江苏省通榆河北延送水工程连云港水质水量自动监测系统设计

雷志祥

(江苏省水文水资源勘测局连云港分局 222001)

通榆河是江苏省实施南水北调的骨干河道，是沿线地区城乡居民的主要饮用水源，也是江苏省沿海开发的重要战略性资源。通榆河北延送水工程利用已经建成的通榆河中段工程，结合实施连云港市疏港航道，增做部分调水工程，增加一条向连云港市输送水源的新通道。为监测调引水进入连云港境内沿线水质水量实况，在连云港境内建设了水质水量自动监测系统，监测系统由灌河泵站水质水量自动监测站、盐河北闸水量自动监测站、刘顶水质水量自动监测站及凤凰嘴水质水量自动监测站、江苏省水文水资源勘测局中心站和连云港分中心等组成。

1 系统概况

灌河泵站水质水量自动监测站位于盐城、连云港两市接壤处，水质监测按一类站设站标准建设，用于监控进入连云港市境内的调水水质水量实况。盐河北闸水量自动监测站为灌南、灌云两县控制断面，用于监控调水经灌南县后能够入灌云县内的水量实况。刘顶水质水量自动监测站临近连云港市蔷薇河饮用水源区，水质监测按一类站设站标准建设，用于监控调水最终能够补给连云港市饮用水源区及入赣榆县域内水质水量实况。凤凰嘴水质水量自动监测站位于连云港疏港航道末端，水质监测按一类站设站标准建设，用于监控疏港航道末端水质水量实况。

各个监测子站以GPRS 通讯方式，利用现有公用网络资源，将各个监测子站水质水量实时监测数据、站内实时视频以及水质水量系统运行状态传输至省中心站和连云港分中心。省中心站和分中心均可对各水质自动监测站进行远程监控和管理。

2 水质水量监测子站建设

监测子站主要布设于市界、县界控制断面，每个监测子站的站点选址，必须保证水样的代表性。

监测子站的设计包括以下内容。

2.1 水质系统工艺流程(采水、预处理、清洗反冲、控制、数据传输、环境控制等单元)

采水单元采用的是取水浮筒和自吸水泵配合的方式。

预处理单元采用的是两级过滤的方式，取水口处进行粗过滤。在预处理单元的沉沙池内，利用过滤膜进行精过滤，过滤孔径需要参照水质仪表的要求。

清洗反冲采用的是无油空压机和电动球阀配合的方式，保证每个水质自动流程结束后，管路中没有残余的水样，保证了下个流程中不会用到上个流程的水样，同时保证了冬天管路内部不会结冰。

控制单元采用的是PLC 和触摸屏，PLC 保证了整个水质流程的准确性、可靠性，触摸屏提供更加贴近用户的操作界面。

数据传输单元采用的是基于1inux 系统的数据采集传输服务器，可长时间稳定运行。

环境控制单元主要包含空调、温湿度控制设备，控制监测子站站内的温湿度，为水质监测设备的正常运行提供保证，延长监测子站内设备的使用寿命。

2.2 水量系统工艺流程

水量系统采用的是超声波流量计等设备，用于实时监测河流的流量、流速、水位，水量系统的数据也是通过数据传输单元实时传输至中心站。

2.3 水质水量监测部分的配套设施建设

水质监测部分的配套设施主要是取水单元部分，包含取水浮筒的支架和栈桥，保证了无论是在枯水期还是丰水期，均可正常进行水样采集。

水量监测部分的配套设施主要指的是超声波流量计的安装支架，保证超声波流量计安装的方便。

2.4 监测子站监测的水质参数

监测的水质参数主要包含溶解氧、pH 值、电导率、浊度、氨氮、高锰酸盐指数、总磷、总氮。

3 中心站建设

中心站的硬件设备主要为:IBM-X3650M2 服务器。

软件采用的是HNS2000 水质水量自动监测系统中心站软件。

3.1 数据传输模式

中心站和监测子站的通讯采用平衡式传输方式，采用3 级链路服务级别的数据模式。

a.发送/无回答。由中心站向子站发送广播报文。

b.发送/确认。由中心站向监测子站发送控制命令、设置参数。

c.请求/响应。由中心站向子站召唤采样数据或事件信息。

通过以上数据模式，完善了中心站和监测子站信息数据的交互。

3.2 水质水量自动监测系统中心站软件功能

a.数据自动传输。中心站和监测子站的数据自动双向交互传输。

b.全方位报警。报警内容包括子站测值越限，试剂缺量，设备故障，通讯故障。报警的方式为语音、文字、日志、短信。

c.系统诊断。监测子站每个周期初进行自诊断，确认系统完好。监测子站的主泵发生故障时，自动切换备用泵。监测子站断电自动切换到UPS 不间断电源，来电自动恢复。

d.中心站远程监控。在中心站软件系统上，实时显示各个子站的地理信息和实时水质、水量数据，显示各个监测子站设备状态，以及远程启动监测子站的水质测试流程。

e.数据管理。数据管理功能包括数据统计(日报表、月报表、年报表)、数据查询(按时间段、按站名站号、按监测项目)和数据备份。

f.数据分析。自动对数据的有效性进行判断，能判断水质类别，首要污染物、污染指数和各指标的超标情况，能根据业主要求进行数据处理，可以进行不同时段的数据对比。

具有对监测数据进行自动统计、分析、合理性检查，对异常数据进行提醒的功能。具有数据接收、监控、信息查询服务的功能。

根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)协议，对水样进行等级分析。

g.配置下载。监测子站采样间隔设置:中心站根据监测子站水质数据的实际情况，决定是否加大或者降低监测频率。

报警限值设置:中心站根据需求，设置水质分析仪的报警上下限。

h.权限设置。根据业主要求，对登录系统的人员进行分类，以满足各种不同需求。

4 水质水量仪表选型

4.1 多参数分析仪

a.设备选型。选用的是多参数分析仪(含电极)，对溶解氧、pH 值、电导率、浊度等四个参数进行实时监测。

b.监测参数:

溶解氧(DO):代表溶解于水中的分子态氧。水中溶解氧是反映水体质量的重要指标之一，含有有机物污染的地表水，在细菌的作用下有机污染物质分解时，会消耗水中的溶解氧，使水体发黑发臭，会造成鱼类、虾类等水生生物死亡。在流动性好(与空气交换好)的自然水体中，溶解氧饱和浓度与温度、气压有关，0℃时水中饱和氧气含量为14.6mg/L，25℃时为8.25 mg/L。水体中藻类生长时由于光合作用产生氧气，会造成表层溶解氧异常升高而超过饱和值。

pH 值:表征水体酸碱性的指标，pH 值为7 时表示为中性，小于7 为酸性，大于7 为碱性。天然地表水的pH 值一般在6～9 之间，水体中藻类生长时由于光合作用吸收二氧化碳，会造成表层pH 值升高。

电导率:以数字表示溶液传导电流的能力。电导率越小，水体越干净，电导率越大，水体越脏。

浊度:是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中的悬浮物一般是泥土、砂粒、微细的有机物和无机物、浮游生物、微生物和胶体物质等。水的浊度不仅与水中悬浮物质的含量有关，而且与它们的大小、形状及折射系数等有关。

4.2 氨氮分析仪

a.设备选型。选用的是Amtax inter 2 设备，测量范围是0.1～20mg/L。

b.监测氨氮参数。通榆河水中氨氮的来源主要为经过县城的生活污水以及地表径流(主要指使农田使用的肥料通过地表径流进入河流、湖库等)。氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。

4.3 高锰酸盐指数分析仪

a.设备选型。选用的是COD-203 设备，测量的范围为0～20mg/L。

b.监测高锰酸盐指数。高锰酸盐指数是衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。高锰酸钾(KMnO4)法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较值及清洁地表水和地下水水样时，可以采用。重铬酸钾(K2Cr2O7)法，氧化率高，再现性好，适用于废水监测中测定水样中有机物的总量。

4.4 总磷总氮分析仪

a.设备选型。选用的是NPW-150 设备，总磷的测量范围为0～2mg/L，总氮的测量范围为0～5mg/L。

b.监测总磷。水中磷可以元素磷、正磷酸盐、缩合硫酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐和有机团结合的磷酸盐等形式存在。其主要来源为生活污水、化肥、有机磷农药及近代洗涤剂所用的磷酸盐增洁剂等。磷酸盐会干扰水厂中的混凝过程。水体中的磷是藻类生长需要的一种关键元素，过量磷是造成水体污秽异臭，使湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮的主要原因。

c.监测总氮。水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一。其测定有助于评价水体被污染和自净状况。地表水中氮、磷物质超标时，微生物大量繁殖，浮游生物生长旺盛，出现富营养化状态。

4.5 水量分析仪

a.设备选型。选用的是Channe1 Master 型H-ADCP 设备，用于河流和明渠流速、流量实时监测的声学多普勒仪器。

b.测量的参数。有流量、累计流量、流速、平均流速、水位、水温等。

5 结 语

江苏省通榆河北延送水工程凤凰嘴等水文站水质水量自动监测系统建设项目是一个以在线水质自动分析仪器为核心，运用现代自动监测技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和现代通信网络所组成的综合性的在线自动监测系统。该项目作为一个综合数据平台，对我国今后在生态建设、水资源调度、洪水控制、水库调度、水质保护、水量水质同步在线监测等方面的研究都将起到积极有效的建设作用。

1 《水质在线自动监测技术与运营管理实务》编委会.水质在线自动监测技术与运营管理实务［M］.北京:中国标准出版社，2009.

2 曾永，等.水质监测新技术与实践［M］.郑州:黄河水利出版社，2006.