拉萨河水量水质水生态同步监测站组建与运行

邱 勇 谢述清 金 玲

（1.西藏自治区水文水资源勘测局阿里分局，西藏阿里 859000；2.西藏自治区水文水资源勘测局林芝分局，西藏林芝 860100；3.中国水利学会，北京 100053）

随着社会经济持续发展，人类对自然界的影响逐步增强，包括水环境在内的整个生态环境质量呈下降趋势，河流面临着变化中的生态环境问题。开展西藏水量水质水生态同步监测这项基础工作，对于保护、促进高原生态环境建设具有十分重要的意义。

1 背 景

拉萨河（Lhasa River）是中国西藏自治区河流。藏语称吉曲。河流发源于念青唐古拉山南麓，西南流经拉萨市，至曲水县汇入雅鲁藏布江。下游河谷开阔，是西藏的主要耕作区。

整合现有监测技术建设拉萨河水量水质同步自动监测站，开展拉萨河水文与水质同步监测；进一步摸清拉萨河高原水体特征，全面掌握拉萨河水文与水质在不同水位级及涨退水面条件下的动态变化规律；取得宝贵的原型监测资料，可以为开展高原河流水文水生态研究奠定基础，为高原生态经济区建设和社会发展提供行业服务。

2 自动同步监测地点选择

水量水质自动监测站选址在拉萨河边水文水资源勘测局院内，因其在水文断面位置，有极好的水文水生态代表性，是开展拉萨河水文水生态实验研究的理想场所。

自动监测站实现了水量、水质等项目的自动采集与分析。主要监测项目有：雨量、水位、气温、水质常规6项、高锰酸盐指数(CODMn)、总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮、总有机碳（TOC）、等理化指标十多项[3]，并通过GPRS、卫星小站两套通讯系统实现数据自动存储、自动传输至西藏水文值班系统。主要专项监测设备系国外引进，加上国内配套通信传输设备实现了监测站系统集成。

3 水量自动监测

主要是水位雨量监测，雨量计应用翻斗式遥测雨量计，水位应用雷达水位计，这些是目前成熟应用技术。

4 水质自动监测

4.1 常规6参数自动分析仪

常规6参数自动分析仪由测试系统 IQ Sensor Net 以叠加方式组成。不同模块与传感器之间采用数字信号进行通讯。连接的传感器有pH/温度、ORP、DO、电导、浊度传感器等不同类型，同时测量显示这6种参数。其中浊度传感器采用内置超声波清洗技术，确保长时间工作的稳定性和准确性。IQ Sensor Net测试系统通讯协议为 MODBUS，防护等级为IP66。各传感器特性如下。

4.1.1 pH/水温自动分析仪(SensoLyt700 IQ+SensoLyt SEA)

pH分析方法：玻璃电极法，参照GB6920-86标准。以玻璃电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极组成电池。在25℃理想条件下，氢离子活度变化10倍，使电动势偏移59.16MV，根据电动势的变化测量出pH值。

测量范围：0.00～14.00 pH。

分 辨 率：0.01 pH。

测量精度：±0.01 pH。

温度补偿：0℃～60℃ 利用温度传感器自动进行温度补偿。

内置水温分析方法为温度传感器法。

测量范围：-5℃～60℃ 。

准确度：±0.5 ℃。

分辨率 ：0.1℃。

4.1.2 ORP自动分析仪(SensoLyt 700 IQ+ SensoLyt PTA)

测量范围：-2000MV ～+2000 MV 。

分 辨 率：1 MV 。

测量精度：± 1 MV 。

温度补偿：0℃～60℃ 利用温度传感器自动进行温度补偿。

4.1.3 电导率自动分析仪（TetraCon 700 IQ）

电导率分析方法：四极式电极法，当两上电极插入溶液中，可测出两电极间的电阻 R，根据欧姆定律求出电导率。

测量范围：10µS～500 MS/cm(量程全自动切换)。

分辨率：0.01 µS/cm。

测量精度：±0.5 %F.S。

温度补偿：内置地表水非线性温度补偿功能。

4.1.4 浊度自动分析仪（VisoTurb 700 IQ）

浊度分析方法：90度光散射比浊法，参照GB13200-91标准。通过探头内置的LED灯源，发出光波，通过待测样品产生了折射和反射，接收装置感测光源变化情况，从而得出样品浊度数值。

测量范围：0～4000 NTU(量程全自动切换)。

分辨率：0.001～0.1NTU(根据量程不同，分辨率不同)。

测量精度：±1 NTU。

准确度：±1% 。

内置超声波自动清洗功能；具有电极自检功能，可监测光学镜片的污染情况和清洗系统的性能并报警。

以上各传感器防护等级均达IP68，信号输出均为4-20MA, RS 232以及MODBUS通讯协议可选。

4.2 高锰酸盐指数分析仪

日本高锰酸盐指数分析仪，测定方法为高锰酸盐氧化还原法，符合GB11892-89标准。

设备性能：被测水样和化学试剂全部采用注射泵进行采样和计量；采用八连切换阀，结构紧凑，管路分明，理念清晰，不易损坏。双白金电极电位差控制注射泵的滴定，特征信号明显，控制精确，以少量的试剂，可进行长时间的连续测定。大型液晶触摸式显示屏界面操作方便。

测定范围：0.0～20.0mg/L 。

准确度：±2% F.S.。

再现性≤±2% F.S.。

最低检出限：0.5 mg/L 。

最小测定周期：≤60min 。

输出信号：4-20MA,RS232或MODBUS通讯协议。

4.3 总磷总氮分析仪

基于Linux操作系统的总磷总氮分析仪，内置高精度双光束光度计保证分析值的稳定性和精确度，支持所有通用接口如 USB/ RS232 /LAN/ProfiBus /Modem ( ISDN , GSM )，图形化用户触摸屏界面和丰富的教学程序与触摸屏的结合，对仪表的学习和应用简便。

仪表采用模块化设计与组装：诸如泵、光度计（比色池光程5/10/20/50mm可选）、LED 灯源等，维护更换方便。

仪器校准方式：手动、自动。

测量间隔周期：可任意设定，可由外界触发。

数据记录/传输：自带内存（一年数据）。

数据可用USB下载以及远程网络传输。

数据显示：触摸屏图形化显示，测量结果、测量状态、时间显示，测量结果表格或图形化显示，并在时间区段内进行统计（最大、最小、平均）。

4.3.1 总磷测验

测量原理：酸性过硫酸钾紫外加热消解，钼蓝比色法测量。

测量范围：0～0.2/0.5/6mg/L。

检测下限：0.001 mg/L(原装试剂，50mm比色池)。

测量分析时间：28min。

精确度：优于3%；重现性：优于5%。

4.3.2 总氮测验

测量原理：碱性过硫酸钾紫外加热消解，紫外分光光度法测量。

测量范围：0～5mg/L 。

检测下限：0.10 mg/L（原装试剂10mm比色池）。

测量分析时间：28min 。

精确度：优于3% 。

重现性：优于5% 。

4.4 其他水质分析及辅助仪器

其他水质分析仪器还有氨氮、总有机碳（TOC）等自动分析仪器等，监测站配置了留样装置，用于水样超标留样，供二次检测或送检分析、人工复核。

5 集成应用

5.1 自动取水单元

拉萨河水位变化幅度大， 采用管道埋设到河道最低水位以下采水。

取水单元包括取水泵（潜水自吸泵）、取水管道、压力流量控制阀、样品前置过滤系统、保温配套装置、航道安全设施、取水管道反冲洗装置等。

5.2 自动同步控制

计算机是集成和同步监测应用的核心设备，通过编程控制，一台工业控制计算机同步监测站上所有仪器仪表，完成遥控协同动作。

因水量水质水生态监测站设备来自不同的国家和厂商，设备工作模式和数据通信协议均不相同，工业控制计算机配置不同类型的通信接口来适应各个自动监测仪表的数据交换需要。

为了实现同步监测，一台可编程逻辑控制器用于系统辅助控制，包括自动抽水、进样、沉淀、仪表供水、排水、冲洗、除藻，吹干等辅助操作。

现场计算机控制软件为组态软件，同时测控数据通过光纤传输到水文站数据服务器，再通过GPRS和卫星传输到水文局。

5.3 数据查询应用

水文站数据服务器部署了数据库和查询网页，供水文业务操作员随时查询水量水质水生态同步监测数据。数据查询应用实例如图1和图2。

图1 实时数据表格查询

图2 同步监测数据查询

图3 参量过程线查询

6 结 论

拉萨河水量水质自动监测站已经投入试运行,提高河流水体同步监测能力和效率，监测站已成为自治区水环境实验监测研究基地的一部分，推动了西藏水文生态监测向技术更先进、监测项目更多元化发展。

[1]Wang,C.L.,Xing,D.,Chen,Q.:A novel method for measuring photosynthesis using delayed fluorescence of chloroplast.–Biosensors Bioelectronics 20:454-459,2004

[2]地表水和污水监测技术规范HJ/T91-2002