大浪淀水库多参数水质在线监测系统分析研究

武中强，魏建明，王立君，刘长征

(河北省沧州市水利科学研究所，河北沧州 061000)

大浪淀水库多参数水质在线监测系统分析研究

武中强，魏建明，王立君，刘长征

(河北省沧州市水利科学研究所，河北沧州 061000)

大浪淀水库是沧州市主要的饮用水水源地，承担着向沧州市区、黄骅、南皮等市县提供生活饮用水的任务。是引黄入冀以及南水北调工程中重要的调蓄工程。为确保水源地的供水安全，需及时掌握水库水质及变化情况，大浪淀水库多参数水质在线监测系统能实现对水库水温、PH值、溶解氧、氨氮等水质参数进行多时段、定时或者24小时不间断连续监测，能够及时、准确、全面的反映水库水质的现状及发展趋势。分析研究监测系统组成、功能、运行情况、监测数据等，系统的运用，大大的提高了大浪淀水库水质监测、水资源调配及水生态保护的工作水平，为水库的管理提供了必要的监测信息，保障了人民生活饮用水安全。

大浪淀;在线;水质;监测;分析

大浪淀水库属大II型外源性平原水库，1997年开始蓄水，是沧州市主要的饮用水水源地，承担着向沧州市区、黄骅、南皮等市县提供生活饮用水的任务。是引黄入冀以及南水北调工程中重要的调蓄工程。设计库容1.003亿m3，蓄水面积16.89 km2，其技术指标见表1。

表1 沧州市大浪淀水库主要设计指标表

为确保水源地的供水安全，需随时掌握水库水质及变化情况，2008年，沧州市水务局建设完成了大浪淀多参数水质在线监测系统，实现了实时的水库水质监测，对水库的水质状况起到了早发现、早调查、及时处理的重要作用。通过两年多的正常运行，该系统为沧州市及周边县市供水安全、水污染的防治起到了积极作用，提供了必要的技术支持。

1 多参数水质在线监测系统概况

多参数水质在线监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量技术，远程传输技术、计算机数据库技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性系统。

多参数水质在线监测系统一般由一个中心控制主站和若干个监测子站构成，随时对某一地区和某一地点实现连续的自动监测，形成一个网络化的系统。系统由监测站、传输网络、控制中心及设备和供电保护等几个子系统组成。

各组成部分在系统中的位置和相互关系如图1所示。

图1 多参数水质在线监测系统结构图

监测站子系统负责水库水样的采集与分析处理，并通过数据远程传输子系统把各类水质信息传送至监测中心子系统，使决策部门及时了解水质状况，发布水质的相关信息，为控制水质与确定饮水安全提供科学依据。数据远程传输子系统利用成熟的VPN通讯手段，实现了数据传输的专用性、保密性、快捷性。监控中心子系统设有专用数据服务器，利用数据库技术实现数据的统计、分析、汇总及图形显示，并通过专用软件实现监测信息的查询和共享。

2 大浪淀水库水质在线监测系统建设情况

2.1 监测站子系统构成

根据大浪淀水库的现状条件，在水库供水泵站的泵房内设置水质自动监测站。监测站子系统包括采水单元、预处理单元、水质分析单元、废水处理单元及水质采集单元。除采水单元外，其它的现场单元全部集成在水质监测机柜中。取水单元与泵房内的输水管线相连接，利用供水管的压力实现水样流动采集。水样通过管路进入现场水质柜中，先进入预处理单元进行缓冲处理，再进入水质分析单元，经过多参数水质分析仪器进行实时分析后，进入废水处理单元排入泵房外的截渗沟。多参数水质分析仪得到的水质数据进入水质采集单元，通过数据采集模块、控制模块、存储模块、显示模块等完成水质数据的自动采集、处理，并通过前端GPRS模块通过通讯网络将水质数据实时的传送至监测中心子系统。监测站子系统还可以通过遥测终端RTU和网络传输子系统实现现场设备的检测、通信与数据交换。

大浪淀水库水质监测系统监测站子系统的结构见图2。

图2 监测站子系统结构图

2.2 远程数据传输子系统

大浪淀水库水质在线监测系统依托河北移动的GPRS业务平台构建水质在线监测系统的数据通信VPN专网。采用隧道技术、加解密技术、密钥管理技术和使用者与设备身份认证技术，充分利用现有公用网络数据通信资源，实现对大浪淀水库水质监测站PH值、温度、溶解氧等监测数据的安全传输。

以GPRS方式作为数据的主要承载传输方式，GPRS通信是基于IP的数据分组通信网络，运用点对点传输数据模式，GPRS(静态IP)数据传输采用水务局专网VPN接入方式，间隔一定的时间间隔传输一次数据，适合于每次通信数据量小，通信频次高的监测数据传输。同时，为保证系统数据的及时传输，采用SMS方式作为备用数据传输方式，数据中心分配专用短信端口，并通过点对多点方式直连短信网关，监测站采集点可以通过SMS模块和数据中心通信。

2.3 水质信息管理软件体系结构与功能

大浪淀水库水质信息管理软件系统采用J2EE、JSP、VISUAL C++等程序开发，完成水库水质参数的采样时间远程设定、数据存储、数据校核与修改、统计分析、实时查询评价、故障断电报警、报表输出等功能，同时支持远程网络数据的实时调用。系统管理软件的结构见图3。

图3 多参数水质在线监测系统软件结构图

3 监测系统运行情况

经过三年多时间的持续运行，大浪淀水库水质在线监测系统整体运行正常，数据采集准确、稳定、及时，三年来，共完成数据采集7000多个，可以实时查看水质各项参数的年际变化趋势，并提供了年终的水库水功能评价成果，为大浪淀水库水源地水质安全和城市供水安全提供了必要的技术依据。

3.1 设备运行情况

在系统运行期间，进行了必要的定期检测和维护，每年两次标定基础参数，更换监测标定液，保证了大浪淀水库水质在线监测系统设备的稳定运行。在现场复杂的环境中，前端监测系统一直工作良好，运行正常，2009年完成水质监测数据采集2 680个，2010年完成各项水质监测数据采集3 064个，水库水质重点监测指标的实时采集情况良好。无线GPRS传输子系统工作正常，可以实现数据的实时传输和有效控制，VPN技术的使用，保证了数据传输的安全性和完整性。监测中心子系统服务器运行稳定，水质信息管理软件处理数据准确，反应及时，数据库可以对收集数据实现及时安全的储存，并定期进行备份。远程控制和相应设置响应及时，保证了水库水质的实时查询和统计显示。

3.2 监测数据

大浪淀水库水质在线监测系统数据收集开始于2008年10月，至今已累积完成监测时间近30个月，采集和处理水质监测数据7000多个，以2010年1月份的水质监测详细数据及1～12月份监测项目曲线为例。

2010年1～12月水温、PH值、溶解氧、浊度及氨氮监测数据曲线见图4，电导率、蓝绿藻及溶解性总固体监测数据见图5。

图4 2010年1～12月份水质监测数据曲线1

图5 2010年1～10月份水质监测数据曲线2

从图4的监测数据情况可以看出，水库的水温在一年的历时中变化较大，受外界温度影响比较明显，PH值、溶解氧及氨氮年际变化不大，比较稳定，浊度在12月份有升高趋势，考虑是由于12月份蓄水时，由于引水带来一定量的泥沙，导致库区浊度升高。从图5中可以看出，电导率和总溶解性固体指标年际变化不大，比较稳定，蓝绿藻变化起伏较大，在4月份至8月份水平较高，9月份以后数量有所降低，与水库水温的趋势有一致性，水温升高的时候蓝绿藻数量会有所上升，属于正常现象。2010年各项水质监测指标的平均值见表2。

依据水库水质监测结果，对照《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)对2010年大浪淀水库水质功能进行评价，结果见表3。

表2 大浪淀水库水质2010年监测指标平均值

表3 大浪淀水库2010年水质功能分析报表

4 结语

大浪淀水库多参数水质在线监测系统具有高度自动化、操作简便、维护方便等特点，并且整体运行费用较低，整个系统可以无人值守连续工作，自动对大浪淀水库的水温、PH值、溶解氧、氨氮等常规水质参数进行多时段、定时或者24小时不间断连续监测，能够及时、准确、全面的反映水库水质的现状及发展趋势。通过对系统2010年的整体监测情况进行分析，可以明确水库水质的年际变化情况，并对水库水质情况依据监测信息进行功能性评价。多参数水质在线监测系统的运用，大大的提高了大浪淀水库水质监测、水资源调配及水生态保护的工作水平，为水库的管理提供了必要的监测信息，保障了人民生活饮用水安全，使有限的水资源得到合理利用和保护。

［1］吴邦灿，费龙.现代环境监测技术［M］.北京:中国环境科学出版社，1999.

［2］向运荣，黄辉.地表水水质自动监测系统及其建设中的若干问题［J］.中国环境监测.2001，6.

Study on Application of Online Multi－Parameter Water Quality Monitoring System in Dalangdian Reservoir

Wu Zhongqiang Wei Jianming Wang Lijun Liu Changzheng
(Hebei Provincial Institute of Water Resorce，Cangzhou 061000，Hebei)

Playing an important role in South to North Water Diversion Project，Dalangdian reservoir is the main drinking water resource of Cangzhou and its surrounding counties and villages.To ensure steady water supply and acquire knowledge of water quality，the online multi－parameter water quality monitoring system，which can monitor the variation of water temperature，pH，concentration of dissolved oxygen，ammonia and nitrogen in whole 24 hours constantly，is introduced.The monitoring data can reflect water quality exactly，timely and comprehensively.The paper analyzes the application of this system in Dalangdian reservoir from the the aspects of its composition，function，working state and data monitoring.The result indicates that the system not only can provide necessary monitoring data for management，but also makes monitoring，water resource allocation，environment protection more effective.

Dalangdian;online;water quality;monitoring and analysis

P332.7

A

1004－1184(2013)05－0107－03

2013-04-08

武中强(1973-)，男，河北沧州人，在读硕士研究生，主攻方向:地下水、水资源论证、水资源保护研究。