南水北调济宁截污导流工程水质在线监测实践

张大伟，张 琪，曹秋丽

（济宁市水利事业发展中心，山东 济宁 272000）

济宁市地处淮河流域，南水北调东线工程贯穿境内198 km。境内南四湖既是南水北调输水干线，又是重要的调蓄水库。为确保南水北调干线水质稳定达标，济宁市建立起“治、用、保、防、控”五位一体互为依托、配套联动的流域治污综合体系。其中，济宁市南水北调截污导流工程就是为保证南水北调水质安全，由国家投资建设的重点水利工程，主要为截污导流蓄水区人工湿地工程、输水明渠、管线工程等。

南水北调东线2013 年11 月正式通水以来，南四湖水质持续改善，稳定达标。但污水排放监管等水质保护措施尚需完善，通过在济宁境内有代表性的截污导流工程中安装水质在线监测系统，实时监测掌握整个系统水文水质状况，及时分析原因并加以控制是保障境内干线水质的基础[1]。

1 系统配置

1.1 建设内容

1）站房。济宁境内5 个自动监测站均采用固定式站房，利用现有管理房进行改造，确保站房内通暖、给排水、防火、供配电等系统能保证设备安全可靠运行。

2）取水单元系统。通过取水管路将所有水质分析仪器连接起来，完成水样的采集后将取水点水样引至监测站内，满足配水单元和水质分析仪器的需要。取水系统采用双泵取水、双管路设计，发生故障可自动切换泵、管路，实现不间断水样采集。

3）配水单元。采用串联方式，每台仪器从各自的过滤装置中取水，出现故障都不会影响其他仪器的工作。根据分析仪器对用水水质、水压和水量的要求，对水样进行沉淀、过滤等预处理，然后分配到各个分析单元和相应设备，预处理后的水质不改变水样代表性。

4）控制系统。对其他单元进行控制指挥，控制器通过压力变送器控制电磁阀、水泵、空压机等设备，完成管路取水、预处理、配水、清洗等功能。

5）数据采集/处理/传输系统。实现数据的采集、控制和传输，将获取信息通过无线网络发送至监管与数据审核平台，并接收和执行平台下发的指令。根据状态参数或故障报警信号等能自动对分析结果的有效性进行判断，具有预警功能，可定时采集历史数据进行报表统计和数据曲线分析。

6）水质监测分析单元。由特定参数水质分析仪器组成，水质分析仪器连接至数据采集和传输单元。

7）信息安全设备及其它辅助设备。为自动监测仪器的连续稳定运行提供环境保障，包括电力保障、雷击防预、安全防护、温湿度调节和废液收集等。

在控制系统的指挥下，采水单元从水体中取水样，经配水单元对水样进行预处理，再分配到各分析单元。各参数分析仪得出水样的参数值，由数据采集/处理/传输系统通过发送至监管平台，工作人员可进行实时监测[2]。

1.2 自动分析仪工作原理

水质自动分析仪的性能指标是数据准确性的保障。自动分析设备主要监测目标为水体中的常规五参数（即pH 值、水温、电导率、溶解氧、浊度）和氨氮、高锰酸盐参数，分别由五参数自动分析仪、高锰酸盐指数自动分析仪和氨氮自动分析仪3 种设备完成。

1.3 通信网络及控制中心

通信网络及控制中心包括3 部分：网关层设备控制及数据采集、网络层数据传输和云平台数据处理及控制查询。网关为数据链的采集控制层，主要实现对监测站房内空调控制，门禁管理、视频监控及数据上传。VPN 网络为数据链的传输层，网关通过4G 模块接入VPN 专属网络与云平台进行数据交互。云平台为数据链的数据分析层，实时分析网关上传的水质数据、设备状态信息，当水质和设备异常时启动警报。

2 运行维护

水质自动分析仪的性能会直接影响监测数据的准确性。从在线监测系统的维护与管理等方面展开细致工作，可以有效地提高在线监测的准确性，使其数据具有代表性，同时可实现系统长周期有效平稳运行[3]。水质自动监测站运行维护应按照相关技术规范要求进行维护管理，并对维护过程进行详细记录，形成报告。维护内容包括每日远程维护、每周现场维护、应急维护，并定期对监测和运维人员进行培训。

3 效果分析

该水质在线自动监测系统在济宁境内中水截污导流工程线路上设置了5 座水质在线自动监测站，分别对5 个县、市5 处闸坝所在水体断面进行监测。水质在线自动监测站每4 h 检测1次，得出水样的参数值，由数据采集/处理/传输系统通过无线网络发送至智能平台、移动终端，全过程自动化运行。

该系统参照国家《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅲ类水标准，主要监测数据为pH 值、水温、电导率、溶解氧、浊度、氨氮和高锰酸盐7项参数。利用警值软件为除浊度外的其它6 项参数的标准限值设定了预警标准，在高于或低于标准限值时，系统将会启动警报。

目前，水质在线监测系统已完成单位工程验收，并通过设备调试，进入试运行阶段。试运行期间，系统各单元运行正常、稳定，数据准确，上传及时，能够做到连续、实时掌握断面水质动态，可实现水质指标异常预警预报。综合分析5 个断面的水质监测结果表明：水体pH 值比较稳定，在6.5～8.17 之间；溶解氧在个别时期会出现＜5 mg/L的情况，主要受水体温度和微生物群的代谢活动影响；浊度、氨氮的较高值往往出现降雨过程中，分析原因主要是与降雨有关，沿岸的雨水冲刷汇入，或是支流的水汇入造成悬浊物、氨氮含量升高。5 个断面水质大部分时间可稳定达到Ⅲ类水标准，基本符合南水北调东线干线调水水质目标要求。为水利部门实时掌握监测断面水质情况，及时、迅速决策和有效应对提供了强有力的数据支撑。

4 建议

4.1 严格按照规范流程进行采样

人工检测的样品采集过程中要保证在同一时间、同一地点、同一层面，以确保样品的同一性，保证在线监测系统的样品与手工分析的样品可比[4]。只有严格按照规范的流程采样测试，才能保障比对检测结果的可比性。

4.2 加强科技手段与水利行业融合

建议系统中增加行业排污指标对应功能。如数据显示某个时段某个参数指数迅速升高，排除降水、温度等因素影响外，分析判断为企业排污超标。但沿线企业众多，排查难度大。如能分析排污指标和行业的对应关系，增加排污指标对应功能，可快速锁定其行业性质和企业范围。

4.3 建立水质保护长效机制

对5 座水质监测站的运行情况、维护校准情况等及时进行记录，不断摸索总结经验，待模式成熟后推广至南四湖入湖各条河流、调蓄水库等，特别是在污水处理厂附近河流增设监测断面，对南水北调干线水质进行全程监测，以形成长效保护机制。

4.4 建立一支专业化队伍

目前在试运行和摸索阶段，可暂时委托专业、信誉好的第三方运维企业进行日常运维和校准工作，以保障水质监测仪器设备的稳定度和准确度。同时，应尽快着手培养一批专业运维和监测人员，逐步形成常态化、制度化，最终建立一支水利系统自己的运维和水质监测队伍。

4.5 发挥水质监测系统优势

南四湖及周边为保护水质安全、水质达标，污染治理任务重。应找到与东线二期工程运行管理体系的契合点，发挥水质在线监测系统在数据传递和自动化、智能化管理的优势，加强信息共享和资源整合，为将来东线二期运行管理、京杭大运河生态治理与环境保护、水资源开发和环境评价创造有利条件。