《地表水质远程监控系统的构建.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地表水质远程监控系统的构建.pdf（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第二部分水文水 资源监测4朋地表水质远程监控系统的构建余明星刘辉刘成杨旭光娄保锋(长江流域水环境监测 中心,武汉 4 300 10)摘要地表水质远程监控系统的建设已成为水质监测现代化发展的必 然要求,我国正在逐步试点和推广。本文分析了水质远程监控系统的概念和国 内外发展现状,探讨了地表水水质监控系统构建框架、功能设计、视频监控、参数选取和组织管理问题,并以长江流域为例,介绍了地表水质远程监控系统建设情况,以期 更好地推动水质监控系统的建设与发展。关键词水质远程监控系统;构 建;水质 自动监测1地表水质远程监控系统概述水质直接关系到区域可持续发展和水资源 的综合利用,水质实时监控则是水资源管理的
2、耳目和依据 l j。地表水质远程监控系统目前尚未有明确的定义。一般认为是以水质 自动监测系统(Wa te rQu alityMo nito ringSystem,WQMS)为核心,通过在一个水系或一个地区布设若干个有连续 自动监测仪的监测站,并由一个中心站控制若干个子站,实时监测水质污染综合指标和特定指标,获取监控现场视频,实现对水体水质状况进行远程实时监控的系统总称。地表水质 自动监控系统是2 0世纪 7 0年代发展起来的,在美国、日本、英国等国已有相当规模的应用,并被纳人网络化的“环境评价体系”和“自然灾害防御体系”2,3,。2 0世纪 9 0年代末期,我国水利系统和环保部门相继在全国部分
3、重要水系建立了一些水质 自动监测站。如中国环境监测总站在松花江、辽河、海河、淮河、黄河、长江、珠江、太湖、巢湖和滇池等主要江河流域、湖泊建成7 2个水质 自动监测站圈;此外,在大型的水利工程中也将水质自动监测站作为配套系统进行建设,如东深供水工程和南水北调中线工程建成的水质 自动监测系统 e.7口。2地表水质远程监控系统设计2.1系统构建水质远程监控系统总体框架区分为内部系统结构和外部系统结构。具体又细分为四个层级,其中现场站级、托管站级、监控中心级组成内部系统三个层级;外部系统主要为上级主管和社会公众级,为第四个层级。总体框架结构见图1。第一级为现场站,主要由水质监测仪和摄像仪组成,建于代表
4、J性的水域,实时采集水质、视频等信息。第二级为托管站,每个现场站均 由一个当地水质监测机构托管维护与管理,控制系统建设于该机构中。第三级为监控 中心,通过In t e rn et有线网与多个托管站相连,获取各托管站上报数据;同时,监控中心也与各现场站通过有线或无线网络互联,实现与托管站共同远程管理和监控;监控中心还通过In te rn et网负责与公众和上级主管部门的联系,因此监控中心 是系统的核心部门,是信息汇总、实时监控与信息发布的中心。第四级为普通公众和 上级行政主管部门,通过与监控 中心 连接获取水质监控信息。水质、视频等数据经信息采集传输系统上传至监控中心,存储于数据库服务器中的相应
5、数据库。监控 中心内部建立于计算机网络平台上,连接有数据库、数据库服务器、Web服务器和主服务器等硬作者 简介:余明星(198 2一),男,湖北广水人,硕士,工程师,主要从事水环境监测与科研工作。E-ma i l:y u_mx16 3.c om500中国水文科技新发展件设施设备,为水质监控管理软件平台系统提供支撑。软件体系包括控制子系统和数据处理分析子系统、信息发布子系统,并通过监控中心监控大屏幕显 示上传的实时信息,获得直观的效果。监控人员、决策领导、上级主管部门还 可通过监控中心软硬件平台得到很好的交互。社会公众也可及时获取政府发布的环境信息。数据库服务器建设有地理空间数据库、水质数据库、
6、视频数据库以及其它可能的数据库,与信息采集系统和信息传输系统一起构成整个监控系统的支撑层。其中地理空间数据库为其它数据提供空间定位支持、是水质等数据可视化的空间定位基础,对监控决策起到重要的辅助作用。图l地表水质远程监控信息系统总体框架结构图2.2系统功能地表水质远程监控系统具有以下7方面基本功能需求:水质信息实时采集传输存储、现场视频服务、水质数据统计评价、预警报警、地图服务、远程反馈控制和信息发布。因此,水 质远 程监控系统需要具备6大基本功能,分别为水质信息、视频信息、地图 服务、远 程控制、信息发布和系统设置,详见图2。2.3监控参数水质自动监测仪器仍在发展之 中,欧、美、日本、澳大利
7、亚等国均有 一些专业厂商生 产。目前,较成熟的常规项目有:水温、pH值、溶解 氧(D()、电导率、浊度、氧化还原电位()RP)、流速 和水 位等因。常用的监测项目有:C()D、高锰酸盐指数、T(芜、氨氮、总氮、总磷。其它还有:氟化物、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、氰化物、硫酸盐、磷酸盐、活性氯、T()D、B()r)、UV、油类、酚、叶绿素、金属离 子叻口第二部分水 文 水资源监测5 01水质监控管理信息系统系统设置信布息发远程控制地服图务视频信息水质信息权限管理用信户息管理动态新布发闻质水数据发布水质监测仪控制像摄仪控制据数可视化显示层图管理水域浏览监控信点息管理历信史放息回实信显时息示质水数据处
8、理水质报普实监测时高级控制管路清洗反冲泵点位管点 理位查询自定义报表类评别价统计析分报苦设置实时报普理处报普记询录查类分数据显示实时数据显示图2地表水质远程监控系统功能逻辑图六价铬)、藻类测定仪(荧光法)、生物综合毒性测定仪等。选取的水质参数应有时空代表性才能真实反映水体的特征。在实际应用中总是根据需要和可能,保证重点,选择性的确定所需项目。应根据污染源的不同,选取危害大、出现频率高的污染物作为监测对象囚。2.4视频监控视频采集传输系统由现场摄像仪采集视频信息后,通过视频控制器向现地控制系统显示或接受指令,同时将数据传输到视频服务器上,网络上用 户 可以直接用浏览器观看 We b服务器上的摄像
9、仪图像,授权用户还可以控制摄像仪、云台、镜头的动作或对系统配置进行操作。2.5系统组织与管理水质远程监控系统组织与管理,本着充分利用现有资源、避免重复建设、多部 门共同合作以及共建共管的原则,组成水质监控网络。监控中心设于流域或省级监测机构,并分别与现场站建设的当地涉水机构组成协作单位,与各 自所辖现场站共建共管,并将当地机构作为托管站。3长江流域地表水质远程监控系统建设实例目前,长江流域水资源保护局监控 中心已基本完成了第一期建设,已将局属各水质自动监测现场站与监控中心形成对接,并将逐步扩大现场监控站接人范围,最后建成流域地表水质远程 自动监控系统。系统具有监测项目超标及现场站状态信号显示、
10、报警功能;自动运行、停电保护、来电自动恢复功能;利用现有通讯网络,实时地将仪器的测量结果、系统运行状况、各台仪器的运行状况、系统日志、系统故障、仪器故障等信息经过现场站控制管理系统 自动传送到监控中心,并可接受监控中心发来的各种指令,实时地对整个系统进行远程设置、远程清洗、远程紧急监测等控制。现场站主要收集各种状态信息和各分析仪器的监测数据,并进行分析处理,将最终的结果信息通过有线网络或无线网络传送到监控中心。监控中心 主要在远程终端通过控制程序对水质现场站进行管理,开展数据备份、水质评价、现场站 运行状态评估、远程控制(监测 因子、监测时间、频次调整、清洗)以及系统故障诊断等工作。当前,长江
11、流域水资源保护局已建成水质远程自动监控现场站1座,合作建设地表水质现场监控站1座,试点建设简易浮船式省界自动监控站1座,在建省界水质自动监控站2座,筹建省界水质 自动监控站n座,后期规划建设省界水质自动监控站 2 0座。20 06年,长江流域水资源保护局建成了三峡兰陵溪水质自动监测站,这是流域机构在长江干 流印2中国水文科技新发展上建设的第一个水质远程自动监控站。它以在线自动分析仪器为核心,结合现代自动监测技术、自动控制技术、计算机应用技术组成一个综合性的实时自动监控系统。自动监测现场站配备C()D分析仪、氨氮分析仪、总磷分析仪、总氮分析仪、溶解氧采样器等一系列水质监测仪器设备,监测项目包括水
12、温、pH值、溶解氧、浊度、电导率、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮以及叶绿素、藻蓝素共n项;同时配备了视频监控系统,可实时向监控中心传输现场视频信息。该水质 自动监测现场站可将各监测仪器的监测数据传输至控制单元,随时获取该系统实时监测 的数据和统计处理监测数据,并可做出日、周、月、季、年平均数据、最大值、最小值等的统计报告及图表(棒状图、曲线图、多轨迹图、对比图等),并可输人数据库。此外,现场站的控制单元可收集并长期存储指定的历史监测数据,也可观察各种仪器的运行状态。现场站每隔4h向位于武汉的流域监控中心实时在线自动传输有关水质分析数据。三峡兰陵溪水质自动监测站的建成与运行,进一步加强 了三峡库
13、区水质监测工作,提高了水质监测现代化水平,促进了库区水污染预警预报工作的开展,并为库区的水资源保护和管理提供科学依据,较好地为流域重点水域的水资源管理提供服务。长江流域水资源保护局还合作建立了宗关水文水质 自动监测站。该水质监测现场站具有气温、风向、风速、日照强度、相对湿度等基本水文气象信息测报及水温、浊度、叶绿素等基本理化指标测定功能,能通过太 阳能电池板直接经卫星发送与接收监测数据。该站为汉江武汉段水华的预警监测以及水华发生的机理研究积累了大量数据,为汉江下游水华相关研究提供了一种较好的技术手段。此外还试点建设了省界丹江口荆紫关浮船式水质自动监测站,该现场站采用全探头监测的方式,可开 展水
14、温、pH、溶解氧、电导率、浊度和叶绿素等6项参数的实时监测,实时掌握水质状况及动态变化趋势,实现水质预测、预警以及趋势分析,提高了省界断面水质监测及水污染事件应急处理能力。“十二五”期间,根据国家水资源管理系统建设总体要求,长江流域规划建设省界(缓 冲区)水质 自动监测站 3 3个,其 中朱沱和台子 山断面水质 自动监测站为在建站,规划新增水质 自动监 测站3 1个,初步形成长江流域省界(缓冲区)水质 自动监控体系。201 2年,长江流域启动了第一期格里坪、武胜、鹿角沱等n个省界(缓冲区)水质 自动监测站建设工程。水质自动监测站配置多参数在线分析仪、总磷在线分析仪、氨氮在线分析仪、高锰酸盐指数
15、在线分析仪、总氮在线分析仪、氟化物在线分析仪、重金属(镐、铅)在线分析仪、UV水质光谱扫描仪和水质综合毒性仪等仪器。通过对H个重点省界水质自动监测站的建设,可增强流域机构对长江流域重要省界(缓冲区)的监督监控能力,有效增强流域机构的省界水质远 程监控能力,在水质评价、水质预警预报、水体水污染事故快速反应等方面将发挥重要作用,为管理和决策部门提供有力的数据支撑,有助于预防和减轻水污染事故带来的社会、经济、环境损失。4结语近年来,突发性水污染事故时有发生,对用水安全造成了严重威胁。水质监测要树立为监督管理服务的宗旨,加快信息化和自动化建设,逐步建立“常规监测与 自动监测相结合、定点监测与机动巡测相
16、结合、定时监测与实时监测相结合,加强 和完善监督性监测”的水质监测新模式,形成一个技术先进、功能完备、反应迅速、覆盖江河流域的现代化监测体系,为监督管理提供及时、准确、动态的水质信息服务。地表水质远程监控系统的建设已成为水质现代化监测的必然要求,可以实现实时、在线、连续和同步监测,从而大力提高水质监测系统的机动、快速反应能力和自动测报能力,并实现逐步由传统水利向现代水利的迈进,以更好地保护好水资源,维护好河流健康。参考文献 习黄茁,曹小欢.流域管理中水 质监控技 术发展探讨仁J.长 江科学院院报,2009,26(2):l一42董福来,王栋枝,徐淑英,等.国外城市污水工业污染源排放 总量控制 系
17、统述评J.环境 保护 科学.1”1,t7(2):2 124第二部分水文水资源监测印33王丽伟,黄亮,郭正,等.水质自动监测站技术与应用指南M.郑州:黄河水利出版社,2。8巨4 曾勇,陈希媛,渠康,等.水质监测新技术与实践仁M.郑州:黄河水利出版社,20065 翟崇治,向洪.地表水 水质自动监测系统概论M.重庆:西南师范大学 出版社,20066白俊泽.东深供水工程水质 自动监测系统简介J.水利水文自动化,1998(2):3 2一3 5仁7吴光红,李万庆,郑洪起等.南水北调中线工程输水干线水质监测站网规划J.水资源保护,2005,21(3):2 2一2 48禹雪中.数字流域中的水环境信息化关键技术J.水利水电技术,200 3,34(4):4 74 99邵青,邹晓琼.数字水质监控 系统J.中国农村水利水 电,2。3(11):2 72 9