城市供水水质在线监控网络构建

◎ 中国城市规划设计研究院 牛 晗 耿艳妍 边 际

1 引言

针对我国饮用水水源普遍污染、水污染事件频繁发生、饮用水监管体系不健全、饮用水安全保障存在严重缺陷等突出问题，根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006--2020年)》，经国务院批准，启动了《水体污染控制与治理科技重大专项》，《饮用水安全保障技术研究与示范主题》是水专项的6个主题之一，其中《饮用水水质监控预警及应急技术研究与示范》（以下简称监控预警项目）是饮用水主题8个项目之一。

监控预警项目共设置了8个课题，其中包括《国家、省、市三级水质监控网络构建关键技术研究与示范》。构建三级供水水质在线监控网络是该课题的任务之一，其目标是有效地实时监测从“取水、净水到配水”过程中关键节点的重要水质指标的变化，为城市供水水质监控预警及应急支持系统提供基础支撑。

2 在线监控网络框架设计

供水水质在线监控网络设计为分布式、网络化、多信源的国家、省、市三级架构，拓扑图1如下：

在线监测信息的传输方式分三种：第一种是城市级、省级都建有监控中心实体，则在线监测信息首先向城市级监控中心传送，城市级监控中心向省级监控中心传送，省级监控中心向国家级监控中心传送；第二种城市级未建监控中心实体，省级已建实体，则在线监测信息直接向省级监控中心传送，并可按权限登陆获取相关信息；第三种有省市两级均未建监控中心，则在线监测信息直接向国家级监控中心传送，并可按权限登陆并获取相关信息。

3 技术路线

供水水质在线监控网络建设首先在调研和需求分析的基础上，根据当地水质特点等实际情况确定在线监测点和监测项目，选择在线监测设备和通讯方式，设计通讯网络结构，建设数据接收平台，开发数据采集、传输与接收接口并测试完成。具体技术路线如图2所示：

4 技术要求

4.1 在线监测点选择

在线监测点分水源水、出厂水和管网水三种类型。

（1）水源水在线监测点

水源水监测站点的选择应考虑如下因素：

1）地理位置

为确保预警反应时间，地表水源水在线监测点一般设置于取水口，地下水源水在线监测点一般设置在全部取水井的汇流点。

2）水深状况

要考虑到雨季和旱季水位的变化，以便于在设计监测站时做出相应的处理。

3）交通情况

由于监测站的仪器仪表的运入、站点的维护、试剂的更换、领导考察等都需要车辆进入，因此，一个相对较好的交通是必须满足的。

4）通信情况

只有在比较好的通信条件下，自动监测站数据才能成功发送，因此通信条件的好坏，将直接影响到监测站与上位机的联系。

5）供电条件

图1 三级供水水质在线监控网络拓扑图

在线监测站要满足仪器设备的电力供应要求，以保证监测站的正常运行。

（2）出厂水在线监测点

根据现有水厂实际情况，一般在各水厂靠近出水泵房位置设置出厂水水质监测点。地下水厂结合原水监测点计划合并建设。

（3）管网水在线监测点

管网水水质在线监测点设计要能够充分反映对应水厂出厂水水质变化、管网水混合后水质变化及末梢水水质情况。

4.2 在线监测仪器设备选型

（1）选型原则

1) 仪器设备测定量程范围满足监测源的水质要求；

2) 仪器设备测定结果的相对误差符合技术条件的规定；

3) 仪器设备维护量少，运行成本低；

4) 仪器设备使用试剂少，不产生二次污染。

（2）一般技术要求

1) 通讯协议：支持RS-232、RS-485协议。

2) 相关认证要求：应具有中华人民共和国计量器具型批准证书或生产许可证。

3) 应具有时间设定校对、显示功能。

4) 应具有自动零点、量程校正功能。

5) 应具有测试数据显示、存储和输出功能。

6) 意外断电且再度上电时，应能自动排出系统内残存的试样、试剂等，并自动清洗，自动复位到重新开始测定的状态。

7) 应具有故障报警、显示和诊断功能，并具有自动保护功能，并且能够将故障报警信号输出到远程控制网。

8) 应具有限值报警和报警信号输出功能。

9) 应具有接收远程控制网的外部触发命令、启动分析等操作的功能。

4.3 水质在线监测数据传输方式

水质在线监测数据传输方式分平台数据上报和站点传输。

平台数据传输按三级平台由市级逐级上报进行。

站点数据传输方式分无线通讯方式和有线通讯方式。无线通讯方式主要有GPRS、CDMA等，有线通讯方式主要有VPN、ADSL等。水质监控网络中在线监测仪的数据传输方式不做具体规定，可根据现场条件选择，通过数采仪实现数据传输。

4.4 数据采集仪技术性能与通讯方式

数采仪通过数字通道、模拟通道采集在线监测仪器的监测数据、状态信息，然后通过传输网络将数据、状态传输到监测中心，同时监测中心通过传输网络发送控制命令，数采仪根据命令控制在线监测仪器工作。

（1）技术性能要求

1）兼容性好、稳定性高

2）支持不同频率的单点多发模式；

3）具有分级反控功能；

4）支持常用的RS232或RS485等通讯端口。

（2）通讯方式要求

数采仪应同时具备以下两种通讯方式：

1）无线通讯方式：GPRS、CDMA等；

2）有线通讯方式：VPN、ADSL等。

（3）数据传输标准化要求

数据传输标准化指数采仪和在线监测中心之间的数据交换传输及收发指令，应符合通讯协议及通讯包的标准。

（4）数据采集传输后与现有水质管理平台无缝对接，按指令直接写入到各级现有水质数据库中。

图2 供水水质在线监控网络建设技术路线图

4.5 在线监测数据的采集频率

为满足各级政府，尤其是城市级政府主管部门对城市供水的水源水、出厂水、管网水水质的实时监管，在线监测数据采集信息首先来源于城市级政府部门（第三方监管）建设的在线水质监测点。其次，为节省投资，城市供水企业已建的在线监测点也将有选择的纳入采集范围。城市的在线监测频率按实际需要设计，可动态调整。

采用分级、分频率的方法实施在线监测点的数据采集。对于省辖城市和一般城市采用不同的上报频率。

5、结语

三级供水水质在线监控网络的建设和运行，将整体提高我国城市饮用水监控水平和监控预警及应急支持的能力，对于保障城市饮用水安全，构建和谐社会具有重要作用，社会效益明显。