地表水水质自动监测站日常运维研究

金立忠

（江西赣州市于都生态环境局，江西 赣州 342300）

引言：水站运行借助多种仪器设备有序落实水质分析工作，在实施运行维护、质量保证与质量控制、数据处理、信息传输等各项技术的前提下，获取水质监测数据，具有监测自动性、动态性、持续性等特点。在监测完成时，能够有效进行信息传输与保存，便于实时掌握水质状况，具有重要水生态环境保护意义。

一、日常运维

（一）例行检查

开展水站例行现场检查，主要工作内容包括：检查采水点水体颜色、嗅味、漂浮物、水位变化及杂物存在情况，并及时进行清理；检查站房空调及保温措施，保持温度稳定；检查站房内水泵及空压机固定情况，避免设备振动的影响；检查空压机、不间断电源（UPS）、除藻装置、纯水机等辅助设备运行状态，及时更换耗材；检查水站电路系统是否正常，接地线路是否可靠，检查采样和排水管路是否有漏液或堵塞现象；检查采配水单元是否正常，如采水浮筒固定情况、自吸泵、增压泵、空气泵等运行情况、手阀电动阀工作情况等，需要时应清洗采配水单元，包括采水头、泵体、沉降池、过滤头、水样杯、阀门及相关管路等，对于无法清洗干净的应及时更换；检查控制单元运行状态是否正常，工控机操作系统及软件有无中毒现象；检查上传至平台的数据与现场数据的一致性；检查仪器与控制单元的通讯线路是否正常；查看水质监测仪器及辅助设备的运行状态，判断运行是否正常；检查试剂状况，是否需要添加或更换试剂，所用纯水和试剂须达到相关技术要求，更换周期不得超过规定的试剂保质期；整理站房及仪器，完成废液收集并按相关规定要求做好处置工作，且留档备查；保持站房及各仪器干净整洁，及时关闭门窗，避免日光直射仪器设备。

（二）应急维护

应急维护包括：数据异常处置、水站系统异常处理和人工补测等三方面。

1.数据异常处置

（1）出现以下4 种情况确认为数据异常：监测中断的数据；监测数据长时间不变或短时间突变；监测仪器设备状态参数异常、过程日志异常或监测仪器设备故障的监测数据；通过监测项目之间相关性分析、气象条件、水站所在地历史数据分析认为明显违背常理的监测数据。

（2）数据异常处置方式：发生数据异常情况时，根据现场情况应采取标样核查、现场排查、实际水样比对等措施进行排查，查明并分析原因，记录备案并上报。当水质监测数据异常或水质下降至水质类别发生变化时应启动留样（浮船站除外），留样后应按照应急维护要求执行。确认仪器通讯存在障碍或仪器状态异常、仪器故障的，应尽快前往现场查明原因，进行故障处理；远程启动标样核查，核查未通过时应前往现场查明原因，进行故障处理。

2.水站系统异常处理

（1）当水站出现故障时运维单位应在规定时间内响应并解决；

（2）对于在现场能够诊断明确且可通过更换备件解决的问题则在现场进行检修；

（3）对于其他不易诊断和检修的故障，或48 小时内无法排除的仪器故障，应采用备用仪器替代发生故障的仪器，同时对备机开展标样核查；

（4）当采水系统确认遭遇了非法入侵、碰撞损坏、位置大范围偏移、监控装置损坏等情况时，应进行应急维护。

3.人工补测

（1）因给水故障、采水设施故障或采水点位无法正常采水导致国控水站停运，在保证自动监测仪器满足相关质控要求的前提下，运维单位采取人工采水自动监测仪器补测的方式，保障水站仪器每日上传1-2 组有效数据；也可人工取样送具有CMA 资质的实验室分析，停运超过48 小时补测1 组实验室分析数据，后续每周保证2 组实验室分析数据直至国控水站恢复正常运行；

（2）因供电故障或其他原因导致国控水站停运，超过48 小时需补测1 组实验室分析数据，后续每周保证2 组实验室分析数据直至国控水站恢复正常运行（两次补测间隔不得小于2 天）；

（3）当发生台风、暴风雪、地震、洪水、泥石流、塌方、断流、结/化冰期等不可抗力因素导致无法人工采样时的缺失数据将不进行补测。

（三）质量保证和质量控制

质量保证和质量控制是保障水站水质监测数据可靠性、代表性和准确性的关键措施，建立由日质控、周核查、月质控等多级质控措施以及仪器关键参数上传、远程控制等组成的多维度质控体系，以保证地表水水质自动监测站数据质量。围绕水站开展质控工作时，需要从内部、外部分别进行质量控制。水站内部的控制工作，有日质控、周核查、月质控检查控制、随机抽样考核、水样质量对比分析等。水站外部的控制工作，包括专业单位质量检测、飞行状态测定等方法。运维机构和生态环境部门依据各项技术要求，有序落实各项质控工作[1]。

1.当监测项目水体浓度连续超出仪器当前跨度值时，应重新确定跨度，并进行标样核查；当监测项目水质类别发生变化且未超出当前跨度值时，可继续使用当前跨度。

2.当监测项目上一个月 20 d 以上为Ⅰ～Ⅱ类时，质控措施应按照Ⅰ～Ⅱ类水体的质控要求进行；否则质控措施应按照Ⅲ～劣Ⅴ类水体的质控要求进行。

3.自动监测仪器零点核查、跨度核查、水样测试应使用同一量程或同一稀释流程（稀释倍数），所选跨度核查液浓度应大于当前水体浓度值。

4.每周进行的质控措施，与前一次间隔时间不得小于 4d；每月开展的质控措施，与前一次间隔时间不得小于15d。

5.常规五参数、氨氮、高锰酸盐指数、总磷、总氮等9 个指标质控措施实施频次、质控技术要求、质控测试结果修约要求均必须严格落实《国家地表水水质自动监测站运行维护管理实施细则（试行）》。

6.所有维护及质控测试均应形成记录。

（四）运维档案与记录

水站运行技术档案包括仪器的说明书、系统安装调试记录、试运行记录、验收监测记录、质控报告、仪器的适用性检测报告以及各类运行记录；运行记录应清晰、完整、填报及时。

水站运行时，采取技术档案建立方式，全面记录运维状况。记录内容包括设备运行简介、安装流程、调试方法、设备运行资料、设备质量验收方法等，组建成完整的技术档案资料。监测设备在实际运行期间的各项资料，包括水站系统运维资料、远程监测所得资料、巡检结果、维护信息、设备运行调试情况、零部件更换状态与个数等，均需进行全面记录，确保水站运行平稳性，周期性形成设备运维档案。内容完整的技术档案资料，便于设备发生异常问题及时锁定故障所在，给予有效的故障消除方法[2]。

二、常见故障处理

（一）远程取水反馈故障分析

如果采样泵无法完成水样抽取，远程监控平台会反馈“取水故障”问题。此种故障问题具有常见性。

1.采样泵在设定取水位时，存在水位不到问题，降低了取水顺畅性。产生取水故障问题，一般集中在枯水期、上游拦水坝完成放水的时间范围内。产生此种“取水故障”问题后，需要调整采样泵位置，给予适当上调处理，使采样泵处于水位淹没状态，确保取水顺利。部分河流中，在枯水与丰水两个阶段中，水位表现出较大浮动问题。应对水位浮动问题，在采样泵表面添加水位感应装置，比如感应浮球。如果在水位降低时，采样泵发生取水故障，自动切断电源形成系统保护，能够减少泵内叶轮发生空转问题，防止空转过热形成电机烧坏现象，确保采样泵运行稳定。

2.采样泵装置用于连接采水、取水的管线，在缺失密封的情况下，需要给予重新密封处理。

3.由于采水泵长时间位于河流中，设备表层不锈钢滤网、采水装置，将会沉积一定数量的藻类、树枝等物质，形成采水堵塞问题，或者引起水管发生弯曲，难以完成水样抽取。应对此种采水故障问题，需要对堵塞滤网、采样装置进行杂物清除处理，重新校准采水管路的走向。如果水样采集管路使用的是塑料管，极易发生材质老化问题，应设定周期进行管路更换，保障采样顺畅。

4.增压泵运行时，具有高频振动、较高噪音等特点，降低了采水装置可收集的水量。产生此种故障问题时，考虑是增压泵运行周期时间后，装置内部轴承有破损问题，需要进行轴承更换处理。

（二）预处理系统故障分析

预处理系统能够为各类监测指标进行预处理，顺应分析仪器使用时所需的样品静置、水质过滤等多种需求。比如，在进行设备预处理时，在水槽区安装沉沙分离装置、过滤装置、电离支架、输水管等，能够筛除粒径介于1um 与50um 之间的杂质。

在预处理系统运行时，发生次数较高的故障问题是：仪器实际接收的水量较少，输送水样过滤质量不佳等。产生此种故障问题，考虑是系统中有部件发生堵塞问题。故障消除时，需要进行系统自动清洗，检查反吹装置的运行顺畅性。与此同时，查看空压净化设备运行时的漏气现象，测定压力表显示的准确性。系统极易发生的故障问题有：预处理系统运行失效、气管中含有水汽等。

故障解决方案：检查输气管运行顺畅性，确定密封装置质量达标，查看机体断电开关状态，排查空压机内运行正常性，检查导气铜管运行能力。在日常系统运维工作中，使用系统清洁专用毛刷，由上至下清理过滤孔，减少杂物沉积在过滤装置中。在毛刷清洁后，使用超声波清洗设备，进行深层清洗。周期性更换已损坏的连通软管，保证系统运行平稳。

（三）配水系统故障分析

配水系统是用于供水的装置，确保供水质量、水压达标、水量正常。系统中包括压力阀、球阀、采样杯等多种装置。配水系统中发生次数较多的故障问题为：管路堵塞。为保证配水系统运行顺畅，需要采取日常维护措施，预防系统故障问题。运维措施为：逐一开启控制柜，有序闭合电动球阀，确保指示灯工作性完好，如果发生指示灯显示异常，需要检查线路、阀体各位置的故障问题，同时给予系统清洁；每七天进行一次球阀转动检查，全面清除球阀表面沉积的杂物，必要时进行拆除深层清洁，减少球阀发生堵塞问题，清洁完成恢复球阀位置；每七天查看清洗装置运行质量，确保其采样、输水管线运行质量；每七天检查一次供水压力的平稳性，如果供水有异常表现，及时进行系统恢复处理。

（四）监测系统故障分析

水质监测包括常规五参数（pH、水温、电导率、溶解氧、浊度）、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、等9 项参数。以溶解氧监测系统故障为例，探索有效的故障处理方法。

在监测溶解氧时，系统故障包括：监测结果不大于5mg/l、参数恒定、饱和度较高等。在故障判断时，以采取、配水两个系统发生故障问题为判断依据。水槽中水样如果处于较长时间未改变的情况，在水槽中使用的溶解氧设备，在不流动的水体环境中会逐渐降低溶解氧的速度，引起监测结果较小的问题。

应对此种故障问题，给予的处理方案是：确定采水系统抽水功能完好性，排查配水系统运行顺畅性，依据采水与配水的故障消除方法，适当进行零部件更换处理；拆除原有配置的溶解氧设备电池，更换新的电池。

如果采水、配水两个系统均无异常表现，故障判断结果：溶解氧设备中使用的溶解氧膜，含有一定数量的粘滞物，增加了溶解氧监测结果失真性。故障进行消除方法：清洗粘滞物。如果溶解氧膜有破损、气泡等问题，更换溶解氧膜。在更换期间，防止空气混入，校准监测系统。校准环境应为饱和空气条件[3]。

三、运维实例分析

（一）运维现状

截止2019 年11 月，江西省于都县境内水站建设水质监测站共计7 座，全部为河流型固定式水站，其中2 座国控水站、1 座长江经济带水站、2座县级饮用水源地水站、2 座上游入境断面水站。监测项目为常规五参数（pH、水温、电导率、溶解氧、浊度）、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、等9 项指标等。目前，7 座水站运维基本正常，数据有效率均达到85%以上，各项质控均满足相关技术要求。但在运维过程中仍然存在一些问题。

（二）出现的运维问题

1.基层生态环境部门对水站建设和运维的业务能力偏弱

一直以来，国控水站仪器设备由国家或省统一采购，运维机构由第三方实施，基层生态环境部门业务人员主动介入不够，对水站需要的仪器设备和辅助设施、运维技术要求基本不了解，导致出现采购仪器设备参数不清、遗漏相关设备、放任第三方机构运维等问题，对是否达到相关技术要求缺乏监督检查能力。

2.国考、省控运维机构与地方生态环境部门脱节

于都县2 座国考和1 座省控水站分别移交给生态环境部和省生态环境厅运维，在运维期间，按照上级生态环境部门“站房以外供电、采水设施等故障由地方政府解决”的要求，存在第三方运维机构与当地生态环境部门互通信息不够，出现停运问题报告不及时，处理故障“等、靠”依赖思想和消极配合现象严重，甚至不排除运维单位为节省、降低运维成本，期待出现故障的可能性，认为反正可以将责任推诿给当地生态环境部门。

3.采水系统失稳

于都县峡山水站上游有2 座水电站，在蓄水、放水期间，河床宽度发生较大变化，由此引起采水装置受到干扰问题。水电站储水装置运行，会引起下游位置水位降低，难以有效完成采水。如果水电站在短时间内进行高速放水，会增加水量，引起管路、采水系统受堵，增加采水时间，减少单位时间内的采水量。

4.水质污染形成的采样干扰

多数河流沿岸并未完成坝体修筑、河道整治，极易形成水土流失问题，特别是连续暴雨时期，相应升高河流水体整体的浑浊度，造成水体环境中总磷成分增多问题。在此种情况下进行水质监测时，会形成采水装置、监测设备的性能消耗，增加运维次数与成本[4]。

（三）运维建议

1.提升基层生态环境部门技术人员业务水平

通过“走出去、请进来”方式，派出技术人员外出参加水站自动监测站建设与运维专题培训，邀请相关专家前来授课，现场指导运维管理和监督检查路径、方法和措施。同时，组织技术人员认真学习国家总站《关于印发<国家地表水水质自动监测站运行维护管理实施细则（试行）>等文件的通知》（总站水字[2019]649 号），全面提升基层生态环境部门技术人员业务水平，从而确保水站建设一步到位，水站运维高质量运行。

2.彻底解决国考、省控运维机构与地方生态环境部门脱节问题

出现国考、省控运维机构与地方生态环境部门脱节问题，最根本原因是国家考核断面水站运维，将事权分割为站房内由运维单位负责，站房外由当地政府负责，导致站房外出现问题，运维单位缺乏主人翁态度，“事不关己、高高挂起”。为激发运维单位主人翁意识，让运维单位自觉主动与当地生态环境部门对接沟通，征得当地生态环境部门的配合支持，在第一时间将故障排除，建议科学核算站房外运维费用，增加中标单位运维经费，将整个水站运维统一由运维单位负责，当地政府负责水站正常运行各种矛盾纠纷的化解，使水站运维职责分工更科学合理，组织保障更高效协调。

3.科学合理提升采水系统运行能力

现阶段在运行采水系统时，表现出栈桥、浮船等采集形式，结合实际采水系统运行、设备运行客观条件可知：部分水质监测站存在采水系统失稳问题，需要进行不断系统升级。

（1）水位变幅不大、深度不大于8 米、水流速不高于2 米/秒、河床宽度不大于5 米时，可使用栈桥类型的采水装置。

（2）水流较快、浅滩区域较大、水位变化较大时，可使用悬臂类型的采水装置。

（3）水位变幅较大、河床宽度不小于5 米时，可选用拉索类型的采水装置。

4.全面落实系统运维工作，排除系统干扰问题

（1）从站房、仪器、人员等视角，逐一落实运维管理制度，减少监测干扰问题。

（2）建立完善故障处理专业组织体系和应急预案机制，科学控制排除系统干扰。

四、结论

综上所述，水质自动监测是水生态环境状况评估的“耳目”，能够起到为水生态环境质量变化趋势分析和水污染治理方向提供科学保障作用，确保水质自动监测站正常运行，获取真实可靠的水质监测数据显得尤为重要。因此，必须提升运维人员和地方生态环境部门监督人员的运维管理能力，加强水站日常运维，积极排除各类系统故障，显著提高水质自动监测效率。