环境水质自动监测系统建设与运行管理

许杨，汪磊，邱晓国，李浩，莫红

（山东省环境信息与监控中心，山东济南250101）

环境水质自动监测系统建设与运行管理

许杨，汪磊，邱晓国，李浩，莫红

（山东省环境信息与监控中心，山东济南250101）

结合山东省环境水质自动监测系统的实际，就环境水质自动监测系统的建设、运行、管理等核心问题进行研究，提出了智能化、实用性、统一性相结合的系统集成方案和监控平台建设整体设计思路，分析了实行社会化、专业化、规模化运营的必要性，从完善监管机制、严格绩效考核、科学审核数据三方面探讨了系统监督管理模式，例证了自动监测数据在环境管理工作中的全面应用。

水质自动监测；系统建设；运行维护；数据应用；监督管理

水质自动监测作为环境监测的重要手段，具有自动、连续、高效、全天候等特点，近几年在环境管理和环境安全预警中发挥着越来越重要的作用。目前我国大部分地区都建设了水质自动监测站（以下简称水站），并在一定区域内形成了水质自动监测网络系统。水质自动监测系统的建设运行管理水平直接关系到监测数据的质量，甚至影响环境决策的科学性。影响系统运行的因素很多，既有技术方面的，又有管理方面的，比如仪器设备选型及性能指标、水站建设质量、运行维护技术水平、监督管理水平、质量保证和质量控制、运行经费保障等。笔者结合多年水站运行管理工作经验，从系统建设、运行维护、监督管理、数据应用等方面对水质自动监测系统进行了分析研究。

1 系统建设

系统建设包括现场端水站集成和监控软件平台建设[1～2]，是保障系统正常运行的基础。

1.1 水站集成

1.1.1 智能化原则

目前水站仪器设备选型均能满足水站正常运行的需要，集成技术也在不断改进完善。但是由于大部分水站集成的智能化水平不高，无法及时掌握和了解水站各单元运行状态，无法通过对状态参数正确与否的判断来判定监测数据的有效性，以便对水站出现的异常情况及时作出响应。在物联网技术已得到广泛应用的前提下，将物联网“全面感知”的理念引入水站建设，适当增加水站集成的智能化水平是完全可行的。通过采取对水站现场工控机PLC进行升级改造，以小型服务器代替工控机（增强了其稳定性与兼容性），对水站控制流程进行整合，增加合理的中间变量，对部分不支持状态参数采集的自动分析仪加装传感器的措施，实现了对系统各单元和自动分析仪及数采仪关键节点运行状态参数的全方位调取，监控中心可远程对水站运行状态、报警状态及各仪表参数进行监控，从而以运行状态作为数据有效性判别的主要依据，对数据是否准确自动进行判定，对状态参数超出合理范围的及时进行远程调整，并针对实际情况进行现场维修，有效地保证了水站长期稳定运行和监测数据的准确性。

1.1.2 实用性原则

水站建设由于现场情况复杂，受各种因素影响较大，在建设时需要根据实际情况有针对性地采取必要的技术手段，消除外部因素对水站正常运行和监测数据质量的影响。山东省河流水质差异较大，部分河流水质成分比较复杂，泥沙含量较高，枯丰平各水期水位变化较大，冬季受气温影响冰冻现象时有发生。为解决这些问题，在进行水站建设时采取了以下措施：（1）增加必要的预处理单元，采用非拦截式过滤装置，初级过滤、精密过滤相结合的方法。精密过滤采用旁路设计，根据不同仪表的具体要求选定，既消除干扰仪表分析的因素，又不失去水样的代表性。在此基础上增加超声波换能器装置，利用超声波的空化效应原理，在初级过滤过程中将悬浮物、沙粒上附着的COD、总磷、总氮等成分充分剥离成细小微粒，使之不受多级过滤的影响。同时超声波还具有清洗作用，可有效减少污物附着。经实验，加装超声波换能器装置后，自动监测数据与人工比对数据在误差允许范围内，不会对监测结果产生影响。（2）适当增加系统的反冲洗能力。对采配水单元和预处理单元，在清水反冲、化学试剂清洗和杀菌除藻功能的基础上，增加气洗功能，以加压空气对管路和采样吸头进行自动反冲洗，达到防淤、防藻、无附着的效果。（3）加装保温套管。针对冬季水站的结冰现象，采用阻燃保温材料和电伴热带对采水管路进行加热，反复测试后选择合适的伴热温度，加热后停滞一段时间再进行采样分析，将对样品代表性的影响降低到最小。经比对，自动监测数据与人工比对监测结果没有显著性差异。（4）加装采样泵支架及传感器。采样泵支架可有效防止枯水期水位较低时采集到河流底泥，减少异常数据的产生，延长采样水泵寿命。同时，传感器可将采样水泵与河流底部的距离实时传送到监控中心，方便及时地了解现场端实际情况，适时停运水站或启动人工监测。

1.1.3 统一性原则

尽量统一水站建设标准是保证监测数据可比性与共识性、减少运行维护工作量的有效办法。山东省在水站建设中明确提出“统一监测指标、统一设备调试校正、统一数据传输方式、统一数据确认”的四统一原则。在保证各水站监测指标、仪器设备型号基本一致的基础上，组织研发了具备一点多发、远程反控、自动补传、兼容性与通用性强、大容量存储等多项功能的智能化专用数采仪，全省统一安装，更好地保证了系统联网的顺畅和整体运行效果。

1.2 监控软件平台建设

监控软件平台是水质自动监测系统的中枢，是保证系统运行、管理工作正常进行的关键。在进行水质自动监测系统监控软件平台建设时，重点设计了信息采集传输系统（含监测数据同步软件）、运行状态远程监控与反控系统、监测数据有效性判别系统、监测数据查询与发布系统、水站运行维护管理系统和一站式系统维护管理软件。系统整体采用B/S架构，既可满足远程实时监控、管理的要求，也能够满足管理部门和社会公众的信息需求。同时在监测数据有效性判别系统数据审核环节采用了C/S架构，保证了数据审核确认的统一性。

系统的整体设计思路是[3]：包括系统和仪器关键节点运行状态参数在内的实时监测信息，经数采仪以无线方式（GPRS/CDMA）多极、同步传输至国家、省、市、县各级监控中心。监控中心远程调取系统各单元和仪器设备运行状态参数，判定水站运行状态，对运行状态异常和状态参数设置错误的直接进行远程控制修正。通过监测数据有效性判别系统对异常数据判别、剔除，进行自动和人工审核、分析处理，通过有效性审核的数据存入应用数据库，根据环境管理的需要生成各类图表、报告，并对外发布。通过水站运行维护管理系统实现对水站运营单位运维行为和运行绩效的在线管理，通过一站式系统维护管理软件实现系统信息化动态管理。

2 运行维护

运行维护包括日常巡检维护、比对测试、试剂和备品备件更换、故障维修、年度检修等，是水站正常运行的技术保障。从山东省的实际经验出发，采取社会化、专业化、规模化的运行维护模式是保证运行维护工作顺利进行的有效途径。目前水站的运行维护多采用以水站所在地方为主、专业公司为辅的方式。水站的日常看护、巡检维护全部由地方承担，出现故障时再联系专业公司（一般是承建商）进行维修。这种模式在一定程度上可调动地方工作的积极性，对逐步提高地方水站的监测水平有所帮助，但同时存在不少问题。从技术上说，由于自动站技术含量较高，地方受人员数量、人员素质和技术水平的限制，运行维护不能完全到位。同时对承建商超出质保期后的售后服务行为没有合同约束，其售后服务水平参差不齐，售后服务响应时间滞后，故障无法得到及时维修，预防性检修无法落实。从管理上说，出于地方利益考虑，监测数据用于评价考核地方环保工作成效时，一定程度上存在行政干预现象。从资金上说，受资金条件所限，部分地方不能够将运行费用全部用于自动站维护，备品备件得不到及时更换。

所谓市场化、专业化、规模化运营模式就是第三方运营。运营公司全面负责水站的运行维护，上级环保管理部门负责进行监督管理、组织开展质量保证和质量控制工作，对监测数据进行审核，对运营公司进行绩效考核，水站所在地方负责保障水站通行、水、电、避雷等正常运行所需的基本条件，协助上级环保管理部门对运营单位进行监管。这样的模式可有效调动各方积极性，同时形成相互制约，既保证了水站长期稳定运行，又保证了监测数据准确可靠。在运营公司的选择上，其数量宜少不宜多，以省级专业化集中运营为例，一般2～3家运营公司即可。一是可形成运营规模，节约运营成本，同时给运营公司一定的利润空间；二是可形成运营公司间的竞争机制，提高运营绩效。具体应充分考虑运营单位相应的资质或认证，是否具有相应专业、经过系统专业培训的工程技术人员，是否具备实验室分析能力、水站分析仪器备用机，是否能够在当地设立专业技术服务机构等因素，综合选择技术实力、经济实力、运维规模强大的公司。

3 监督管理

监督管理是保障系统正常运行的关键。通过严格高效的监督管理手段，可以对商业化的运行维护行为起到约束考核和监督比对的作用，提高运行维护效率和监测数据质量，同时形成科学规范的运行管理机制，保障系统长期稳定运行。

3.1 完善监管机制

水站自动监测数据在为环境决策、环境水质安全预警提供科学依据的同时，还可准确反映水质改善程度，对地方政府环保工作成效进行考核。因此在确定监督管理机制时，应充分实行“分级监测、分级管理”的方式，避免地方利益对水站正常运行产生影响。以山东省为例，省级水质自动监测系统共包括59个水站，基本建设在各市出境河流断面之上，其监测数据用于对各市政府“水质改善奖”考核之中。因此按照“统分结合”的原则，省级专门成立了环境监控中心，统一负责水质自动监测系统的建设、运行与管理，统一负责监测数据的审核确认，同时充分发挥市级和县级的骨干与基础作用，协助对运营单位进行监督。省市县三级上下联动，各司其职，保证了各项工作扎实有序的开展，保证了监测数据的准确性与共识性。

3.2 严格绩效考核

水站运行费的支付与水站运行率和自动监测数据准确率挂钩。从设备运行率，数据准确率，比对监测合格率，备品备件更换，巡检，比对与检修完成率与时效性，故障维修及时性，运维记录完整性、准确性等几个方面，采取百分制对运营单位的运维行为进行全面考核，根据考核计分标准，由系统软件按月自动生成各水站运维考核得分，然后按照考核得分情况支付运行费用。对运维考核得分低于80分的不予支付运行费用，对设备运行率和数据准确率均高于90%的给予适当奖励，这不仅有效地增强了运营单位的责任感，调动了运维工作的积极性和主动性，同时还对影响自动监测数据质量的各个环节提出了明确的要求和相应的处罚措施，进一步确保了监测数据质量。

3.3 科学审核数据

人工比对监测是检验自动监测数据质量的重要手段。采取定期比对与随机抽查的方法，对水站自动监测仪器进行比对、校验，实现了人工监测数据与自动监测数据的对接，对超出误差允许范围的自动监测数据按照国家和省有关要求进行修正，对存在误差的自动监测设备及时组织进行调试校正。同时在系统软件平台之上，研发建立了监测数据有效性判别系统[4]，在获取监测数据的同时，获取监测数据的质量码及相关仪器的状态参数，作为数据有效性判别的依据，自动判断提供的值是有效值还是无效值。通过对各监测项目监测结果相关性的自动分析来判断监测数据的合理性[5]，对不符合规律的监测结果进行标示，及时进行人工比对分析，判定数据的真伪。同时按照国家技术规范要求，由系统自动完成缺失数据的处理、无效数据的剔除和异常数据的修正。这样不仅节约了大量人力物力，而且保证了数据审核的规范性与准确性。

4 数据应用

数据应用是系统建设的目的。要使自动监测数据在环境管理中得到广泛应用，充分发挥自动监测的作用，就必须保证自动监测的数据质量。同时自动监测数据的应用，反过来要求不断改进、完善系统的建设运行管理，促进监测数据质量的不断提高。山东省坚定不移地使用自动监测数据进行环境管理和环境决策[6]，各级监控中心每日发布超标快报，一旦发现污染源超排或环境质量超标现象，省、市、县三级监察部门按照联动查处职责分工立即赶赴现场查处。严重超标的，启动应急预案，尽快锁定污染源；在每月召开的全省环境形势分析会上，依据自动监控反映的环境情况，研究部署打好监管“组合拳”，提出解决突出环境问题的有效举措；每月向省、市、县（市、区）党委、人大、政府、政协主要负责人及分管领导，省直有关部门报送、抄送全省重点污染源达标情况和主要水气环境质量状况；所有国控、省控、市控重点监管企业全部应用自动监测数据核定征收排污费等等。自动监测数据的应用已成为自动监测运行管理水平不断提高的动力，充分体现了自动监控系统的环境效益与社会效益，有效地促进了自动监测工作的不断发展与进步。

5 结语

水质自动监测是新形势下环境管理的重要技术支撑，其作用必将更加广泛。监测及技术研究人员应积极探索并不断完善水质自动监测系统的建设和运行管理，不断提高监测数据质量，强化监测数据应用，力争发挥系统的最大效益。

[1]王磊，邓文怡，刘国忠，等.环境水质远程自动监测系统的研究与应用[J].北京机械工业学院学报，2001，16（4）：6-10.

[2]刘红，王悦.关于环境自动监测的系统设计和方案探讨[J].上海环境科学，2001，20（3）：111-112，115.

[3]许杨，万黎，李彦，等.山东省辖城市空气自动监测网运行监控及信息管理系统[J].中国环境管理干部学院学报，2011，21（6）：65-68.

[4]万黎，刘玉，贾坤，等.地表水自动监测网数据自动审核的创新与实践[J].中国环境管理干部学院学报，2010，20（6）：59-62，70.

[5]许杨，李彦，解军，等.水质自动监测系统的质量保证与质量控制[J].山东环境，2003（3）：24-25.

[6]王德明，王兴武，许杨，等.浅议环境自动监测（控）系统建设运行管理[J].中国环境监测，2010，26（6）：3-6.

Environmental Water Quality Automatic Monitoring System Construction and Operation Management

Xu Yang,Wang Lei,Qiu Xiaoguo,Li Hao,Mo Hong
（Environmental Information and Monitoring Center of Shandong Province,Jinan Shandong 250101,China）

Based on Shandong Province environmental water quality monitoring system,this paper focused on the research regarding the core issues of the construction,operation and management of the environment water quality automatic monitoring system,proposed an intelligent,practical,and consolidated systems integration programs and the design ideas of monitoring platform construction,analyzed the necessity for the implementation of social,professional,large-scaled operations,discussed the system regulatory management model based on perfecting the regulatory mechanism,strict performance appraisal and scientific audit data;illustrated the full application of the automatic monitoring data in environmental management.

water quality automatic monitoring；system construction；operation and maintenance；data application；supervision and management

X84

A

1008-813X（2012）03-0066-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.03.019

2012-04-19

许杨（1968-），男，山东济南人，毕业于山东大学分析化学专业，高级工程师，从事环境自动监测及综合评价工作。