南水北調濟寧截污導流工程水質在線監測實踐

張大偉，張 琪，曹秋麗

（濟寧市水利事業發展中心，山東 濟寧 272000）

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

南水北調東線2013 年11 月正式通水以來，南四湖水質持續改善，穩定達標。但污水排放監管等水質保護措施尚需完善，通過在濟寧境內有代表性的截污導流工程中安裝水質在線監測系統，實時監測掌握整個系統水文水質狀況，及時分析原因并加以控制是保障境內干線水質的基礎[1]。

1 系統配置

1.1 建設內容

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

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

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

4）控制系統。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、空壓機等設備，完成管路取水、預處理、配水、清洗等功能。

5）數據采集/處理/傳輸系統。實現數據的采集、控制和傳輸，將獲取信息通過無線網絡發送至監管與數據審核平臺，并接收和執行平臺下發的指令。根據狀態參數或故障報警信號等能自動對分析結果的有效性進行判斷，具有預警功能，可定時采集歷史數據進行報表統計和數據曲線分析。

6）水質監測分析單元。由特定參數水質分析儀器組成，水質分析儀器連接至數據采集和傳輸單元。

7）信息安全設備及其它輔助設備。為自動監測儀器的連續穩定運行提供環境保障，包括電力保障、雷擊防預、安全防護、溫濕度調節和廢液收集等。

在控制系統的指揮下，采水單元從水體中取水樣，經配水單元對水樣進行預處理，再分配到各分析單元。各參數分析儀得出水樣的參數值，由數據采集/處理/傳輸系統通過發送至監管平臺，工作人員可進行實時監測[2]。

1.2 自動分析儀工作原理

水質自動分析儀的性能指標是數據準確性的保障。自動分析設備主要監測目標為水體中的常規五參數（即pH 值、水溫、電導率、溶解氧、濁度）和氨氮、高錳酸鹽參數，分別由五參數自動分析儀、高錳酸鹽指數自動分析儀和氨氮自動分析儀3 種設備完成。

1.3 通信網絡及控制中心

通信網絡及控制中心包括3 部分：網關層設備控制及數據采集、網絡層數據傳輸和云平臺數據處理及控制查詢。網關為數據鏈的采集控制層，主要實現對監測站房內空調控制，門禁管理、視頻監控及數據上傳。VPN 網絡為數據鏈的傳輸層，網關通過4G 模塊接入VPN 專屬網絡與云平臺進行數據交互。云平臺為數據鏈的數據分析層，實時分析網關上傳的水質數據、設備狀態信息，當水質和設備異常時啟動警報。

2 運行維護

水質自動分析儀的性能會直接影響監測數據的準確性。從在線監測系統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測的準確性，使其數據具有代表性，同時可實現系統長周期有效平穩運行[3]。水質自動監測站運行維護應按照相關技術規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。維護內容包括每日遠程維護、每周現場維護、應急維護，并定期對監測和運維人員進行培訓。

3 效果分析

該水質在線自動監測系統在濟寧境內中水截污導流工程線路上設置了5 座水質在線自動監測站，分別對5 個縣、市5 處閘壩所在水體斷面進行監測。水質在線自動監測站每4 h 檢測1次，得出水樣的參數值，由數據采集/處理/傳輸系統通過無線網絡發送至智能平臺、移動終端，全過程自動化運行。

該系統參照國家《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅲ類水標準，主要監測數據為pH 值、水溫、電導率、溶解氧、濁度、氨氮和高錳酸鹽7項參數。利用警值軟件為除濁度外的其它6 項參數的標準限值設定了預警標準，在高于或低于標準限值時，系統將會啟動警報。

目前，水質在線監測系統已完成單位工程驗收，并通過設備調試，進入試運行階段。試運行期間，系統各單元運行正常、穩定，數據準確，上傳及時，能夠做到連續、實時掌握斷面水質動態，可實現水質指標異常預警預報。綜合分析5 個斷面的水質監測結果表明：水體pH 值比較穩定，在6.5～8.17 之間；溶解氧在個別時期會出現＜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降雨過程中，分析原因主要是與降雨有關，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 個斷面水質大部分時間可穩定達到Ⅲ類水標準，基本符合南水北調東線干線調水水質目標要求。為水利部門實時掌握監測斷面水質情況，及時、迅速決策和有效應對提供了強有力的數據支撐。

4 建議

4.1 嚴格按照規范流程進行采樣

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，保證在線監測系統的樣品與手工分析的樣品可比[4]。只有嚴格按照規范的流程采樣測試，才能保障比對檢測結果的可比性。

4.2 加強科技手段與水利行業融合

建議系統中增加行業排污指標對應功能。如數據顯示某個時段某個參數指數迅速升高，排除降水、溫度等因素影響外，分析判斷為企業排污超標。但沿線企業眾多，排查難度大。如能分析排污指標和行業的對應關系，增加排污指標對應功能，可快速鎖定其行業性質和企業范圍。

4.3 建立水質保護長效機制

對5 座水質監測站的運行情況、維護校準情況等及時進行記錄，不斷摸索總結經驗，待模式成熟后推廣至南四湖入湖各條河流、調蓄水庫等，特別是在污水處理廠附近河流增設監測斷面，對南水北調干線水質進行全程監測，以形成長效保護機制。

4.4 建立一支專業化隊伍

目前在試運行和摸索階段，可暫時委托專業、信譽好的第三方運維企業進行日常運維和校準工作，以保障水質監測儀器設備的穩定度和準確度。同時，應盡快著手培養一批專業運維和監測人員，逐步形成常態化、制度化，最終建立一支水利系統自己的運維和水質監測隊伍。

4.5 發揮水質監測系統優勢

南四湖及周邊為保護水質安全、水質達標，污染治理任務重。應找到與東線二期工程運行管理體系的契合點，發揮水質在線監測系統在數據傳遞和自動化、智能化管理的優勢，加強信息共享和資源整合，為將來東線二期運行管理、京杭大運河生態治理與環境保護、水資源開發和環境評價創造有利條件。