地表水水質自動監測系統應用維護及效益淺析

張　青　高鳴遠　王　瑩

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地表水水質自動監測系統應用維護及效益淺析

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一、水質自動監測系統用途及特性

地表水水質自動監測系統是一套以自動分析儀器為核心，可以在一個水系或一個地區設置若干個有連續自動監測儀器的監測站，定時或實時地監控河流、江河口、湖泊、排污口等目標水域水質狀況及變化情況，為水質監測監控提供科學及時的解決方案。該系統主要運用自動測量技術、自動控制技術以及相關的專用分析軟件和通訊網絡所組成的一個綜合性的在線自動監測體系。能夠自動、連續、及時、準確地監測目標水域的水質等信息，數據遠程傳輸，自動生成圖表等，為監測監控水環境提供了第一手資料。同時相對于手工常規監測，節約了人力和物力，提高了效率，實現了水質監測的信息化和現代化。

二、水質自動監測系統管理規范和質量控制

水質自動監測系統在建設、運行、管理及質控時需遵循相關標準和規范，同時結合具體站點環境因地制宜，才能達到建站目的和充分發揮自動監測站的監測監控作用。

1.監測系統的建站標準

監測系統在建站時應考慮站房的位置、內部儀器的性能和系統集成的可靠性以及取水口位置的設置等。一般來講監測站房選址需注意交通便利，水、電、通信有保障，溫濕度可控，且排除人為破壞及自然災害等安全因素。儀器設備根據監測要求和項目選擇業內主流自動分析儀器，比如德國WTW、法國SERES、德國科澤和日本島津等，同時考慮到系統和項目的擴展性，集成時預留生物毒性、重金屬及藻類等監測儀器設備的空間和管線。取水設施設置斷面根據監測目的應具有代表性，不能設在死水區、漫灘處、回水區。通航河道考慮安全性設立警示標志。排除枯豐水期水位變化對取水設施的影響。取水位置水平距離離監測站房小于100m為宜等。

2.監測系統的管理規范

監測站應配備專業的管理和維護人員，熟悉系統原理及儀器性能，科學操作和記錄各種數據和信息，做好定期巡查維護、突發故障處理、儀器設備校準調試工作，此外還需做好監測數據存儲和統計分析等工作。

3.系統運行的質量控制

自動監測系統和儀器在運行過程中難免受設備故障、水情變化、水體污染等因素影響導致數據偏差和偏離，所以對系統和儀器的質量控制是保證監測準確和有效的重要手段和途徑。通過有效質控來測定和保持設備和系統的準確度和精密度。一般來講準確度通過相對誤差（RE）來體現，精密度通過相對標準偏差（RSD）來體現。

除了準確度和精密度要符合要求以外，在儀器設備驗收時還要核對其方法原理、基本功能及檢出限的技術要求。表1為自動監測系統質控管理主要的幾種方式和范圍要求說明。

三、水質自動監測系統運行維護和故障排除

自動監測系統主要由取水單元、預處理單元、儀器分析單元、控制及數據采集單元和其他輔助單元組成。每個單元結構和組成不盡相同。各個單元協同工作，相輔相承，缺一不可。其中一個單元出現問題都會影響整個系統正常運行。圖1為自動監測系統主要結構組成圖。

1.主要維護單元內容及重難點

根據系統的組成結構，取水單元中的浮筒和潛水泵為重點維護部分，應定期查看浮筒位置，清除附近雜物及水草等，測試潛水泵運行情況，保證功率和取水量。按時檢查注射泵及增壓泵，確定壓力正常和無滴漏。儀器分析單元中重點是針對各種儀器的校準和調試，確保儀器的正常穩定狀態。要掌握和了解儀器結構和原理，各種易損耗部件的定期檢查和更換，內外部管路的暢通測試，反應試劑、標液、電解液的及時更新和補充。數據通信采集單元是系統的控制和傳輸中心，對監測系統的運行流程進行科學操控和分配，對監測數據進行統計和傳輸。該單元邏輯控制器和通信存儲模塊容易出現故障，如出現數據連續無變化或者系統流程不能按步驟進行，則需對該單元進行檢測和調試。系統輔助單元重點應注意空氣壓縮機的工作狀態，維持管路所需正常壓力。

2.自動監測系統維護類別及維護頻次

系統因各個單元結構不一樣，其維護的內容和頻次也不盡相同。一般來講自動監測站的維護主要分為日常巡檢維護、突發故障處理維護、儀器設備校準維護等。

日常巡檢維護主要從整體上進行檢查，查看系統運行狀態穩定與否，數據收集及統計的完整性和合理性。檢查電器設備及輔助設備的工作狀態，有無短路、報錯、工作異常等情況。還需查看儀器的運行參數，試劑的消耗量，各管路、氣路有無滴漏跑氣等現象。同時注意廢水收集量和站內溫濕度情況。巡檢維護一般每月每站3～4次。

突發故障維護主要是系統出現故障時的應急維護，一般為系統無監測數據、數據無變化或者數據明顯異常時的處理和維護。到現場后要測試各單元運行情況，確定故障原因，正確迅速解決。維護需根據系統運行狀態及發生應急監測任務等情況確定頻次。

儀器設備校準維護主要是針對系統的核心分析單元。確保監測儀器的準確性和穩定性才能保證數據科學有效。維護內容是對儀器進行校準比對，控制誤差范圍，使儀器處于最佳運行狀態。該類維護應每站每月1～2次。

表1　水質自動監測站質控考核手段及控制范圍要求表

四、水質自動監測系統利用及效益分析

自動監測技術是20世紀70年代發展起來的，我國在90年代末引進水質自動監測技術，1999年開始在七大流域和眾多湖庫建設水質自動監測站。近年來隨著公眾環境意識的提高，水污染問題的突出，對水源水質的監測要求越來越高，水質自動監測站的建設也取得了較大的進展。國家和地方在重要河流干支流、入江、入?？?、重要湖庫及重大水利工程項目等斷面設置了水質自動監測站，積累了大量數據。

眾多自動監測站的布設和運行產生的效益和作用主要有以下幾方面：首先對流域或河流的上下游水質起到了高頻多點的監測作用，可以對水污染事件進行提前預警和跟蹤，及時確定污染源和污染程度，保證了水安全。其次在生態補償機制中自動監測斷面數據作為法定數據核算補償資金，更加公平合理。另外在環境流域考核中因自動監測頻次高，數據量大，能夠動態反應河流水質時空變化情況，已成為各級地方政府及領導干部綜合考核的重要內容。最后自動監測系統可以實現斷面量質同步監測，根據監測結果可以自動初步核算出污染物通量。對控制減排，研究污染物分布規律，制定治理方案有著重要意義。

圖1　水質自動監測站主要結構組成圖

五、水質自動監測技術進展和發展趨勢

隨著水環境監測要求的不斷提高，自動監測系統的技術發展和建站水平也在不斷的提高。從自動監測系統這幾年發展趨勢和當下的現狀水平來看，今后自動監測系統的集成水平、處理流程向小型化、集約化和簡單化發展。監測設備種類和可靠性進一步擴展和提高。利用新興的物聯網技術、云技術等，自動監測網絡平臺將更加智能化，功能更強大。另外自動監測技術各類標準也逐步統一和規范，法律地位和發揮作用顯著提高■

（作者單位：1.江蘇省水文水資源勘測局南京分局2100082.江蘇省水文水資源勘測局210029）