(shù)指標(biāo)；⑤水溫條件指標(biāo)，如水流速、水域深度、周圍風(fēng)速、今日降水?dāng)?shù)據(jù)以及光照狀況等。在水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)使用中，必須要對指標(biāo)參數(shù)開展研究。通常來講，在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用主要針對總參數(shù)指標(biāo)以及污染物類別分析水質(zhì)，并基于當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)狀況條件、往年數(shù)據(jù)信息分析特殊指標(biāo)，從而確保后續(xù)水質(zhì)監(jiān)測與預(yù)警體系構(gòu)建的完整性。要想全面、真實(shí)、科學(xué)展現(xiàn)水質(zhì)狀況，分析動態(tài)趨勢，便要對水溫、pH數(shù)值、渾濁度、溶解氧以及氨、氮、磷、總有機(jī)碳等指標(biāo)進(jìn)行研究，并適當(dāng)增加新的指標(biāo)參數(shù)分析項(xiàng)目。

2.3 模塊結(jié)構(gòu)

技術(shù)人員主要運(yùn)用PLC支持抽樣以及數(shù)據(jù)傳送，監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)規(guī)劃包括以下內(nèi)容。①控制中心模塊，掌握并監(jiān)控子系統(tǒng)運(yùn)行，用于收集整合數(shù)據(jù)信息。②信息接收，通過軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)收集整合數(shù)據(jù)信息。③自動化存儲，將數(shù)據(jù)自動化整合并根據(jù)類別存儲至數(shù)據(jù)庫模塊中。④動態(tài)顯示系統(tǒng)，動態(tài)收集數(shù)據(jù)信息并遠(yuǎn)程顯示在主顯示器中。⑤問題預(yù)警，在檢測數(shù)值信息數(shù)據(jù)存在異常狀況時(shí)便會通過管控系統(tǒng)自動化預(yù)警。⑥水源水質(zhì)管控模塊，結(jié)合動態(tài)檢測為供水廠工作人員提供數(shù)據(jù)信息，用以分析污染物的指標(biāo)數(shù)據(jù)，之后結(jié)合供水需要處理信息并建立預(yù)測模型，制定應(yīng)急處理方案，并綜合生成評價(jià)數(shù)據(jù)以供參考。⑦結(jié)果輸出。自動化打印數(shù)據(jù)內(nèi)容生成報(bào)告信息，如預(yù)測折線圖等。

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是以模塊規(guī)劃的方式為主，此種形式后期升級維護(hù)難度較小。在具體工作中，工作人員可借助軟件開發(fā)以及數(shù)據(jù)庫搭建的形式滿足系統(tǒng)管控需要，并計(jì)算參數(shù)信息。整體來看，系統(tǒng)以Windows系統(tǒng)為核心進(jìn)行開發(fā)，運(yùn)用了大量的編程理念，以保障界面的整潔度和易操作性。

2.4 水質(zhì)預(yù)警

水質(zhì)預(yù)警是指對區(qū)域內(nèi)水質(zhì)數(shù)據(jù)加以研究，分析變化趨勢并對下一階段水質(zhì)的變動狀況加以預(yù)測，明確變化趨勢，進(jìn)而為后續(xù)水質(zhì)問題以及其他綜合性狀況的規(guī)劃提供借鑒與參考，確保出現(xiàn)問題時(shí)能夠第一時(shí)間采取措施加以處理。在系統(tǒng)搭建的過程中，水質(zhì)預(yù)警的功能性需求較多，不僅要滿足某一時(shí)刻的預(yù)警質(zhì)量，還應(yīng)針對未來一段時(shí)間的數(shù)據(jù)預(yù)測狀況完成提前預(yù)警，因此前瞻性超前預(yù)測是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。結(jié)合預(yù)警過程中的狀態(tài)情況，預(yù)警系統(tǒng)分為趨勢型以及突發(fā)型兩種，前者是指由于長期積累所產(chǎn)生的水質(zhì)惡化，需要長時(shí)間過程性的累積；后者則是指數(shù)值在某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)突然出現(xiàn)變動，沒有前期征兆數(shù)據(jù)和信息。針對以上兩種狀況，系統(tǒng)可結(jié)合實(shí)際開展以下3方面針對性預(yù)警：①對水質(zhì)指標(biāo)參數(shù)的變化開展預(yù)警；②運(yùn)用分析統(tǒng)計(jì)技術(shù)監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)狀況并加以預(yù)警；③借助水質(zhì)數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，對可能產(chǎn)生的水質(zhì)狀況提供預(yù)警信息。

2.5 功能設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)場水質(zhì)監(jiān)控與分析需要，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要包括以下功能設(shè)計(jì)。

（1）動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測，支持前瞻性預(yù)警。在收集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之后，系統(tǒng)會將信息傳遞至主控制系統(tǒng)中，并顯示在顯示器上展現(xiàn)參數(shù)指標(biāo)的變化以及不同時(shí)間階段的動態(tài)狀況。在技術(shù)發(fā)展的背景下，技術(shù)人員還在設(shè)計(jì)中加大了GIS技術(shù)的運(yùn)用，以幫助工作人員掌握水源區(qū)域的斷面水質(zhì)，若監(jiān)測數(shù)據(jù)存在異常則連接預(yù)警模塊，并生成預(yù)測信息實(shí)現(xiàn)前瞻性預(yù)警。

（2）集中管控，動態(tài)管理。在系統(tǒng)規(guī)劃過程中，硬件以及軟件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足實(shí)際需求以及系統(tǒng)化要求，運(yùn)用傳感器以及中央控制模塊建設(shè)系統(tǒng)。其中監(jiān)控設(shè)備作為系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，需將其與中央管控、預(yù)警、信息傳輸模塊相連接?？偠灾?，中央監(jiān)控系統(tǒng)的作用在于整合管控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)前期技術(shù)人員會對不同的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行權(quán)限下放，之后通過遠(yuǎn)程管控監(jiān)測設(shè)備以及系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和狀況，隨時(shí)發(fā)送指令。與此同時(shí)，中央監(jiān)控系統(tǒng)具備報(bào)警功能，可在不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)調(diào)取過往信息形成曲線以及報(bào)表內(nèi)容。為強(qiáng)化系統(tǒng)運(yùn)行以及數(shù)據(jù)調(diào)取的科學(xué)性和安全性，數(shù)據(jù)的傳輸與調(diào)用均有相對應(yīng)的備份信息，方便后續(xù)管理人員查詢。在此種設(shè)計(jì)下，工作人員便可明確水質(zhì)狀況和污染物類別、超標(biāo)信息。在動態(tài)管控背景下，系統(tǒng)還會基于數(shù)據(jù)為工作人員提供輔助決策方案，以此優(yōu)化動態(tài)供水管理質(zhì)量。

（3）全面管控，功能拓展。在收集到數(shù)據(jù)信息之后，系統(tǒng)會將信息數(shù)據(jù)與供水廠的管理體制相結(jié)合，并自動化實(shí)現(xiàn)供水管理。在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)所收集的數(shù)據(jù)信息可為水庫水質(zhì)變化規(guī)律研究提供數(shù)據(jù)借鑒，加大對微生物數(shù)量變化的掌握，通過預(yù)警的方式強(qiáng)化供水廠運(yùn)行效果[3]。

2.6 關(guān)鍵點(diǎn)研究

（1）供水地的水源監(jiān)測屬于環(huán)保部門的工作范圍，然而在實(shí)際工作中由于數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量較差且不充分，因此系統(tǒng)很難發(fā)揮全部價(jià)值。出現(xiàn)此狀況的原因有以下幾種。①水域范圍較廣，管理工作量多。②環(huán)保部門日常監(jiān)測的主要目標(biāo)與供水廠有細(xì)微差異，且監(jiān)測的設(shè)計(jì)規(guī)劃較為常規(guī)，難以全面彰顯當(dāng)?shù)氐乃此|(zhì)狀況，無法為供水廠相應(yīng)工作開展提供參考。③由于技術(shù)運(yùn)用無法滿足現(xiàn)實(shí)要求，且通常使用常規(guī)的技術(shù)形式完成定點(diǎn)采樣，因此經(jīng)常會受到周圍因素的影響導(dǎo)致樣本狀況不達(dá)標(biāo)，影響數(shù)據(jù)的科學(xué)性，無法真實(shí)、科學(xué)反映水質(zhì)狀況。在此背景下，為確保水質(zhì)數(shù)據(jù)使用需要，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)建設(shè)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)收集管理奠定良好的基礎(chǔ)。

（2）為強(qiáng)化水質(zhì)監(jiān)測效果，保障供水水平，系統(tǒng)規(guī)劃中還需要針對水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測模型搭建。若想要強(qiáng)化模型搭建的使用效果，技術(shù)人員應(yīng)針對供水管理模式加以研究，優(yōu)化模式質(zhì)量，以此生成科學(xué)的模型。

（3）供水管理模式優(yōu)化之后功能性會進(jìn)一步拓展，可結(jié)合定時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測對水質(zhì)條件加以研究并預(yù)測后續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)前瞻預(yù)警，為動態(tài)供水管控及供水廠后續(xù)工作管理、決策創(chuàng)造良好的條件。為加強(qiáng)供水廠管控效果，在已有管理模式的基礎(chǔ)上，還要結(jié)合自動化供水管控系統(tǒng)滿足供水廠在水質(zhì)、水量管控方面的時(shí)效性，幫助供水廠實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理改革[4]。

3 強(qiáng)化供水水源水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行效果的建議

①相關(guān)部門技術(shù)人員應(yīng)與管理人員配合，結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃吹貭顩r制定供水應(yīng)急預(yù)案，確保在出現(xiàn)問題可以第一時(shí)間控制污染，減少水質(zhì)污染對用水的影響。②加大技術(shù)引用，強(qiáng)化科技水平，提升供水水源水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測和預(yù)警管理的科學(xué)性。此外，在系統(tǒng)搭建的同時(shí)還可融入其他技術(shù)設(shè)計(jì)自動化消毒管控系統(tǒng)用于飲用水水質(zhì)管理工作，提升飲用水質(zhì)量。③增強(qiáng)工作人員的個(gè)人能力與道德水平。在招聘環(huán)節(jié)應(yīng)強(qiáng)化對高技術(shù)人員的關(guān)注，以此提升團(tuán)隊(duì)組織水準(zhǔn)。在飲用水等管理部門還要設(shè)置專家組，在系統(tǒng)自動化監(jiān)測的基礎(chǔ)上，通過專家判斷水質(zhì)抽樣數(shù)據(jù)的方式，管控污染問題的產(chǎn)生，保障供水廠飲用水安全。

結(jié)合實(shí)際情況來看，應(yīng)急體系的構(gòu)建不僅有助于強(qiáng)化水源水質(zhì)污染問題的處理效果，而且可保障居民用水安全，強(qiáng)化供水廠供水質(zhì)量。由此可見，供水水源水質(zhì)監(jiān)測和預(yù)警的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，因此可借助系統(tǒng)搭建強(qiáng)化自動化數(shù)據(jù)采集效果，在提升監(jiān)測與預(yù)警效率的同時(shí)減少人為失誤，保障數(shù)據(jù)真實(shí)性，為供水廠可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)[5]。

4 結(jié)語

在社會不斷發(fā)展的背景下，水源地水質(zhì)經(jīng)常出現(xiàn)問題增加了供水廠的工作難度，需及時(shí)處理才能在滿足供水需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)水資源保護(hù)和優(yōu)化目標(biāo)。為此在后續(xù)的工作中，要求技術(shù)人員針對水溫、溶解氧、pH等參數(shù)強(qiáng)化模塊單元規(guī)劃，從而滿足水質(zhì)數(shù)據(jù)收集、水質(zhì)管控、數(shù)據(jù)監(jiān)管等需求，為供水廠可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]孫韶華，賈瑞寶，馬中雨.《城鎮(zhèn)給水水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)指南》解讀及技術(shù)應(yīng)用[J].中國給水排水，2022，38（7）：132-138.

[2]石新.城市供水水質(zhì)應(yīng)急監(jiān)測方法應(yīng)用與驗(yàn)證：重金屬污染水源事件[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2014（8）：105.

[3]林平.吉林鐵路地區(qū)生活飲用水集中式供水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析：沈陽鐵路局吉林鐵路地區(qū)2009年至2011年生活飲用水集中式供水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析[J].中國衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)，2012，9（4）：142.

[4]王成見，于詢鵬，馬振宇.淺析青島市城市供水水源地水質(zhì)污染成因及防治措施[J].治淮，2011（12）：96-97.

[5]李仰斌，張國華，謝崇寶.我國飲用水源保護(hù)與監(jiān)測相關(guān)法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制現(xiàn)狀[J].中國農(nóng)村水利水電，2008（1）：45-47.