城市供水水質在線監控網絡構建

◎ 中國城市規劃設計研究院 牛 晗 耿艷妍 邊 際

1 引言

針對我國飲用水水源普遍污染、水污染事件頻繁發生、飲用水監管體系不健全、飲用水安全保障存在嚴重缺陷等突出問題，根據《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006--2020年)》，經國務院批準，啟動了《水體污染控制與治理科技重大專項》，《飲用水安全保障技術研究與示范主題》是水專項的6個主題之一，其中《飲用水水質監控預警及應急技術研究與示范》（以下簡稱監控預警項目）是飲用水主題8個項目之一。

監控預警項目共設置了8個課題，其中包括《國家、省、市三級水質監控網絡構建關鍵技術研究與示范》。構建三級供水水質在線監控網絡是該課題的任務之一，其目標是有效地實時監測從“取水、凈水到配水”過程中關鍵節點的重要水質指標的變化，為城市供水水質監控預警及應急支持系統提供基礎支撐。

2 在線監控網絡框架設計

供水水質在線監控網絡設計為分布式、網絡化、多信源的國家、省、市三級架構，拓撲圖1如下：

在線監測信息的傳輸方式分三種：第一種是城市級、省級都建有監控中心實體，則在線監測信息首先向城市級監控中心傳送，城市級監控中心向省級監控中心傳送，省級監控中心向國家級監控中心傳送；第二種城市級未建監控中心實體，省級已建實體，則在線監測信息直接向省級監控中心傳送，并可按權限登陸獲取相關信息；第三種有省市兩級均未建監控中心，則在線監測信息直接向國家級監控中心傳送，并可按權限登陸并獲取相關信息。

3 技術路線

供水水質在線監控網絡建設首先在調研和需求分析的基礎上，根據當地水質特點等實際情況確定在線監測點和監測項目，選擇在線監測設備和通訊方式，設計通訊網絡結構，建設數據接收平臺，開發數據采集、傳輸與接收接口并測試完成。具體技術路線如圖2所示：

4 技術要求

4.1 在線監測點選擇

在線監測點分水源水、出廠水和管網水三種類型。

（1）水源水在線監測點

水源水監測站點的選擇應考慮如下因素：

1）地理位置

為確保預警反應時間，地表水源水在線監測點一般設置于取水口，地下水源水在線監測點一般設置在全部取水井的匯流點。

2）水深狀況

要考慮到雨季和旱季水位的變化，以便于在設計監測站時做出相應的處理。

3）交通情況

由于監測站的儀器儀表的運入、站點的維護、試劑的更換、領導考察等都需要車輛進入，因此，一個相對較好的交通是必須滿足的。

4）通信情況

只有在比較好的通信條件下，自動監測站數據才能成功發送，因此通信條件的好壞，將直接影響到監測站與上位機的聯系。

5）供電條件

圖1 三級供水水質在線監控網絡拓撲圖

在線監測站要滿足儀器設備的電力供應要求，以保證監測站的正常運行。

（2）出廠水在線監測點

根據現有水廠實際情況，一般在各水廠靠近出水泵房位置設置出廠水水質監測點。地下水廠結合原水監測點計劃合并建設。

（3）管網水在線監測點

管網水水質在線監測點設計要能夠充分反映對應水廠出廠水水質變化、管網水混合后水質變化及末梢水水質情況。

4.2 在線監測儀器設備選型

（1）選型原則

1) 儀器設備測定量程范圍滿足監測源的水質要求；

2) 儀器設備測定結果的相對誤差符合技術條件的規定；

3) 儀器設備維護量少，運行成本低；

4) 儀器設備使用試劑少，不產生二次污染。

（2）一般技術要求

1) 通訊協議：支持RS-232、RS-485協議。

2) 相關認證要求：應具有中華人民共和國計量器具型批準證書或生產許可證。

3) 應具有時間設定校對、顯示功能。

4) 應具有自動零點、量程校正功能。

5) 應具有測試數據顯示、存儲和輸出功能。

6) 意外斷電且再度上電時，應能自動排出系統內殘存的試樣、試劑等，并自動清洗，自動復位到重新開始測定的狀態。

7) 應具有故障報警、顯示和診斷功能，并具有自動保護功能，并且能夠將故障報警信號輸出到遠程控制網。

8) 應具有限值報警和報警信號輸出功能。

9) 應具有接收遠程控制網的外部觸發命令、啟動分析等操作的功能。

4.3 水質在線監測數據傳輸方式

水質在線監測數據傳輸方式分平臺數據上報和站點傳輸。

平臺數據傳輸按三級平臺由市級逐級上報進行。

站點數據傳輸方式分無線通訊方式和有線通訊方式。無線通訊方式主要有GPRS、CDMA等，有線通訊方式主要有VPN、ADSL等。水質監控網絡中在線監測儀的數據傳輸方式不做具體規定，可根據現場條件選擇，通過數采儀實現數據傳輸。

4.4 數據采集儀技術性能與通訊方式

數采儀通過數字通道、模擬通道采集在線監測儀器的監測數據、狀態信息，然后通過傳輸網絡將數據、狀態傳輸到監測中心，同時監測中心通過傳輸網絡發送控制命令，數采儀根據命令控制在線監測儀器工作。

（1）技術性能要求

1）兼容性好、穩定性高

2）支持不同頻率的單點多發模式；

3）具有分級反控功能；

4）支持常用的RS232或RS485等通訊端口。

（2）通訊方式要求

數采儀應同時具備以下兩種通訊方式：

1）無線通訊方式：GPRS、CDMA等；

2）有線通訊方式：VPN、ADSL等。

（3）數據傳輸標準化要求

數據傳輸標準化指數采儀和在線監測中心之間的數據交換傳輸及收發指令，應符合通訊協議及通訊包的標準。

（4）數據采集傳輸后與現有水質管理平臺無縫對接，按指令直接寫入到各級現有水質數據庫中。

圖2 供水水質在線監控網絡建設技術路線圖

4.5 在線監測數據的采集頻率

為滿足各級政府，尤其是城市級政府主管部門對城市供水的水源水、出廠水、管網水水質的實時監管，在線監測數據采集信息首先來源于城市級政府部門（第三方監管）建設的在線水質監測點。其次，為節省投資，城市供水企業已建的在線監測點也將有選擇的納入采集范圍。城市的在線監測頻率按實際需要設計，可動態調整。

采用分級、分頻率的方法實施在線監測點的數據采集。對于省轄城市和一般城市采用不同的上報頻率。

5、結語

三級供水水質在線監控網絡的建設和運行，將整體提高我國城市飲用水監控水平和監控預警及應急支持的能力，對于保障城市飲用水安全，構建和諧社會具有重要作用，社會效益明顯。