水资源监测站试运行考核相关问题研究

陈锦云 ，梅 林 ，董建凡 ，郑孝庆

（1. 广西壮族自治区水资源管理服务中心，广西 南宁 530023；2. 水利部信息中心，北京 100053）

根据 SZY 202—2016《水资源监测站建设技术导则》[1]，水资源监测站单站安装调试完成后，首先应逐个进行安装阶段验收，验收合格的可进入站群整体试运行，不合格的要继续进行安装调试，站群试运行是开展合同完工验收前的必经程序。按水利部及相关标准、文件的要求，广西水资源监控能力建设项目办公室开展了水资源监测站群的试运行工作，在试运行工作实践中，经深入分析，发现个别考核指标与站群实际试运行情况有所偏离或者难以实际实施。在全面分析站群试运行工作内容及考核评判标准体系的基础上，结合实际工作对考核指标提出一些改进意见，使站群试运行考核工作更具可操作性。

1 试运行必备条件

站群整体试运行前，应对照安装设计图纸和设备清单逐个测站进行检查验收，检查验收内容主要包括资料、安装质量及功能检查验收。资料检查验收内容包括站点资料（一站一册）、技术文档和随机文件 3 个部分；安装质量及功能检查验收内容包括监测站外观及完整性、安装质量、功能性能指标、数据上报情况、监测数据合理性 5 个部分。开展工作时，可先进行内业检查，重点从资料正确性、完整性与合理性，以及报文收发连续性、及时性等方面进行审核，内业检查符合要求再进行现场检查验收。现场检查验收的重点是：对照设备配置清单，检查监测站设备完整性及安装调试完成情况；通过监控平台查询监测数据联调接收情况；通过查读计量器具示值、数传设备（RTU）示值、监控平台接收数据，检查三者之间的一致性。特别值得注意的是，要求具备远程配置参数功能的监测站，还要进行远程配置监测设备参数、校时、IP 更改等实际操作检查，当具备了上述条件后，可进行安装阶段验收，安装阶段验收合格的站点方可进入站群整体试运行。

2 站群试运行考核

站群试运行开始前，应当编制考核大纲（或工作方案），明确试运行组织管理与工作职责、试运行考核目标与指标、考核指标判标准与处理办法、故障响应与控制要求、试运行结束条件与提交成果要求等内容，参与试运行工作各方应按大纲（或工作方案）认真履职。

试运行组织管理一般由建设单位（项目业主）负责，职责划分按项目承建单位（施工单位）、集成单位（监控平台开发单位）、监理单位和取用水户监督管理单位（一般为相关水行政主管部门）、受监控单位（取用水户）区别确定。

2.1 试运行考核指标设定

根据 SZY 202—2016《水资源监测站建设技术导则》7.2 的规定，试运行考核指标一般有：设备可靠性、运行完好率、系统到报率（含上报率、完整率和及时率，以下简称三率）、监测数据（流量和水位）准确性等方面。

2.1.1 设备可靠性

设备可靠性是指站群设备运行应可靠稳定，主要设备平均无故障时间（MTBF）大于等于 25 000 h，当小于此指标要求时，应对故障设备予以更换。

2.1.2 运行完好率

运行完好率是指每天正常运行监测点数量占当天参与试运行的全部监测点数量的比例，按取用水监测站和水源地水质自动监测站 2 种情况判断。

1）取用水监测站，其完好率大于等于 95% 是通过试运行的必备条件。具体地，要求试运行期间站群连续运行 30 d 的完好率大于等于 95%，且采集的监测数据已接入省级节点信息平台监测数据库。当部分站点出现各种故障（含断电或者电源故障等），导致系统（站群）持续运行 30 d 的运行完好率低于 95%，承建单位应进行现场排查，并在 72 h 内排除故障、完成整改和消缺，整改结果需经过监理方确认，并做出详细记录。如试运行期间出现 3 次以上不能在 72 h 内完成整改的故障，导致运行完好率连续低于 95%（因不可抗力或受人为恶意破坏的情况影响除外），则将判定不能通过试运行。

2）水源地水质自动监测站，其完好率要求试运行期内连续 30 d 正常运行。具体地，应连续 30 d 运行正常无故障、监测参数齐全无间断，且监测数据已采集进入监控平台数据库，运行完好率即为达标。

2.1.3 系统到报率评判标准

试运行期间每天记录系统三率，要求考核期满时累计三率均大于等于 90%。计算水质自动监测站完整率时，应按全部监测项目传送条数累加计算。如果三率指标中的一项低于规定，承建单位应在 72 h内排除故障、完成整改和消缺，其结果需经过监理方确认，并做出详细记录，将三率恢复至 90% 以上，否则将认定为试运行不合格。三率具体计算方法如下：

1）上报率 = 每天上报监测点数 /（应报监测点数×统计天数）× 100%，应报监测点数为参与试运行全部监测点总数。

2）完整率 =（∑ 每天监测点上报小时水量条数 +∑ 每天监测点上报日水量条数）/（应报监测点数 ×25× 统计天数）×100%。

3）及时率 =（∑ 每天监测点按时上报小时水量条数 + ∑ 每天监测点按时上报日水量条数）/（应报监测点数 ×25× 统计天数）×100%。

按时的定义为小时水量按北京时间每个小时整点报送 1 次，日水量（上一天的日水量）在每天 8 时整报送，日水量统计时长为当日 0 时至次日 0 时。平台接收小时和日水量的时间最迟不得超过 6 h（含延迟到下一日），否则视为不按时。

2.1.4 监测数据准确性要求

试运行期间应对流量、水位等监测数据进行有效性监视，当站点出现异常值时（连续负值、极大值、突变值等），在完成报文接收、数据库等检查确认后，承建单位应派出技术人员赴现场排查，在 72 h内排除故障、完成整改和消缺，并重新进行比对监测，确保测量精度的准确性，其结果需经过监理方确认，并做出详细记录，对恢复故障的站点要继续进行跟踪监测，如站点完成整改和消缺后仍出现异常值，且该类型站点数量超过投入试运行站点总数量的 10%，则将认定不能通过试运行。

2.2 故障响应与质量控制要求

2.2.1 监测值与标准值偏差响应

监测值与标准值偏差，是将读取到的监测示值与按国家相关标准规定的方法进行人工监测得到的数值进行比较，两者之间的差值为偏差。具体偏差允许范围按国家相关标准规定执行。出现大于允许偏差范围的监测站数量，是站群质量的反映，应按以下方法进行质量控制：

1）水质监测站应按全部试运行站点总数的100% 进行偏差比对。可将采用人工取样经实验室分析（国标方法）所得的监测结果（标准值），与水质自动监测站示值（与人工现场取样同一时间的自动监测结果）进行比较，若两者偏差大于允许偏差的1/2 以上时，应先进行设备调试再开展试运行。

2）取水监测站可参照水利行业平行检测规范，按投入试运行监测站总数的 7% 比例抽样进行偏差比对。可将计量校准结果（标准值）与取水监测站示值（与校准同时的监测值）进行比较，若两者偏差大于 ±3% 时，应先进行设备调校再开展试运行。

2.2.2 监测数据异常响应

如果出现监测水量极大值（如超最大取水能力、异常大等）、极小值（如零值、负值等）、空值，或者监测数据不稳定频繁波动等问题，承建单位应及时检查故障原因并限时排除故障，并对数据进行整编和修正。

1）水质监测站出现监测值负值或零值时启动异常响应。具体地，当 pH、夏季水温、电导率等出现零值，其他监测参数出现负值时，基本可判断监测设备已发生故障。在一般情况下，应根据水源实际水质状况（水源地水质类别）或者供水厂和其他管理部门同期水质监测成果进行比较，若水质指标或者类别两者存在较大差异，可初步判断监测错误，应及时检查故障原因并限时排除故障。

2）取水监测站出现监测值超阈值时启动异常响应。具体地，应参考取水许可水量（取水许可证或取水许可登记表中载明的日最大取水能力），以及管道设计、水泵额定流量等指标，在对实际取用水情况进行调查的基础上，进行分析对比和数据修正。

2.2.3 设备发生故障响应

通过监控平台检查，遇到以下情况时应当及时处理：

1）数据不上报或上报次数、及时率明显不能符合要求。应当初步判断为设备故障，承建单位应立即检查故障原因并限时（72 h 以内）排除故障，进行整改和消缺。

2）取用水户自行计量数据与本项目计量设备数据严重不一致。不管取水户对监测结果是否提出计量质疑，承建单位都应首先对监测设备进行安装调试检查，同时收集管道最大取水能力、取用水习惯、批准的用水计划及日常用水记录等相关资料，对监测水量进行复核计算。若仍存在明显不一致的，按照规定委托有相关资质的第三方进行计量检测（或校准）或向计量行政主管部门申请计量检定仲裁，条件具备时应申请纳入强制检定范围。

2.3 试运行结束条件

当取用水监测站试运行时间大于 3 个月，水源地水质自动监测站试运行时间大于 1 个月，应当及时对试运行期间的各项指标进行汇总统计，符合以下条件的即可结束试运行，以便进行验收、移交应用等工作：

1）设备运行与数据上报的各项指标达标。具体地，设备的 TMTBF大于等于 25 000 h；水源地水质自动监测站应连续运行 30 d 无故障。站群持续运行 30 d 的运行完好率大于等于 95%。持续 30 d 起算时间从试运行结束之日起往前倒推，达到 30 d 以上即可。站群监测数据上报率、完整率、及时率均大于等于 90%。

2）试运行期间监测站点运行过程中发现的相关问题整改消缺已完成。如果试运行期间出现因平台或者网络故障引起监测站点批量掉线的问题，项目总承包单位（集成或监控平台开发单位）应在 24 h内恢复网络与平台正常运行，故障期间的监测站群试运行情况参考补发的数据判断并填报试运行指标记录表。

如因个别监测站点连续不达标导致监测站群试运行指标不达标，可将此系列监测站点从本次试运行监测站群剔除，整改后顺延至与下一批监测站站群合并后重新开展试运行考核。

如不能达到上述条件，承建单位应全面排查原因，对系统（站群）进行排查整改，整改完成后重新开始试运行。

3 实例研究

针对国家水资源监控能力建设广西项目进行实例研究，站群试运行范围包括取用水监测站 1 804 个（非农站点 1 300 个、农业站点 504 个），要求非农站点持续 30 d 站群正常运行率达 95% 以上，数据上报率达到 95%，完整率达到 90%，及时率达到80%，农业取用水站群监测信息在灌溉引水期内至少有连续日（不低于 7 d）取水量数据上报且及时接入省级平台交换库；水源地水质监测站 31 个，要求持续 30 d 站群正常按 6 次/d 间隔（即每天监测时点分别为北京时间 04:00，08:00，12:00，16:00，20:00，24:00）监测运行率达 95% 以上、监测参数齐全，数据上报率达到 95%，完整率达到 90%，及时率达到 80%。站群试运行时间为 2019 年 5—7 月。

3.1 试运行考核指标情况

3.1.1 系统运行完好率情况

随着试运行工作推进，站群完好率不断提高，但是仍不能完全消除随机事件导致的完好率下降。试运行期间站群完好率情况如图 1 所示。

图 1 试运行期间站群完好率随日期变化曲线

3.1.2 系统到报情况

试运行期间，取用水监测点（非农业、农业）及水源地水质在线监测站三率指标情况如下：

1）1 300 个非农业取用水监测站（站群）5 月1 日—7 月 31 日三率统计情况如图 2 所示，选取 5 月 1—31 日进行统计，上报率为 97.22%，完整率为 97.22%，及时率为 94.21%，正常运行率为 95.00%，满足非农业取用水在线监测站点达到持续运行 30 d 正常运行率、上报率、完整率、及时率分别大于等于 95% ，95%，90%，80% 的要求。

图 2 试运行期间非农业取用水监测站（站群）三率统计情况

2）504 个农业取用水监测站（站群）5 月 1 日—7 月 31 日三率统计情况如图 3 所示，监测信息满足在灌溉引水期内至少有连续 7 d 取用水量数据上报且及时接入省级平台交换库的要求，试运行情况达标。

图 3 试运行期间农业取用水监测站（站群）三率统计情况

3）31 个饮用水水源地水质监测站 5 月 1 日—7 月31 日三率统计情况详如图 4 所示，选取 5 月 1—31 日进行统计，上报率为 99.55%，完整率为 94.29%，及时率为 94.29%，正常运行率为 96.55%，水质监测站的完整率与及时率基本一致，故曲线重合。满足列入“全国重要饮用水水源地目录”的地表水水源地水质站点投入试运行，且连续 30 d 站群正常按 6 次/d 间隔，监测运行率达 95% 以上，监测参数齐全，数据上报率达到 95%，完整率达到 90%，及时率达到 80% 的试运行考核要求。

图 4 试运行期间饮用水水源地水质监测站（站群） 三率统计情况

3.1.3 监测数据准确性

经过对试运行期间出现的各种问题整改消缺，并对异常数据进行修正，监测到的水量、水质数据基本符合真实情况。

1）取用水监测数据基本符合实际情况。a. 通过基础数据整理收集各取用水监测站点取水量阈值，控制取用水监测数据上下限；b. 水利部水资源监控能力建设项目办公室通过统一下发的水资源监测数据监测处理软件排查异常监测站点。经统计，广西本级平台采用小时水量累计计算日用水量的方式，试运行期间累计监测水量为 44.55 亿 m3（不含特殊区站点），其中非农业累计监测水量为 10.58 亿 m3，农业累计监测水量为 33.97 亿 m3。

2）水质监测数据试运行期间未出现明显异常。系统里尚无检查处理机制，主要通过第三方比测解决监测数据质量问题。

3.2 试运行期间故障响应与质量控制要求

站群试运行期间，偶发监测站故障问题，均及时进行排查检修。取用水监测站点存在的主要问题包括通信信号不稳定、关停并转或其他客观原因、人为破坏、设备故障等。如受广西 2019 年 4 月开始的汛期强对流天气及暴雨影响，现场移动公司基站 2G/3G 信号不稳定，导致数据上传存在间歇性；广西扶南东亚糖业有限公司、广西华锡集团股份有限公司车河选矿厂（回水泵房）等取水户正在管道改造，设备待迁移；河池市自来水有限责任公司城西水厂 1 号井监测表头损坏，容县城南供水有限公司 RTU 设备损坏，广西东泥天等水泥有限公司太阳能接进线接触不良，导致太阳能馈电等设备故障。

对于试运行期间出现的问题，均督促承建单位对不正常监测站 72 h 内赶赴现场核查并完成数据恢复上报处置。

3.3 试运行结论

广西水资源监控能力建设项目站群试运行时间为 2019 年 5 月 1 日—7 月 31 日，站群试运行工作顺利，试运行各项指标满足要求，运行稳定，在线率符合条件要求，满足技术评估条件。

4 相关问题研究

实际工作中，在对各项试运行指标进行考核时，发现个别指标没有具体可行的统计方法，个别指标还存在评价标准不够合理等方面问题。

4.1 完好率考核标准过于严格

根据试运行结束条件，站群持续运行 30 d 的运行完好率大于等于 95% 才算通过试运行，此条件过于严格，不符合目前我国水资源自动监测技术与设备大多数属于民用等级，很少采用工业级甚至军工级产品的实际情况，监测设备智能化、模块化技术也还不够成熟，国内各监控设备生产企业大多数仍为小型企业，大多数均是购买第三方配件进行组装生产，产品研发和售后服务能力有限，生产的水资源遥测终端机性能稳定性还不够高，十分容易受雷电、电磁、电流波动等干扰影响，特别是计量传感器，有时还不如传统的机械式水表计量稳定，相比国外而言，仍属于中下水平。本项考核标准要求监测站持续运行 30 d 的完好率大于等于 95%，若中间有 1 d 不满足，则将前功尽弃。例如，国家水资源监控能力建设广西（2016—2018 年）项目建设过程中，对 2016 年完成的 112 个取用水监测站点进行试运行，试运行期间为 2018 年 6 月 1 日—8 月 31 日，由于各种原因，站群试运行完好率大于等于 95% 的连续最长天数为 25 d，始终无法达到连续 30 d 的要求，原因有监测站偶发故障、系统平台问题，还有人为、自然因素等各个方面，如果允许扣除一定因素和比例的故障站点后再计算（这些站点须整改），相对较容易接受。

为此，建议适当降低比例要求，并采取按试运行期间综合计算完好率的方法，允许剔除一定比例的故障站点。此外，需要国家从政策层面进行积极引导，建立完善市场激励机制，提高监测设备（主要是计量与数据采集设备）技术与质量。实施部门要做好水资源监控设备先进技术推广应用的顶层设计，各项目实施单位在进行设备采购时，要严格执行项目标准，严格设备质量检测管理，要做好招标详细设计报告，设计报告要有明确的技术性能与指标参数要求，要有清晰齐全规范的设计（施工）图纸，要有数据质量及其接入考评方法规定，还要有监测站建设施工须提供的资料清单目录。要限制技术精度等级低、性能指标差、功耗过高、稳定性差的产品入围招标，基于这一点，建议统一编制水资源监测标准站网设计施工方案，提供招标设计文件范本，供今后各地自行补充开展水资源监测站建设时参考使用，保障此类项目自一开始就朝着良性运行、达标可控、管理有效和应用可行的方向迈进。

4.2 主要设备的平均无故障时间无具体考核方法

SZY 202—2016《水资源监测站建设技术导则》7.2 规定，设备 TMTBF大于等于 25 000 h，SZY 203—2016《水资源监测设备技术要求》[2]第 6 章规定，流量监测仪器和遥测终端机 TMTBF大于等于 25 000 h。当不满足此指标要求时，应对故障设备予以更换。

但在实际试运行时，无法按照上述标准对 MTBF 这项指标进行具体计算来考核的，首先，从时间上考虑，25 000 h 相当于 2.85 a，而试运行时间仅 3 个月，是难以按实际发生的平均无故障时间来统计 MTBF 具体数值的；其次，MTBF 计算中要考虑产品中每个器件的失效率，但器件在不同的环境、使用条件下其失效率有很大的差别，例如，不同的环境、电压下的失效率肯定是不同的，在计算可靠性指标时，必须考虑各种因素，在试运行过程中，几乎无法通过人工进行计算。

广西水资源监控能力建设项目办公室采取按照产品故障率的计算方法进行推算，以在试运行期间产生故障的产品总数来进行考核评价，具体如下：

产品的故障总数与寿命单位总数之比叫故障率（Failure rate），常用 λ 表示。例如正在运行中的 100 只硬盘，1 a 之内出现了 2 次故障，则每个硬盘的故障率为 0.02 次/a。当产品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数即为 TMTBF。即 TMTBF=1/λ。

若已知 TMTBF，可反推得 λ =1/TMTBF。根据 SZY 202—2016《水资源监测站建设技术导则》7.2 规定，设备 TMTBF≥25 000 h，约等于 2.85 a，即 34.2 个月，则每月的故障率为 λ =1/25 000 h =1/2.85 a =1/34.2 月即，0.029 2 次/月。按参与试运行批次监测设备推算，每个月平均出现故障的监测设备总数 = λ×0.029 2（个），若投入试运行监测设备为 1 000 个，则每个月平均出现故障的监测设备总数= 1 000×0.029 2 = 29.2（个），实际工作中，按出现故障监测设备总数小于 30 个/月进行考核，3 个月累计出现故障监测设备总数不应多于 90 个（可重复计数），如超过此比例，承建单位应对该批次设备进行质量溯源检查并整改。实践证明，这样考核是基本可行的，得到各方的认同。

4.3 试运行考核指标对水源地水质自动监测站不适用

本研究 2.1 提到的试运行考核指标，对取水监测站试运行是适用的，但对水源地水质自动监测站试运行则不适用，且缺少操作性。在实际工作中，执行 HJ 915—2017《地表水自动监测技术规范（试行）》[3]的规定，主要对系统联机与整体运行情况、各个监测仪器性能指标、数据平台运行、采水和预处理、配水、反冲洗等功能及辅助设备运行情况进行测试。具体考核方法如下：

1）以考核“仪器运行有效率”是否达标代替MBTF。要求“仪器运行有效率”应不小于 90%。仪器运行有效率 = 有效运行时数/运行考核总时数×100%，其中，有效运行时数为系统所有仪器设备运行正常时其监测数据有效的时数总和。仪器设备预热、停电、校准和公共通讯线路故障等引起的无效数据时数不计入运行考核总时数和无效运行时数中。

2）以第三方水质检测结果，比对检查设备监测结果的准确性，实际水样检测比对合格率应不小于 85%。合格率是指比对合格次数占该水质监测站全部比对次数的比例。根据《国家水资源监控能力建设项目地表水饮用水水质在线监测指南（试行）》，比对合格是指：水温相差在 ± 0.5℃，pH 相差在±0.5 以内，溶解氧、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮等指标值相对误差小于等于 ±15%。

3）除了实际取样比对外，还要进行质控样比对，全面检查仪器设备的检出限与准确度和精密度。比对符合性判断标准执行 HJ 915—2017《地表水自动监测技术规范（试行）》附录 A 表 A.2 的控制要求。

4.4 监测数据准确性判断方法和整编规则未作统一规定

SZY 202—2016《水资源监测站建设技术导则》规定，试运行中要对流量、水位等监测数据的准确性进行考核，但该标准并没有给出监测数据的准确性判断方法和整编规则。广西水资源监控能力建设项目办公室开展了监测数据质量评估、控制技术规程编制，初步提出了监测数据准确性判断的方法和控制规程，简要介绍如下：

1）数据偏大的情形。某小时或者某日水量数据过大（单点跳变、持续大、异常大、某时段内大等），超过通常小时水量或日水量的数倍，可认为数据不准确。整编规则是参照正常时段小时水量或者日水量进行修订，同时按取水许可水量（日最大取水流量）、运行水泵铭牌标称额定流量等进行校核。

2）数据偏小的情形。某小时或者某日水量数据过小（负值、单点跳变、持续小、异常小、某时段内小等），小于通常小时或日水量的数倍，可认为数据不准确。整编规则是参照正常时段小时或日水量进行修订，同时按取水许可水量（日最大取水流量、日最小用水量等）、运行水泵铭牌标称额定流量等进行校核。

3）数据不匹配的情形。日水量与当天的小时水量累计值不匹配，连续多日累计水量无变化（在用水、设备正常情况下），可认为数据不准确。应检查小时和日水量数据报送是否缺失，如缺失应参照 1）和 2）方法进行补全（假定取用水正常情况下），如无缺失，则应查找是否为运算程序、时间戳出错等问题。

4）数据为 0 或者空值的情形。对水量出现 0 值或者空值的情况，应当查明真实取用水情况，如取用水户不用水，则数据属于正确范围；如实际正在用水，可认为数据不准确，此时应先对监测设备进行检查维护，再按前述方法进行整编修订。

5）水质监测站参数数据为空的情形。若存在1 个或多个参数监测数据为空，则属于监测不准确。若水质数据明显超出合理范围（如标准限值、水质类别等），可认为是异常数据。整编规则是及时进行补充召测，或者去掉该次监测数据。

6）数据处理操作通常流程。出现上述数据问题时，一般情况下，应先排查原始报文接收解释情况，再检查数据库（汇聚库、业务库）数据是否准确，然后再检查现场取用水实际情况，最后对监测站设备进行逐一检查维护。

相关指标在实际考核中提出的调整建议如表 1所示。

表 1 相关指标实际考核方法调整建议

5 结语

监测体系建设是国家水资源监控能力建设的重要内容，是直接采集水量水质信息数据的关键节点，也是为实行最严格水资源管理“三条红线”控制指标完成情况考核而提供的重要统计信息来源[7-9]。

本次基于现有水资源监测站试运行考核指标合理性和可行性进行研究，提出了比较符合实际的、具有实际操作性的试运行考核方法，包括试运行起始条件、考核指标的设定与评判方法、监测站的故障响应、质量控制要求和具体调整建议等，提供了构建科学合理、具有较强操作性的试运行考核指标体系的思路。调整建议对确保监测站建设质量合格、监测数据正确有效是十分重要的，对三大监测体系及时投入实际使用具有重要的意义。