◎ 中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 牛 晗 耿艷妍 邊 際

1 引言

針對(duì)我國(guó)飲用水水源普遍污染、水污染事件頻繁發(fā)生、飲用水監(jiān)管體系不健全、飲用水安全保障存在嚴(yán)重缺陷等突出問題，根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006--2020年)》，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，啟動(dòng)了《水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)》，《飲用水安全保障技術(shù)研究與示范主題》是水專項(xiàng)的6個(gè)主題之一，其中《飲用水水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警及應(yīng)急技術(shù)研究與示范》（以下簡(jiǎn)稱監(jiān)控預(yù)警項(xiàng)目）是飲用水主題8個(gè)項(xiàng)目之一。

監(jiān)控預(yù)警項(xiàng)目共設(shè)置了8個(gè)課題，其中包括《國(guó)家、省、市三級(jí)水質(zhì)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》。構(gòu)建三級(jí)供水水質(zhì)在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是該課題的任務(wù)之一，其目標(biāo)是有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)從“取水、凈水到配水”過(guò)程中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的重要水質(zhì)指標(biāo)的變化，為城市供水水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警及應(yīng)急支持系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐。

2 在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)框架設(shè)計(jì)

供水水質(zhì)在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為分布式、網(wǎng)絡(luò)化、多信源的國(guó)家、省、市三級(jí)架構(gòu)，拓?fù)鋱D1如下：

在線監(jiān)測(cè)信息的傳輸方式分三種：第一種是城市級(jí)、省級(jí)都建有監(jiān)控中心實(shí)體，則在線監(jiān)測(cè)信息首先向城市級(jí)監(jiān)控中心傳送，城市級(jí)監(jiān)控中心向省級(jí)監(jiān)控中心傳送，省級(jí)監(jiān)控中心向國(guó)家級(jí)監(jiān)控中心傳送；第二種城市級(jí)未建監(jiān)控中心實(shí)體，省級(jí)已建實(shí)體，則在線監(jiān)測(cè)信息直接向省級(jí)監(jiān)控中心傳送，并可按權(quán)限登陸獲取相關(guān)信息；第三種有省市兩級(jí)均未建監(jiān)控中心，則在線監(jiān)測(cè)信息直接向國(guó)家級(jí)監(jiān)控中心傳送，并可按權(quán)限登陸并獲取相關(guān)信息。

3 技術(shù)路線

供水水質(zhì)在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)首先在調(diào)研和需求分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)特點(diǎn)等實(shí)際情況確定在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，選擇在線監(jiān)測(cè)設(shè)備和通訊方式，設(shè)計(jì)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，建設(shè)數(shù)據(jù)接收平臺(tái)，開發(fā)數(shù)據(jù)采集、傳輸與接收接口并測(cè)試完成。具體技術(shù)路線如圖2所示：

4 技術(shù)要求

4.1 在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇

在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)分水源水、出廠水和管網(wǎng)水三種類型。

（1）水源水在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)

水源水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的選擇應(yīng)考慮如下因素：

1）地理位置

為確保預(yù)警反應(yīng)時(shí)間，地表水源水在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般設(shè)置于取水口，地下水源水在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般設(shè)置在全部取水井的匯流點(diǎn)。

2）水深狀況

要考慮到雨季和旱季水位的變化，以便于在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)站時(shí)做出相應(yīng)的處理。

3）交通情況

由于監(jiān)測(cè)站的儀器儀表的運(yùn)入、站點(diǎn)的維護(hù)、試劑的更換、領(lǐng)導(dǎo)考察等都需要車輛進(jìn)入，因此，一個(gè)相對(duì)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(dòng)監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)才能成功發(fā)送，因此通信條件的好壞，將直接影響到監(jiān)測(cè)站與上位機(jī)的聯(lián)系。

5）供電條件

圖1 三級(jí)供水水質(zhì)在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

在線監(jiān)測(cè)站要滿足儀器設(shè)備的電力供應(yīng)要求，以保證監(jiān)測(cè)站的正常運(yùn)行。

（2）出廠水在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)有水廠實(shí)際情況，一般在各水廠靠近出水泵房位置設(shè)置出廠水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。地下水廠結(jié)合原水監(jiān)測(cè)點(diǎn)計(jì)劃合并建設(shè)。

（3）管網(wǎng)水在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)

管網(wǎng)水水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)要能夠充分反映對(duì)應(yīng)水廠出廠水水質(zhì)變化、管網(wǎng)水混合后水質(zhì)變化及末梢水水質(zhì)情況。

4.2 在線監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備選型

（1）選型原則

1) 儀器設(shè)備測(cè)定量程范圍滿足監(jiān)測(cè)源的水質(zhì)要求；

2) 儀器設(shè)備測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差符合技術(shù)條件的規(guī)定；

3) 儀器設(shè)備維護(hù)量少，運(yùn)行成本低；

4) 儀器設(shè)備使用試劑少，不產(chǎn)生二次污染。

（2）一般技術(shù)要求

1) 通訊協(xié)議：支持RS-232、RS-485協(xié)議。

2) 相關(guān)認(rèn)證要求：應(yīng)具有中華人民共和國(guó)計(jì)量器具型批準(zhǔn)證書或生產(chǎn)許可證。

3) 應(yīng)具有時(shí)間設(shè)定校對(duì)、顯示功能。

4) 應(yīng)具有自動(dòng)零點(diǎn)、量程校正功能。

5) 應(yīng)具有測(cè)試數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)和輸出功能。

6) 意外斷電且再度上電時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)排出系統(tǒng)內(nèi)殘存的試樣、試劑等，并自動(dòng)清洗，自動(dòng)復(fù)位到重新開始測(cè)定的狀態(tài)。

7) 應(yīng)具有故障報(bào)警、顯示和診斷功能，并具有自動(dòng)保護(hù)功能，并且能夠?qū)⒐收蠄?bào)警信號(hào)輸出到遠(yuǎn)程控制網(wǎng)。

8) 應(yīng)具有限值報(bào)警和報(bào)警信號(hào)輸出功能。

9) 應(yīng)具有接收遠(yuǎn)程控制網(wǎng)的外部觸發(fā)命令、啟動(dòng)分析等操作的功能。

4.3 水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方式

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方式分平臺(tái)數(shù)據(jù)上報(bào)和站點(diǎn)傳輸。

平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸按三級(jí)平臺(tái)由市級(jí)逐級(jí)上報(bào)進(jìn)行。

站點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸方式分無(wú)線通訊方式和有線通訊方式。無(wú)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(zhì)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中在線監(jiān)測(cè)儀的數(shù)據(jù)傳輸方式不做具體規(guī)定，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇，通過(guò)數(shù)采儀實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

4.4 數(shù)據(jù)采集儀技術(shù)性能與通訊方式

數(shù)采儀通過(guò)數(shù)字通道、模擬通道采集在線監(jiān)測(cè)儀器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息，然后通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)、狀態(tài)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心，同時(shí)監(jiān)測(cè)中心通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令，數(shù)采儀根據(jù)命令控制在線監(jiān)測(cè)儀器工作。

（1）技術(shù)性能要求

1）兼容性好、穩(wěn)定性高

2）支持不同頻率的單點(diǎn)多發(fā)模式；

3）具有分級(jí)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(shù)采儀應(yīng)同時(shí)具備以下兩種通訊方式：

1）無(wú)線通訊方式：GPRS、CDMA等；

2）有線通訊方式：VPN、ADSL等。

（3）數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)化要求

數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)采儀和在線監(jiān)測(cè)中心之間的數(shù)據(jù)交換傳輸及收發(fā)指令，應(yīng)符合通訊協(xié)議及通訊包的標(biāo)準(zhǔn)。

（4）數(shù)據(jù)采集傳輸后與現(xiàn)有水質(zhì)管理平臺(tái)無(wú)縫對(duì)接，按指令直接寫入到各級(jí)現(xiàn)有水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖2 供水水質(zhì)在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)技術(shù)路線圖

4.5 在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集頻率

為滿足各級(jí)政府，尤其是城市級(jí)政府主管部門對(duì)城市供水的水源水、出廠水、管網(wǎng)水水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)管，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集信息首先來(lái)源于城市級(jí)政府部門（第三方監(jiān)管）建設(shè)的在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其次，為節(jié)省投資，城市供水企業(yè)已建的在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)也將有選擇的納入采集范圍。城市的在線監(jiān)測(cè)頻率按實(shí)際需要設(shè)計(jì)，可動(dòng)態(tài)調(diào)整。

采用分級(jí)、分頻率的方法實(shí)施在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。對(duì)于省轄城市和一般城市采用不同的上報(bào)頻率。

5、結(jié)語(yǔ)

三級(jí)供水水質(zhì)在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)行，將整體提高我國(guó)城市飲用水監(jiān)控水平和監(jiān)控預(yù)警及應(yīng)急支持的能力，對(duì)于保障城市飲用水安全，構(gòu)建和諧社會(huì)具有重要作用，社會(huì)效益明顯。