韓永濤 楊春雷 王軍翠

1. 引言

近年來(lái),我國(guó)水污染防治工作取得了積極進(jìn)展,但水環(huán)境總體形勢(shì)依然嚴(yán)峻,防治水污染、保障飲用水安全工作任務(wù)十分艱巨。水質(zhì)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)信息采集自動(dòng)化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、管理數(shù)字化、決策科學(xué)化的目標(biāo)，為保障城市水安全提供技術(shù)支持，滿足城市日益增長(zhǎng)用水量的需求和提高水質(zhì)的要求。

2. 水質(zhì)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)目標(biāo)

水質(zhì)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有高度自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)可以無(wú)人值守連續(xù)工作，并自動(dòng)對(duì)崗南水庫(kù)的水溫、PH值、溶解氧、濁度、電導(dǎo)率、氨氮、總?cè)芙夤腆w、藍(lán)綠藻等水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行多時(shí)段、定時(shí)或者24小時(shí)不間斷連續(xù)監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面反應(yīng)水庫(kù)水質(zhì)狀況和發(fā)展趨勢(shì)。系統(tǒng)利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向遠(yuǎn)程傳輸，水質(zhì)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、分析后輸出，并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。多參數(shù)水質(zhì)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行，大大提高了崗南水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水資源調(diào)配及水生態(tài)保護(hù)的工作水平，為水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供了必要的數(shù)字信息，保障了生活飲用水安全。

3. 水質(zhì)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

水質(zhì)自動(dòng)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由采水單元、配水單元、水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析單元、采集控制單元等組成。

整個(gè)水質(zhì)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)包含多種信道的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的第一層（水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析單元），各分析儀器及監(jiān)控設(shè)備的信息由RTU采集，現(xiàn)場(chǎng)操作者通過(guò)RTU的人機(jī)界面對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行控制及維護(hù)（現(xiàn)場(chǎng)子站監(jiān)控單元）。RTU通過(guò)GPRS/SMS方式接入監(jiān)控中心，同時(shí)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.1 采水單元

水質(zhì)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采水單元一般為浮桶式采水方式，既要保證采集到具有代表性的符合監(jiān)測(cè)需要的水樣，又要保證取樣吸頭的連續(xù)正常使用。輸水管路采用雙泵雙管路設(shè)計(jì)。取樣方式采用間歇與應(yīng)急啟動(dòng)相結(jié)合的取樣方式。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，可設(shè)置為應(yīng)急啟動(dòng)取樣方式。間歇/連續(xù)取樣方式的切換可以現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程操作。輸水管路采用排空設(shè)計(jì)，在一個(gè)監(jiān)測(cè)周期完成后，將管路中水樣自動(dòng)排空等待下一個(gè)取水過(guò)程，并且配備手動(dòng)排空閥。

3.2 配水單元

采用高效沉淀器去除水中泥沙及懸浮顆粒，沉淀器設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)排砂閥，采用氣、水同時(shí)清洗，清洗效率高。系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)排砂和清洗沉淀器。水樣在經(jīng)過(guò)沉淀后進(jìn)入兩級(jí)串連過(guò)濾器。自控系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗，保證過(guò)濾水質(zhì)滿足分析儀監(jiān)測(cè)要求。

整套管路采用“管路串聯(lián)、儀器并聯(lián)”結(jié)構(gòu)，任何儀器故障都不會(huì)影響其他并聯(lián)儀器的工作。管路采用優(yōu)質(zhì)的給水管材，綠色環(huán)保不污染水質(zhì)，更換快捷方便。

3.3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析單元

水質(zhì)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)分析單元負(fù)責(zé)完成水樣的監(jiān)測(cè)析，水質(zhì)信息采集、存儲(chǔ)、上傳工作，包括常規(guī)5項(xiàng)參數(shù)（水溫、PH 值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度）、氨氮、藍(lán)綠藻、總?cè)芙夤腆w等參數(shù)的監(jiān)測(cè)分析。

分析儀安裝不同的水質(zhì)分析傳感器完成8個(gè)水質(zhì)參數(shù)的分析。在線儀器的監(jiān)測(cè)頻次一般采用每4小時(shí)采樣分析一次，每天各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可以得到6個(gè)監(jiān)測(cè)結(jié)果，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的結(jié)果給出相應(yīng)的水質(zhì)類別。

3.4 數(shù)據(jù)采集、控制及傳輸單元

數(shù)據(jù)采集單元主要指現(xiàn)場(chǎng)分析及傳輸控制器。數(shù)據(jù)采集、控制及傳輸單元能夠?qū)η岸烁鞣N儀表進(jìn)行檢測(cè)、通信、數(shù)據(jù)交換，完成PH值、溫度、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度、藍(lán)綠藻、氨氮、總?cè)芙夤腆w等規(guī)定的8項(xiàng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，通過(guò)中國(guó)移動(dòng)GPRS能夠?qū)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至信息管理中心。

數(shù)據(jù)采集、控制及傳輸單元以高速性能的嵌入式處理器為核心，GPRS通訊為數(shù)據(jù)載體，全表貼工藝，全工業(yè)級(jí)芯片設(shè)計(jì)，在軟件和硬件上均有強(qiáng)大的抗干擾措施，保證控制器計(jì)量準(zhǔn)確，運(yùn)行穩(wěn)定。該控制器技術(shù)領(lǐng)先、功能完備、安裝便捷、使用方便。

數(shù)據(jù)采集、控制及傳輸單元內(nèi)含：數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、備用電源模塊、防雷擊/防電涌模塊、GPRS模塊、接線端子等。遙測(cè)終端RTU能夠?qū)η岸烁鞣N水質(zhì)傳感器進(jìn)行檢測(cè)、通信、數(shù)據(jù)交換，完成水質(zhì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，通過(guò)GPRS能夠?qū)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至信息管理中心。

4. 水質(zhì)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用效果

系統(tǒng)利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向遠(yuǎn)程傳輸，水質(zhì)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、分析后輸出，并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。大大提高了崗南水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水資源調(diào)配及水生態(tài)保護(hù)的技術(shù)水平，為水庫(kù)的管理提供了必要的數(shù)字信息，保障了人民生活飲用水安全。本監(jiān)測(cè)站的水質(zhì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與石家莊市水務(wù)局水資源管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了石家莊市水資源管理信息的集中管理，同時(shí)提供崗南水庫(kù)管理局本區(qū)范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)同步更新，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)信息共享。