劉婷婷，焦衛(wèi)華，徐萬秀，焦升亮

（1.碧興物聯(lián)科技（深圳）股份有限公司，廣東 深圳 518000；2.甘肅天平環(huán)境檢測有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測具有連續(xù)性、實(shí)時(shí)性、全天性、自動(dòng)化等優(yōu)勢，它以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠建立水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一收集數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和使用數(shù)據(jù)，及時(shí)預(yù)警和防范水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步提升水環(huán)境管理水平，是信息時(shí)代地表水水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測發(fā)展的方向。

受疫情多點(diǎn)散發(fā)與局部聚集性疫情等不可抗力的因素影響，地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站可能會出現(xiàn)在較長時(shí)間內(nèi)，運(yùn)維人員無法定期進(jìn)入站點(diǎn)進(jìn)行日常維護(hù)、試劑更換、耗材更換、儀器校準(zhǔn)、部件清洗、質(zhì)控操作等工作，這有可能導(dǎo)致水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測儀器發(fā)生運(yùn)行異常、試劑耗盡、數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)異常等情況。水質(zhì)在線質(zhì)控儀可實(shí)現(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程觸發(fā)、同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)測量因子的質(zhì)控功能，具體包括加標(biāo)回收、空白核查、跨度核查、標(biāo)液核查、多點(diǎn)線性配制、數(shù)據(jù)補(bǔ)采等功能，這對于提升水質(zhì)監(jiān)測自動(dòng)化、智能化及可靠性有積極意義。

1 水質(zhì)在線質(zhì)控儀應(yīng)用于地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測的必要性分析

1.1 地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測的發(fā)展

生態(tài)環(huán)境部（原國家環(huán)保總局）于1999年9月開始，在我國部分主要流域開展了地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站的試點(diǎn)工作，并分別在松花江、淮河、長江、黃河及太湖流域的重點(diǎn)斷面建設(shè)了10個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站。在試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從2000年9月開始，經(jīng)過“十五”、“十一五”十年的努力，陸續(xù)在松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、珠江、太湖、巢湖、滇池流域等十大流域的重點(diǎn)斷面以及浙閩河流、西南諸河、內(nèi)陸諸河、大型湖庫以及國界出入境河流上建成了149個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站，初步形成了覆蓋我國主要水體的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測規(guī)范，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整監(jiān)測點(diǎn)位，制定了“十二五”《國家地表水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)設(shè)置方案》，其中國家地表水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)共設(shè)置國控?cái)嗝妫c(diǎn)位）972個(gè)（河流斷面765個(gè)、湖庫點(diǎn)位207個(gè)）；2017年環(huán)保部加快推進(jìn)國家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站建設(shè)工作，建立健全以自動(dòng)監(jiān)測為主、人工監(jiān)測為輔的地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測體系，在國家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)2 050個(gè)考核斷面中，初步統(tǒng)計(jì)需新建水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站1 137個(gè)；到“十四五”，共建立3 646個(gè)國控?cái)嗝?，其中建設(shè)了1 837個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站[1]。

河流斷面基本覆蓋全國七大流域（長江流域、黃河流域、淮河流域、海河流域、珠江流域、松花江流域、遼河流域）、三大片區(qū)（浙閩片河流、西南諸河、西北諸河）干流及主要支流（流域面積1 000 km2以上），以及跨省和跨市的主要河流（流域面積500 km2以上）；湖庫點(diǎn)位覆蓋水域面積100 km2以上的大型湖泊、庫容10億 m3以上的大型水庫。詳見圖1。

圖1 國家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)發(fā)展圖

1.2 地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測基本指標(biāo)及監(jiān)測頻次

基本指標(biāo)：監(jiān)測9項(xiàng)基本指標(biāo)，分別是水溫、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮（湖庫增測葉綠素a、透明度等指標(biāo)）。

監(jiān)測頻次：水溫、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度五參數(shù)（湖庫增測葉綠素a、透明度等指標(biāo)）每小時(shí)1次；高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮指標(biāo)4小時(shí)1次。

1.3 地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測質(zhì)量保證與質(zhì)量控制實(shí)施要求

地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)站應(yīng)按照表1規(guī)定的質(zhì)控項(xiàng)目實(shí)施水站質(zhì)控措施，實(shí)施頻次應(yīng)不低于表1規(guī)定。

表1 質(zhì)控措施及實(shí)施頻次

（1）針對所有水站，氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮應(yīng)每24小時(shí)至少進(jìn)行1次零點(diǎn)核查和跨度核查；每月至少進(jìn)行1次多點(diǎn)線性核查；（2）除浮船站外，每月至少進(jìn)行1次加標(biāo)回收率自動(dòng)測試；（3）針對Ⅲ～劣Ⅴ類水體，氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮每月至少進(jìn)行1次實(shí)際水樣比對，Ⅰ、Ⅱ類水體至少半年進(jìn)行一次實(shí)際水樣比對；（4）針對Ⅲ～劣Ⅴ類水體，氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮每月至少進(jìn)行1次集成干預(yù)檢查（濁度大于1 000 NTU可不進(jìn)行集成干預(yù)檢查）；（5）常規(guī)五參數(shù)應(yīng)每月進(jìn)行一次實(shí)際水樣比對；每周進(jìn)行一次標(biāo)樣核查，浮船站如遇天氣原因無法登船的可延后進(jìn)行；（6）葉綠素a、藍(lán)綠藻密度應(yīng)每月進(jìn)行一次多點(diǎn)線性核查。

1.4 水質(zhì)在線質(zhì)控儀應(yīng)用的必要性

隨著越來越多高新技術(shù)被應(yīng)用在環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測中，以在線自動(dòng)監(jiān)測儀器設(shè)備為核心，運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動(dòng)分析測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)專用分析軟件和通信網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議組成的綜合性在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地表水水質(zhì)在線監(jiān)測的自動(dòng)化、信息化[2]。

水質(zhì)在線質(zhì)控儀可通過平臺軟件對監(jiān)測因子（高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮）進(jìn)行選擇，并對其進(jìn)行提取、校時(shí)、重啟、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)、運(yùn)行模式、監(jiān)測參數(shù)、加標(biāo)體積、加標(biāo)配置體積、數(shù)據(jù)補(bǔ)采、水樣體積、進(jìn)/取液量、觸發(fā)間隔、觸發(fā)時(shí)間、清洗、復(fù)位等參數(shù)的設(shè)置，具備遠(yuǎn)程系統(tǒng)控制、維護(hù)等功能，將人工監(jiān)測與自動(dòng)在線監(jiān)測技術(shù)有機(jī)結(jié)合，對提升水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測質(zhì)量控制能力、監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量、質(zhì)控措施自動(dòng)化水平有著重要意義。

2 水質(zhì)在線質(zhì)控儀在地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測中的應(yīng)用

單臺質(zhì)控儀最多可同時(shí)支持4個(gè)不同監(jiān)測因子的質(zhì)控功能，具體包括加標(biāo)回收功能、零點(diǎn)核查、跨度核查、標(biāo)樣核查、線性測試樣核查、管路清理、管路填充等功能，具有獨(dú)立性、保密性、自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)化和高精度在線化的特點(diǎn)，目前應(yīng)用于地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站的監(jiān)測因子為高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮四個(gè)參數(shù)。在量程范圍內(nèi)，水質(zhì)在線質(zhì)控儀可自動(dòng)制備任意濃度的質(zhì)控樣，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)分析儀遠(yuǎn)程自動(dòng)質(zhì)控和遠(yuǎn)程運(yùn)維監(jiān)管[3]。

2.1 在質(zhì)控措施中的應(yīng)用

為確保在線監(jiān)測儀器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映水質(zhì)的真實(shí)狀況，保證數(shù)據(jù)真實(shí)有效，相關(guān)人員應(yīng)每天對儀器設(shè)備進(jìn)行零點(diǎn)核查、跨度核查、零點(diǎn)24小時(shí)漂移核查和跨度24小時(shí)漂移核查；每月對水質(zhì)進(jìn)行月質(zhì)控、多點(diǎn)線性、集成干預(yù)、水樣加標(biāo)回收等質(zhì)控工作。其中多點(diǎn)線性是依次測試并均勻覆蓋跨度范圍內(nèi)的4個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行線性擬合，是判斷水質(zhì)自動(dòng)分析儀可靠性的有力措施。

（1）加標(biāo)回收功能：通過工控機(jī)觸發(fā)命令后，水質(zhì)在線質(zhì)控儀選擇因子開始配液，水樣管切換到質(zhì)控儀管路，進(jìn)入加標(biāo)池中，同一個(gè)周期，既在4小時(shí)內(nèi)可完成同個(gè)水樣和加標(biāo)樣的測定，不會影響下個(gè)周期的測定。其中標(biāo)液濃度和標(biāo)液體積可進(jìn)行設(shè)置，采用高精度注射泵計(jì)量標(biāo)液，標(biāo)液的加入量控制在水樣總體積的1%以內(nèi)，避免了標(biāo)液對水樣的測量影響；同時(shí)系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際水樣的測量結(jié)果智能調(diào)整標(biāo)液的加入量，確保加標(biāo)回收率測試過程與實(shí)驗(yàn)室保持一致。（2）動(dòng)態(tài)質(zhì)控樣功能：通過工控機(jī)觸發(fā)命令后，水質(zhì)在線質(zhì)控儀開始配液，水樣管切換到質(zhì)控儀管路，進(jìn)入加標(biāo)池中，可按照儀器的設(shè)定模式運(yùn)行，應(yīng)用于不同濃度標(biāo)液的配制工作。（3）水樣核查功能：通過工控機(jī)觸發(fā)命令后，水質(zhì)在線質(zhì)控儀管路連接，核查模塊管路連接，核查模塊與監(jiān)測儀管路連接，中間通過多通閥進(jìn)行管路切換，應(yīng)用于零點(diǎn)核查、跨度核查、標(biāo)液核查、多點(diǎn)線性核查、動(dòng)態(tài)質(zhì)控樣核查等。

2.2 在遠(yuǎn)程操控中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)人工監(jiān)測相比，水質(zhì)在線質(zhì)控儀無需人員現(xiàn)場值守，通過平臺遠(yuǎn)程軟件操作實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化，具有標(biāo)液現(xiàn)用現(xiàn)配，現(xiàn)用現(xiàn)測的優(yōu)勢。（1）質(zhì)控核查功能：工作人員可遠(yuǎn)程操作零點(diǎn)核查、跨度核查、標(biāo)樣核查、多點(diǎn)線性核查、水樣加標(biāo)回收等設(shè)置，完成質(zhì)控要求。（2）遠(yuǎn)程校準(zhǔn)儀器功能：如儀器出現(xiàn)故障，工作人員可遠(yuǎn)程操作水質(zhì)質(zhì)控儀，完成基本的標(biāo)液配置功能。（3）異常核實(shí)功能：如出現(xiàn)異常情況，儀器設(shè)備可自動(dòng)識別。根據(jù)異常數(shù)據(jù)情況，儀器設(shè)備可及時(shí)響應(yīng)，動(dòng)態(tài)配置標(biāo)液，核實(shí)儀器是否處于失控狀態(tài)，及時(shí)完成自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的異常核實(shí)工作；具備智能液位檢測系統(tǒng)，缺液時(shí)儀表會進(jìn)行告警；具備上電自檢和斷電保護(hù)等功能。（4）遠(yuǎn)程操作功能：如受新冠疫情多點(diǎn)散發(fā)與局部聚集性疫情等不可抗力的因素影響，運(yùn)維質(zhì)控工作難以正常開展，運(yùn)維人員無法進(jìn)入站點(diǎn)進(jìn)行日常維護(hù)等工作時(shí)，運(yùn)維人員可通過平臺遠(yuǎn)程操作軟件，完成水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站站點(diǎn)零點(diǎn)核查數(shù)據(jù)、跨度核查數(shù)據(jù)、多點(diǎn)線性核查數(shù)據(jù)、加標(biāo)核查數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)補(bǔ)采等質(zhì)控工作。

2.3 在質(zhì)控管理中的應(yīng)用

在人工監(jiān)測中，人工監(jiān)測的原始記錄與環(huán)境監(jiān)測資料檔案的完善性密不可分，在線監(jiān)測的運(yùn)行記錄也為在線質(zhì)控技術(shù)的應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。（1）質(zhì)控運(yùn)行記錄：工作人員可通過平臺界面查看水質(zhì)質(zhì)控儀以往的質(zhì)控運(yùn)行記錄，包括何時(shí)啟動(dòng)了何種質(zhì)控功能（零點(diǎn)核查、跨度核查、標(biāo)樣核查和加標(biāo)回收）等；水質(zhì)質(zhì)控儀告警記錄均可以在該界面下查詢，告警的類型主要包括“缺水樣”、“通訊異常”、“注射泵異?！焙汀岸嗤ㄩy異常”等故障，做到全過程留痕。（2）質(zhì)控記錄查詢：查詢質(zhì)控全程記錄可通過開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間進(jìn)行對應(yīng)的查詢，包括在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用、回放、追溯、存儲等，如查看反控操作日志等。系統(tǒng)定期對相關(guān)儀器運(yùn)行記錄進(jìn)行備份和保存，保證資料檔案的完整性，必要時(shí)可以刻錄光盤存檔，以備查看。

2.4 在監(jiān)控系統(tǒng)平臺中的應(yīng)用

在線監(jiān)控系統(tǒng)有水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站儀器工況查詢功能，可通過工況模擬組態(tài)圖對現(xiàn)場儀器設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過圖形、顯示數(shù)據(jù)、狀態(tài)圖等提供儀器的實(shí)時(shí)狀況。其中在線系統(tǒng)“遠(yuǎn)程控制”可顯示各個(gè)監(jiān)測儀器的監(jiān)控參數(shù)，為相關(guān)儀器設(shè)備的管理提供依據(jù)。

3 結(jié)語

綜上所述，要更大程度上發(fā)揮水質(zhì)質(zhì)控儀在地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測中的應(yīng)用，相關(guān)人員可增加其功能設(shè)置。（1）補(bǔ)充純水功能：水質(zhì)質(zhì)控儀通過實(shí)驗(yàn)室專用純水機(jī)與自來水管連接；對于沒有自來水的站點(diǎn)，可與存水器連接。通過平臺觸發(fā)方式控制取水、用水，可補(bǔ)充在線監(jiān)測儀器設(shè)備純水的使用（如高錳酸鹽指數(shù)儀器設(shè)備應(yīng)用純水量較大，更換純水頻率快等）、質(zhì)控儀的清潔、管路清洗等質(zhì)控措施，這些應(yīng)用可以使質(zhì)控儀在因不可抗力等因素導(dǎo)致運(yùn)維人員無法到現(xiàn)場時(shí)，依舊能發(fā)揮積極作用。（2）標(biāo)樣/標(biāo)液配制功能：運(yùn)維人員將有證標(biāo)樣/標(biāo)液放在水質(zhì)質(zhì)控儀配置的標(biāo)樣/標(biāo)液自動(dòng)進(jìn)樣器中，標(biāo)樣按照證書配制要求進(jìn)行稀釋或標(biāo)液按照所需濃度進(jìn)行稀釋，通過水質(zhì)質(zhì)控儀自動(dòng)進(jìn)樣器對純水及標(biāo)樣/標(biāo)液進(jìn)樣量進(jìn)行參數(shù)設(shè)置（可通過平臺端或儀器端進(jìn)行設(shè)置），并進(jìn)行全自動(dòng)配制定容，再通過多通閥進(jìn)入相應(yīng)的在線儀器設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，此功能可應(yīng)用于第三方盲樣考核、客戶方盲樣考核、公司內(nèi)部質(zhì)量考核及其他外部考核等，實(shí)現(xiàn)配制、定容、監(jiān)測全自動(dòng)化、無人化操作，減少因運(yùn)維人員配液或操作不當(dāng)?shù)纫蛩匾鸬恼`差。在線監(jiān)測結(jié)果更能真實(shí)展現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測儀運(yùn)行狀況，達(dá)到人員為輔，水質(zhì)質(zhì)控儀全自動(dòng)化、智能化監(jiān)測為主的目的。

生態(tài)文明建設(shè)是關(guān)系人民福祉、關(guān)乎民族未來的大計(jì)，是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢的重要內(nèi)容。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用日益受到重視，這就對地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測提出了更高的要求。監(jiān)測部門在加強(qiáng)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測儀器（系統(tǒng))控制的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)對水站運(yùn)維人員業(yè)務(wù)、專業(yè)知識和技能的培訓(xùn)，提高運(yùn)維監(jiān)測人員的責(zé)任心和綜合素質(zhì)，使其掌握水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站系統(tǒng)的設(shè)備原理和操作技能，在經(jīng)培訓(xùn)合格上崗后，能獨(dú)立完成水站維護(hù)工作，確保水質(zhì)在線監(jiān)測儀器的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。本文著重探討了水質(zhì)在線質(zhì)控儀在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測中應(yīng)用的必要性，旨在提升水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測的質(zhì)控水平，為在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測中提供“真、準(zhǔn)、全”的更佳監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)。