邱海兵　紀凱　葉玉新　韓建軍

摘要：飲用水源地水資源保護在近年來受到了越來越多的關注，而水質安全保障是其中的首要任務。為了實時在線監(jiān)測水質變化情況，江西水利部門在國家重要飲用水源地玉山縣七一水庫引入了一套新型多光譜水質在線監(jiān)測系統(tǒng)。研究結果表明：七一水庫水質符合Ⅲ類水標準（湖、庫），水質情況良好;2018年在線監(jiān)測數(shù)據(jù)上報率達到98.08%，在線運行穩(wěn)定性良好。

關鍵詞：多光譜;在線監(jiān)測;運行穩(wěn)定性

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）09-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.09.084

Analysis and research on operation stability of multi-spectral on-line water quality monitoring systemin Qiyi reservoir， Yushan county

Qiu Haibing，Ji Kai，Ye Yuxin，Han Jianjun

（Shangrao Hydrology Bureau of Jiangxi Province，Shangrao Jiangxi 334000，China）

Abstract：In recent years， more and more attention has been paid to the protection of water resources in drinking water sources. In order to monitor the changes of water quality at any time，Water Resources Department ofJiangxi Province has introduced a new multi-spectral on-line water quality monitoring system in Qiyi reservoir of Yushan County， an important national drinking water source. The results showed that the water quality of Qiyi reservoir accorded with Ⅲ class water standard （lake， reservoir）， in good condition;the data submission rate of the online monitoring system reached 98.08% in 2018， and the online operation was stable.

Key words：Multi-spectral;On-line water quality monitoring system;Operating stability

1 引言

水質在線監(jiān)測技術主要分為化學法在線監(jiān)測技術和光譜法在線監(jiān)測技術?；瘜W法在線監(jiān)測技術原理是將水質有機物綜合指標的實驗室常規(guī)化學分析流程自動化，是目前最常見的一種水質在線監(jiān)測方法。光譜分析法是依據(jù)物質發(fā)射、吸收電磁輻射以及物質與電磁輻射的相互作用而建立起來的分析方法，主要有紫外光譜分析法、熒光光譜分析法、紅外吸收光譜分析法、拉曼光譜分析法、核磁共振波譜分析法等[1]。近年來，紫外光譜法[2]、熒光光譜法[3]以及多種光譜融合[4]等逐漸有所應用發(fā)展，已應用于飲用水、地表水、工業(yè)廢水等水體的在線監(jiān)測中。與傳統(tǒng)化學法在線監(jiān)測相比，多光譜水質在線監(jiān)測技術屬于一種新興技術，具有無須站房、無須人員值守，無須化學試劑、不產(chǎn)生有毒廢液，監(jiān)測頻次高、運維成本低等優(yōu)勢，但同時也存在光譜探頭設計與制造、濁度干擾及光路遮擋、水下清洗與密封、模型算法構建等技術研發(fā)難點[5，6]。

為保障國家重要飲用水源地水質安全，江西省水利廳依托江西省國控二期水源地水質在線監(jiān)測項目，在玉山縣七一水庫引入了一套杭州希瑪諾光電技術股份有限公司開發(fā)的多源光譜融合水質在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時在線監(jiān)測七一水庫水質變化情況。本論文主要對該套多光譜水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性進行分析研究。

玉山縣七一水庫，地處信江上游、世界自然遺產(chǎn)地三清山腳下，總庫容2.49×108m3，控制流域面積324km2，作為國家重要飲用水源地，承擔玉山縣城鄉(xiāng)居民供水任務，是一座集城市供水、防洪、發(fā)電、航運等為一體的大（二）型水庫。

2 材料與方法

（1）七一水庫多光譜水質在線監(jiān)測系統(tǒng)，為潛入式多參數(shù)水質自動監(jiān)測站，采用水面浮動平臺，主要包括自動監(jiān)測儀器儀表、輔助系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)測參數(shù)包括水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、氨氮等。其中，高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮采用光學法在線監(jiān)測技術。（2）在江西省水資源管理系統(tǒng)平臺上導出2018年七一水庫水質在線監(jiān)測系統(tǒng)全年監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析多光譜水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

3 結果與討論

3.1 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在線監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2018年玉山縣七一水庫水質在4-7月期間偏堿性，在10-12月期間偏酸性，溶解氧年均值達到9.2mg/L，高錳酸鹽指數(shù)年均值為2.2mg/L、總磷年均值為0.017mg/L、總氮年均值為0.37mg/L，符合《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅲ類水標準（湖、庫），水質情況良好。在線監(jiān)測數(shù)據(jù)相關性分析顯示，高錳酸鹽指數(shù)與總氮之間基本達到極強相關;pH值與溶解氧之間為強相關。水質指標在2018年7月18日-11月3日之間出現(xiàn)波動，可能原因是（1）七一水庫水質情況在一定范圍內(nèi)波動;（2）光學測量窗口前出現(xiàn)氣泡或者有微小懸浮動植物遮擋測量光路，導致在線監(jiān)測值波動。在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測頻率大大提高，可以在一定程度上反映以往人工實驗室監(jiān)測頻率不足時捕捉不到的水質變化細節(jié)。

3.2 在線監(jiān)測穩(wěn)定性分析

在線監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示2018年共有3天缺失有效數(shù)據(jù)，即2018年1月15日、1月21-23日和9月23-25日。其中，1月21-23日和9月23-25日為現(xiàn)場儀表維護導致數(shù)據(jù)中斷，1月15日數(shù)據(jù)缺失原因為監(jiān)測點信號故障，數(shù)據(jù)未能及時傳輸。在線監(jiān)測數(shù)據(jù)上報率達到98.08%，在線運行穩(wěn)定性良好。及時有效運維是在線監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要保障。七一水庫多光譜水質在線監(jiān)測系統(tǒng)采用的是UV（紫外）+FL（現(xiàn)場熒光）光譜融合分析技術，依托浙江大學研究成果[7]，基于信息融合的思路，將UV紫外吸收光譜分析技術與FL現(xiàn)場熒光分析技術有機融合，在一定程度上降低了紫外光譜容易受無機懸浮物的干擾，熒光光譜存在淬滅、自吸收、內(nèi)濾光等不穩(wěn)定因素的影響，顯著提升了水體有機物綜合指標的在線分析性能，同時也提升了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

4 結論

（1）玉山縣七一水庫水質良好，保持在Ⅲ類水以上;2018年七一水庫多光譜水質在線監(jiān)測站數(shù)據(jù)上報率達到98.08%，在線運行穩(wěn)定性良好。（2）多光譜水質在線監(jiān)測技術，有機融合多種光譜分析技術，對于未來建立綠色環(huán)保的低成本大范圍聯(lián)網(wǎng)水質在線監(jiān)測系統(tǒng)具有優(yōu)勢，尤其在湖庫型飲用水源地水質在線監(jiān)測領域具有較好的適用性，具有一定的推廣應用潛力和價值。

參考文獻

[1]李曉靜，王曉杰，王爽，等.光譜分析在水質監(jiān)測中的應用進展[J].鹽科學與化工，2019（09）：12-16.

[2]邵敏超，夏鳳毅，盛成龍，等.雙波長紫外吸收法有機廢水cod測量技術與儀器設計[J].環(huán)境工程學報，2013，7（01）：396-400.

[3]茅婷婷.基于三維熒光光譜的飲用水中有機污染物特征提取與分類方法研究[D].杭州：浙江大學，2019.

[4]周昆鵬，白旭芳，畢衛(wèi)紅.基于紫外-熒光多光譜融合的水質化學需氧量檢測[J].激光與光電子學進展，2018，55（11）：477-486.

[5]熊雙飛，魏彪，吳德操，等.一種紫外-可見光譜法水質監(jiān)測系統(tǒng)的可變光程光譜探頭設計[J].激光雜志，2015，36（11）：94-98.

[6]曾甜玲，溫志渝，溫中泉，等.基于紫外光譜分析的水質監(jiān)測技術研究進展[J].光譜學與光譜分析，2013，33（04）：1098-1103.

[7]穆海洋.多源光譜融合水質分析的多模型組合建模方法[D].杭州：浙江大學，2011.

收稿日期：2020-07-03

項目基金：江西省水文局2018年度青年科技創(chuàng)新基金資助項目（SWJJ-KT201804）

作者簡介：邱海兵（1991-），男，漢族，碩士，研究方向為水資源監(jiān)測。