水質自動監測系統的建設及應用研究

金軍鋒，潘烈群，陳學軍

（1.杭州市富陽生態環境監測站，浙江 杭州 311400；2.杭州市生態環境局富陽分局，浙江 杭州 311400）

為了有效治理水環境，改善水質質量，我國不斷加大對水環境的保護力度，水質自動監測系統工程建設數量、建設規模持續擴大。水質自動監測系統能夠在線實時監測水質情況，并依托于計算機等先進技術科學有效地分析水質信息，確保所獲取的水質監測結果具有較高的精準度，從而為后續水環境治理管理工作有序開展提供重要支撐，保證水環境治理取得顯著成效。所以，在水環境監測工作開展中，需要將水質自動化監測系統作為主要監測手段，合理建設和有效應用管理水質自動監測系統，充分發揮出技術優勢，在現代化、自動化等高新技術的支持下顯著提高水質監測工作效率和工作質量，確保水環境管理取得顯著成效。

1 水質自動監測系統概述

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

水質自動監測系統的組成部分分為中心站軟件平臺和子站系統，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所采集的監測點數據，始終確保數據的及時性和有效性，并科學分析監測數據，生成詳細的監測報告，同時自動生成對應的數據圖表，便于工作人員直觀清晰地了解水質的變化情況。中心站軟件平臺也能科學處理超過安全值域的監測數據，一旦監測到水質超標數據便會自動發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的子站系統，調整修改遠程參數，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、存儲所有的監測數據，方便工作人員隨時查找翻閱歷史數據，為后續工作的開展提供有效參考和指導[3]。而子站系統是水質自動監測系統不可或缺的結構部分，子站系統負責整個系統所有數據的分析、整理、處理工作，并對水質的常規五參數、高錳酸鹽指數、氨氮總有機碳等參數指標進行重點監測。

目前，各個國家都在廣泛推廣水質自動監測系統，應用范圍不斷擴大，而水質自動監測系統在數據采集、分析、整理、傳輸等方面發揮著顯著優勢，此種監測方式也逐步成為水質監測的主流發展方向。當然，水質自動監測系統也存在一定的不足，不僅建設初期需要投入大量成本，而且維修維護成本較高，這就使得系統整體運行費用居高不下，同時對操作人員的技術知識水平、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，在日常水質監測工作開展中，我們仍舊需要加大水質自動監測系統的研究力度，持續提高監測系統的自動化、智能化水平，加強水質在線監測能力，更好地為水質保護工作提供高效服務。

2 水質自動監測系統的建設原則

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

第一，標準化原則。在建設安裝水質自動監測系統時，必須嚴格遵守國家頒布的相關法律法規和規定要求，不能存在違規作業或者不規范作業情況。要全面標準化設計水質自動監測系統的硬件技術指標，進一步提高硬件使用性能和應用水平。同時也要統一標準化設計軟件，各種運行軟件需要提供實現相互兼容的接口，做到互聯互通，確保數據的開放性[4]。此外，為了充分滿足政府層級、不同廠家設備、不同軟件應用、不同協議間的有效連接需求，整體水質自動監測系統在設計、技術、設備選擇方面都需要支持國際標準的網絡接口和協議，以進一步構建高度開放的發展格局。

第二，智能化原則。在規劃設計水質自動監測系統時，需要考慮到未來發展方向的智能化，從而有效滿足水質環境集約、高產、高效、生態、安全的發展需求。通過綜合應用智能傳感、無線傳感網、無線通信、智能處理與智能控制等物聯網技術，打造生態環境監測新引擎，實現水質監測智能化發展，確保水質自動監測系統集水質采集、智能分析處理、預警信息、決策支持、遠程自動控制多種功能于一體，促進水質監測質量和效率的雙提升。在水質智能監測系統的應用下，能夠結合大數據、人工智能監測分析等技術手段智能化分析高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮等水質監測參數指標，最大限度降低監測誤差，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樣品采樣、運輸、前處理、數據分析、數據報送、數據存儲等多個運行環節，實現水質監測分析全程留痕、進度可視、結果可追溯。

第三，實用性原則。由于水質自動監測系統需要為各個用戶或者某項工程提供高效服務，所以，在建設過程中實用性也是必要遵循的原則，所建設的水質自動監測系統、所選擇的監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，在進行水質自動監測系統設計建設前，工作人員需要開展實地考察調研，了解實際情況，結合實際優化資源配置，合理布局監測網點，科學選擇監測項目，確保水質自動監測系統建設應用達到最佳狀態。在建設時，部分外界因素可能會影響監測系統的正常運行，還需要提前采取有針對性的措施消除不良影響。比如，進行水質監測取樣時，如果取樣河流屬于季節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備增加安裝在取水口位置處，這樣傳感器能夠對采樣端口與水體底部距離進行動態監測，及時將數據傳輸給中心系統，這樣監控中心系統的工作人員就能夠全面掌握水質監測區域現場的實際情況，做出正確判斷，合理調整水質監測方式。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中，始終確保采水數據的正確性，杜絕異常數據產生。

3 水質自動監測系統的建設路徑

3.1 合理構建工作協調機制

水質自動監測系統建設工作較為繁瑣，復雜性較強，在實際施工建設過程中需要綜合考慮多項內容，涉及多項建設環節，一旦各項工作安排不協調，缺乏有效溝通，就無法提升建設效率和質量。為了保證水質自動監測系統建設工作高效有序進行，在規定時間內高質量完成，相關單位需要合理構建工作協調機制，強化溝通意識和協調意識，保持上下左右聯系暢通，在相互配合協作下，統籌解決監測系統建設中存在的各項問題。相關單位需要從各個部門中抽調專業性人才組建建設工作協調小組，根據實際情況建立健全工作協調制度，協調小組負責統籌、規劃、指導水質自動監測系統的建設工作，明確職責分工，認真落實各項建設工作，形成高效運行的長效工作機制。

3.2 規范化、標準化建設站房

在水質自動監測系統施工建設中，站房不僅是建設的基礎性內容也是不可或缺的結構組成，為了有效提高水質自動監測系統整體施工建設質量，就需要科學選址，合理設計站房結構，科學規劃布局，規范化、標準化建設站房。就當前實際情況來看，部分區域在建設站房時仍舊保持著傳統落后的管理觀念，再加上缺乏豐富的建設經驗，導致實際的站房建設效果達不到理想預期。為了有效解決這些問題，相關單位需要全面整合我國水質自動化監測站管理相關文件，綜合考慮當地水質條件、地質條件等因素，科學制定站房建設技術標準和建設規范流程，從源頭上把控站房的規范化建設，這樣才能充分發揮水質自動監測系統的功能和作用，確保生態效益、經濟效益、社會效益最大化。

3.3 科學構建自動監控平臺和數據管理平臺

為了全面監測當地水域的水質環境狀況，監測區域并不僅僅設置一個水質自動監測系統，往往是由幾十個或者上百個水質自動監測站構建形成的龐大而完整的水質自動監測體系。在這個水質自動監測體系中，每天所產生的實時監測數據總體數量龐大，如果采取人工處理數據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。為了保證數據信息處理的高效化和精準度，相關單位需要根據當地實際情況開發建設自動監控平臺和數據管理平臺，確保現有的數據處理效率大大提升，有效滿足水質監測工作的高標準和高需求。在處理數據信息時，各個區級監測部門需要將水質自動監測數據及時上報給市級部門，由市級部門統一統計、分析、處理、歸納匯總，實現一體化數據管理，大幅度提升水質自動監測系統的數據處理水平。

4 水質自動化監測系統的應用管理策略

4.1 加強水質自動監測站的運行維護

當水質自動監測系統投入使用后，后期的運行管理效率和管理質量會對整體水質監測效果產生嚴重影響。所以，在水質自動監測系統應用過程中，相關單位還需要加強運行維護管理，確保水質自動監測系統安全穩定高效運行，提高自動監測數據的精確性，便于工作人員全面掌握水環境的實際質量狀況。一般來說，水質自動監測系統建成投入應用后，常見的運行管理方式包括兩種，其一是生態環境部門的自主運維管理，其二是委托第三方機構開展運維工作。相比于生態環境部門自主運維管理方式，第三方機構運維管理有著顯著優勢，包括管理人員配備的充足性、運行管理的自主性、所受到的行政干預較小等，以此來為水質自動監測系統運行數據的穩定性和可靠性提供有力保障。因此，各個區域在進行水質自動監測系統運行維護管理時，在綜合權衡利弊的基礎上，將運行管理工作全面委托給第三方機構，既能保證水質自動監測系統的運行效果，也能提高整體運行維護質量。

4.2 加大監督管理力度

在水質自動監測系統運行維護過程中，多種外界因素會對儀器設備的正常運行產生不良影響，引發運行誤差、運行不安全、監測數據異常等問題，這就難以保證監測數據的準確性和真實性。所以，應用水質自動監測系統時，相關單位還需要加大監督管理力度，有效監督水質監測工作的各個環節，確保水質自動監測系統中的各個儀器設備始終保持穩定安全的運行狀態，降低監測誤差率。水質自動監測系統的主要構成環節分為自動監測、數據傳輸、數據分析、數據應用等，無論哪個環節存在不足和缺陷，都會給水質自動監測系統的正常運行造成嚴重影響，這就要求在開展監督管理工作時，相關單位根據實際情況建立運營單位信息反饋-區級審核-市級監控的管理制度，明確劃分各部門的工作內容和工作職責，確保權責清晰，整體管理體系運行通暢，使各項監督更加規范、更加有力、更加有效，持續提高監督管理的針對性和精準性。其中運營單位需要對水質自動監測系統的日常維護運行工作進行全面監管，減少運行故障的發生，切實提升系統運行的安全性和穩定性；區級的監測部門需要及時收集、整理、處理各水質自動監測系統監測過程中所產生的全部監測數據，及時上報水質監測的異常情況或者超標情況；而市級監測部門需要綜合匯總、分析全市的水質自動監測數據，全面評估、合理判斷全市的水質質量，有效制定對應的水質保護方案和行動計劃，維護區域內水源地水質總體達標，顯著提高水源地水環境安全保障水平，增強水質管理成效。

5 結語

綜上所述，水資源作為人類賴以生存和發展的重要資源之一，它的水質質量將會對人體健康產生嚴重影響，隨著環保理念的深入人心，人們越發重視水質安全，水環境監測需求不斷增長，這就要求相關單位要切實做好水質監測工作，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。水質自動監測系統可以實現24小時全天候自動監測，幫助工作人員隨時掌握水質變化狀況，綜合了解水質變化規律，并對潛在的水環境風險及時預警，確保地表水水質自動監測能力和預警監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和技術支持。因此，相關單位需要將河流水質監測擺在重要位置，在水源地監測站、環保監測站、水質監督等多個領域廣泛應用水質自動監測系統，并加強研究水質自動監測系統的建設與應用管理，采取科學合理優化路徑，充分發揮出水質自動監測系統的應用效能，快速有效解決水質問題。