玉山县七一水库多光谱水质在线监测站运行稳定性分析研究

邱海兵　纪凯　叶玉新　韩建军

摘要：饮用水源地水资源保护在近年来受到了越来越多的关注，而水质安全保障是其中的首要任务。为了实时在线监测水质变化情况，江西水利部门在国家重要饮用水源地玉山县七一水库引入了一套新型多光谱水质在线监测系统。研究结果表明：七一水库水质符合Ⅲ类水标准（湖、库），水质情况良好;2018年在线监测数据上报率达到98.08%，在线运行稳定性良好。

关键词：多光谱;在线监测;运行稳定性

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：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

水质在线监测技术主要分为化学法在线监测技术和光谱法在线监测技术。化学法在线监测技术原理是将水质有机物综合指标的实验室常规化学分析流程自动化，是目前最常见的一种水质在线监测方法。光谱分析法是依据物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用而建立起来的分析方法，主要有紫外光谱分析法、荧光光谱分析法、红外吸收光谱分析法、拉曼光谱分析法、核磁共振波谱分析法等[1]。近年来，紫外光谱法[2]、荧光光谱法[3]以及多种光谱融合[4]等逐渐有所应用发展，已应用于饮用水、地表水、工业废水等水体的在线监测中。与传统化学法在线监测相比，多光谱水质在线监测技术属于一种新兴技术，具有无须站房、无须人员值守，无须化学试剂、不产生有毒废液，监测频次高、运维成本低等优势，但同时也存在光谱探头设计与制造、浊度干扰及光路遮挡、水下清洗与密封、模型算法构建等技术研发难点[5，6]。

为保障国家重要饮用水源地水质安全，江西省水利厅依托江西省国控二期水源地水质在线监测项目，在玉山县七一水库引入了一套杭州希玛诺光电技术股份有限公司开发的多源光谱融合水质在线监测系统，实时在线监测七一水库水质变化情况。本论文主要对该套多光谱水质在线监测系统的运行稳定性进行分析研究。

玉山县七一水库，地处信江上游、世界自然遗产地三清山脚下，总库容2.49×108m3，控制流域面积324km2，作为国家重要饮用水源地，承担玉山县城乡居民供水任务，是一座集城市供水、防洪、发电、航运等为一体的大（二）型水库。

2 材料与方法

（1）七一水库多光谱水质在线监测系统，为潜入式多参数水质自动监测站，采用水面浮动平台，主要包括自动监测仪器仪表、辅助系统、安防监控系统。监测参数包括水温、pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、总氮、总磷、氨氮等。其中，高锰酸盐指数、总磷、总氮采用光学法在线监测技术。（2）在江西省水資源管理系统平台上导出2018年七一水库水质在线监测系统全年监测数据，分析多光谱水质在线监测系统的运行稳定性。

3 结果与讨论

3.1 在线监测数据分析

在线监测数据显示，2018年玉山县七一水库水质在4-7月期间偏碱性，在10-12月期间偏酸性，溶解氧年均值达到9.2mg/L，高锰酸盐指数年均值为2.2mg/L、总磷年均值为0.017mg/L、总氮年均值为0.37mg/L，符合《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅲ类水标准（湖、库），水质情况良好。在线监测数据相关性分析显示，高锰酸盐指数与总氮之间基本达到极强相关;pH值与溶解氧之间为强相关。水质指标在2018年7月18日-11月3日之间出现波动，可能原因是（1）七一水库水质情况在一定范围内波动;（2）光学测量窗口前出现气泡或者有微小悬浮动植物遮挡测量光路，导致在线监测值波动。在线监测系统的监测频率大大提高，可以在一定程度上反映以往人工实验室监测频率不足时捕捉不到的水质变化细节。

3.2 在线监测稳定性分析

在线监测数据显示2018年共有3天缺失有效数据，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日为现场仪表维护导致数据中断，1月15日数据缺失原因为监测点信号故障，数据未能及时传输。在线监测数据上报率达到98.08%，在线运行稳定性良好。及时有效运维是在线监测系统稳定运行的重要保障。七一水库多光谱水质在线监测系统采用的是UV（紫外）+FL（现场荧光）光谱融合分析技术，依托浙江大学研究成果[7]，基于信息融合的思路，将UV紫外吸收光谱分析技术与FL现场荧光分析技术有机融合，在一定程度上降低了紫外光谱容易受无机悬浮物的干扰，荧光光谱存在淬灭、自吸收、内滤光等不稳定因素的影响，显著提升了水体有机物综合指标的在线分析性能，同时也提升了系统运行稳定性。

4 结论

（1）玉山县七一水库水质良好，保持在Ⅲ类水以上;2018年七一水库多光谱水质在线监测站数据上报率达到98.08%，在线运行稳定性良好。（2）多光谱水质在线监测技术，有机融合多种光谱分析技术，对于未来建立绿色环保的低成本大范围联网水质在线监测系统具有优势，尤其在湖库型饮用水源地水质在线监测领域具有较好的适用性，具有一定的推广应用潜力和价值。

参考文献

[1]李晓静，王晓杰，王爽，等.光谱分析在水质监测中的应用进展[J].盐科学与化工，2019（09）：12-16.

[2]邵敏超，夏凤毅，盛成龙，等.双波长紫外吸收法有机废水cod测量技术与仪器设计[J].环境工程学报，2013，7（01）：396-400.

[3]茅婷婷.基于三维荧光光谱的饮用水中有机污染物特征提取与分类方法研究[D].杭州：浙江大学，2019.

[4]周昆鹏，白旭芳，毕卫红.基于紫外-荧光多光谱融合的水质化学需氧量检测[J].激光与光电子学进展，2018，55（11）：477-486.

[5]熊双飞，魏彪，吴德操，等.一种紫外-可见光谱法水质监测系统的可变光程光谱探头设计[J].激光杂志，2015，36（11）：94-98.

[6]曾甜玲，温志渝，温中泉，等.基于紫外光谱分析的水质监测技术研究进展[J].光譜学与光谱分析，2013，33（04）：1098-1103.

[7]穆海洋.多源光谱融合水质分析的多模型组合建模方法[D].杭州：浙江大学，2011.

收稿日期：2020-07-03

项目基金：江西省水文局2018年度青年科技创新基金资助项目（SWJJ-KT201804）

作者简介：邱海兵（1991-），男，汉族，硕士，研究方向为水资源监测。