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     河湖長(zhǎng)制水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)及動(dòng)態(tài)展示、污染排放追溯管理以及對(duì)水質(zhì)變化進(jìn)行分析研判，實(shí)現(xiàn)區(qū)域河湖水質(zhì)精細(xì)化管理為目的，同時(shí)通過(guò)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)，建立追根溯源和水質(zhì)水量預(yù)報(bào)調(diào)度體系，及時(shí)掌握河湖重點(diǎn)區(qū)域水質(zhì)變化、污染成因，形成水質(zhì)改善調(diào)度方案，預(yù)測(cè)水環(huán)境變化趨勢(shì)，便于各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)轄區(qū)內(nèi)水質(zhì)實(shí)時(shí)情況、污染排放追溯管理以及對(duì)水質(zhì)變化進(jìn)行分析研判，實(shí)現(xiàn)區(qū)域河湖水質(zhì)精細(xì)化管理的目的。

一、系統(tǒng)介紹

本項(xiàng)目擬采用的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源系統(tǒng)是杭州希瑪諾（SIGMARO）光電技術(shù)股份有限公司聯(lián)合浙江大學(xué)歷時(shí)十余年共同研發(fā)出的一款高集成多光譜水質(zhì)在線快速分析系統(tǒng)，集水質(zhì)監(jiān)測(cè)、污染預(yù)警、污染溯源于一體，是新一代應(yīng)對(duì)水污染、保護(hù)水資源的利器。

該系統(tǒng)采用了國(guó)際領(lǐng)先的多源光譜融合分析技術(shù)，將紫外／可見(jiàn)（UV/Vis）吸收光譜、熒光發(fā)射光譜（FL）和拉曼（Raman）光譜對(duì)水質(zhì)的分析結(jié)果進(jìn)行有機(jī)融合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)/化學(xué)需氧量等多種水體有機(jī)物綜合指標(biāo)的準(zhǔn)確測(cè)量，突破了以往光學(xué)法水質(zhì)分析儀表分析精度低、抗干擾能力差的技術(shù)瓶頸，顯著提升了水質(zhì)在線分析性能。該技術(shù)能承擔(dān)水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警工作，最高監(jiān)測(cè)頻率可達(dá)到每5分鐘測(cè)量完畢并數(shù)據(jù)上傳一次，24小時(shí)無(wú)間斷，無(wú)需人員看管，在應(yīng)對(duì)水體突發(fā)性污染事件中，能夠做到及時(shí)預(yù)警并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉污染變化情況。而在多源光譜融合分析技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生出來(lái)的多源光譜聯(lián)合溯源技術(shù)，利用在水質(zhì)測(cè)量時(shí)生成的光學(xué)圖譜進(jìn)行特征污染物識(shí)別和匹配，能夠?qū)σ伤莆廴驹催M(jìn)行相似度排查，大大提高水環(huán)境管理效率。利用多種光譜法進(jìn)行聯(lián)合溯源，可克服單種光譜法溯源過(guò)程中無(wú)法避免的信息缺失，獲得更高的準(zhǔn)確度。

該系統(tǒng)由光學(xué)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、輔助安裝系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通訊傳輸系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。其中光學(xué)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)模塊、預(yù)警模塊、溯源模塊和邊緣計(jì)算模塊；輔助安裝系統(tǒng)均采用戶(hù)外無(wú)站房模式，具體安裝方式根據(jù)實(shí)際情況可有多種選擇；為偏遠(yuǎn)電力不足地區(qū)考慮，供電系統(tǒng)特別增加了太陽(yáng)能供電選項(xiàng)，有效降低了監(jiān)測(cè)站對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境的要求；通訊傳輸系統(tǒng)可兼容包括GPRS、CDMA、BDS、IoT在內(nèi)的多種通訊協(xié)議，充分滿(mǎn)足客戶(hù)要求；安全防護(hù)系統(tǒng)包括護(hù)欄護(hù)桿、防雷電裝置、防盜裝置、視頻監(jiān)控等，可按照客戶(hù)要求和監(jiān)測(cè)站周邊環(huán)境進(jìn)行適配選擇。

 

二、多源光譜融合分析技術(shù)介紹

目前常用的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分為兩種技術(shù)路線：光學(xué)法和化學(xué)法。本項(xiàng)目采用的多源光譜融合分析技術(shù)（光學(xué)法），是國(guó)家高技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃（國(guó)家863計(jì)劃），科技部重點(diǎn)項(xiàng)目的研究成果，為《水利部先進(jìn)實(shí)用技術(shù)重點(diǎn)推廣指導(dǎo)目錄》、《全國(guó)河湖長(zhǎng)制適用技術(shù)指南》、《全國(guó)河長(zhǎng)制湖長(zhǎng)制適用技術(shù)細(xì)則》重點(diǎn)推薦的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)之一。

以下就兩種水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的各項(xiàng)情況列表進(jìn)行對(duì)比。

（一）在線監(jiān)測(cè)性能對(duì)比

水質(zhì)在線分析技術(shù)	傳統(tǒng)化學(xué)法	光學(xué)（多源光譜融合）分析法
參數(shù)數(shù)量	單機(jī)只能測(cè)量單一的有機(jī)物綜合指標(biāo)COD。由于不同測(cè)量參數(shù)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程不相同，因此單機(jī)設(shè)備不能測(cè)量多個(gè)有機(jī)物綜合指標(biāo)。	單機(jī)可同時(shí)測(cè)量COD、BOD、TP、TOC、TN、CODmn、pH、DO、TDS、TC、NH3-N、葉綠素a、藍(lán)綠藻等多項(xiàng)指標(biāo)。
測(cè)量時(shí)間	標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量時(shí)間為120分鐘，快速消解（3-100分鐘）將導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)不完全，誤差加大。	最小測(cè)量時(shí)間為5分鐘。
測(cè)量精度	符合或優(yōu)于《地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ 915-2017）	符合或優(yōu)于《地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ 915-2017）
二次污染	測(cè)量過(guò)程中需使用重鉻酸鉀、硫酸銀、濃硫酸、硫酸汞等有毒試劑，測(cè)量后廢棄水樣泄漏將導(dǎo)致二次環(huán)境污染。	無(wú)需任何試劑，無(wú)二次污染。
運(yùn)行成本	日常運(yùn)行需使用各種昂貴的分析試劑，因此分析費(fèi)用較高，每年總計(jì)可達(dá)設(shè)備總價(jià)值的20%以上。	除少量電費(fèi)與通訊費(fèi)（如數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳）外，無(wú)日常運(yùn)行費(fèi)用。
維護(hù)要求	分析過(guò)程中要使用大量各種加熱、攪拌、稱(chēng)量、配比、分光設(shè)備，維護(hù)復(fù)雜，技術(shù)要求高。同時(shí)由于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此故障率較高。	分析過(guò)程中除接觸樣品的探測(cè)器外，所有其他設(shè)備均為免維護(hù)設(shè)備。探測(cè)器具備自清洗功能，無(wú)需人工維護(hù)。
設(shè)備投資	儀表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精密部件很多。且正常使用需高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備機(jī)房。設(shè)備建設(shè)投資大。	儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可在戶(hù)外或水下直接安裝，設(shè)備建設(shè)總投資低。

 

（二）預(yù)警溯源能力比較

水質(zhì)在線分析技術(shù)	傳統(tǒng)化學(xué)法	光學(xué)（多源光譜融合）分析法
實(shí)時(shí)響應(yīng)性	通常為小時(shí)數(shù)量級(jí)，響應(yīng)速度慢	通常為分鐘數(shù)量級(jí)，響應(yīng)速度快。
可溯源性	因化學(xué)反應(yīng)試劑和流程的固定性，及單次測(cè)量時(shí)間為小時(shí)級(jí)別，所以無(wú)法即時(shí)識(shí)別水中污染物的種類(lèi)及排查污染物質(zhì)來(lái)源。，	5分鐘測(cè)量完畢、24小時(shí)無(wú)間斷，無(wú)需人員看管，在應(yīng)對(duì)水體突發(fā)性污染事件中，能夠做到及時(shí)預(yù)警并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉污染變化情況。且在水質(zhì)測(cè)量時(shí)生成的光學(xué)圖譜可以進(jìn)行特征污染物識(shí)別和匹配，能夠?qū)σ伤莆廴驹催M(jìn)行相似度排查。
可識(shí)別 性	因化學(xué)反應(yīng)試劑和流程的固定性，無(wú)法自動(dòng)識(shí)別引起測(cè)定誤差的各種干擾因素，因此難以設(shè)計(jì)出識(shí)別機(jī)制，對(duì)突發(fā)事件導(dǎo)致的測(cè)量誤差做出有效的預(yù)警。	水體分析樣品的各種模式對(duì)樣品成分或濃度的變化極為敏感，因此可方便地通過(guò)樣品的模式分析自動(dòng)識(shí)別水質(zhì)異常，進(jìn)而做出有效的突發(fā)事件預(yù)警。
可適應(yīng)性	由于化學(xué)反應(yīng)試劑和流程的固定性，無(wú)法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)維護(hù)手段改變儀表原設(shè)計(jì)的水質(zhì)和濃度有效適用范圍。	儀表帶有的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定/校正功能具備積累疊加效應(yīng)，可通過(guò)多次水質(zhì)異常測(cè)量校正逐步縮小測(cè)量誤差，越來(lái)越適應(yīng)復(fù)雜水質(zhì)變化。或即具備“對(duì)突發(fā)事件的學(xué)習(xí)能力”。
可擴(kuò)展性	儀表的核心能力是其化學(xué)反應(yīng)試劑和流程設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)計(jì)算算法相對(duì)簡(jiǎn)單，不占主導(dǎo)地位。因此當(dāng)儀表硬件條件一旦固定，無(wú)法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程技術(shù)手段改變儀表原設(shè)計(jì)的核心測(cè)定流程。	儀表可在采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過(guò)復(fù)雜計(jì)算獲得測(cè)量結(jié)果，因此在儀表硬件條件已固定的條件下，仍可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程技術(shù)手段，不斷升級(jí)關(guān)于計(jì)算方法方面的最新研究成果，使儀表處理突發(fā)事件的能力越來(lái)越好。

 

由上可見(jiàn)傳統(tǒng)化學(xué)法存在檢測(cè)周期較長(zhǎng)、廢液處理不當(dāng)容易對(duì)環(huán)境造成二次污染、成本較高，不僅包括大量化學(xué)分析試劑的購(gòu)買(mǎi)成本，廢液處理成本，還包括站房建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)等成本等問(wèn)題。而多源光譜融合水質(zhì)分析法不僅無(wú)上述問(wèn)題還能用于預(yù)警溯源，是河湖長(zhǎng)制水環(huán)境管理的理想技術(shù)。

三、系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

? 測(cè)量精度高

本系統(tǒng)采取多源光譜融合分析法和電極法進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)測(cè)量，因多源光譜融合分析技術(shù)的測(cè)量結(jié)果是綜合了紫外光譜和熒光光譜分析結(jié)果，分析精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)紫外光學(xué)在線分析技術(shù)，本系統(tǒng)精度可媲美人工實(shí)驗(yàn)室分析。

? 預(yù)警溯源功能

本系統(tǒng)作為國(guó)內(nèi)外唯一一款具有污染源預(yù)警溯源功能的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)本系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到水質(zhì)指標(biāo)存在超標(biāo)情況時(shí)，可進(jìn)行報(bào)警并啟動(dòng)溯源功能，通過(guò)光譜匹配和特征識(shí)別能夠?qū)λ谐瑯?biāo)污染物進(jìn)行溯源追蹤。

? 集成度高

本系統(tǒng)屬于高度集成，監(jiān)測(cè)站體積僅為傳統(tǒng)站房式化學(xué)在線監(jiān)測(cè)站平均體積的二十分之一。

? 抗干擾能力強(qiáng)

本系統(tǒng)配有濁度補(bǔ)償算法、高鹽度模式以及低濃度模式，對(duì)于傳統(tǒng)化學(xué)法或光學(xué)法水質(zhì)在線分析無(wú)法克服的不利監(jiān)測(cè)情況提供了解決方法。

? 建設(shè)費(fèi)用低

本系統(tǒng)采用景觀化安裝方式和無(wú)人值守模式，不存在征地和建設(shè)站房以及人員值守的費(fèi)用。

? 運(yùn)行費(fèi)用低

本系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)需化學(xué)試劑，沒(méi)有化學(xué)試劑購(gòu)買(mǎi)以及廢液回收處理的費(fèi)用。且儀表具有自清洗功能，與傳統(tǒng)化學(xué)法水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)站相比，運(yùn)維頻次大大降低，減少了運(yùn)維費(fèi)用。

? 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

本系統(tǒng)測(cè)量速度極快，單次測(cè)量時(shí)間小于5分鐘，可設(shè)定每5分鐘監(jiān)測(cè)一次，可實(shí)時(shí)反映水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化情況并上傳至管理平臺(tái)。

 

采用光譜融合的多源光譜融合分析法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

? 測(cè)量精度高

? 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取

? 系統(tǒng)集成度高、穩(wěn)定性好、擴(kuò)展性強(qiáng)

? 抗干擾能力強(qiáng)、預(yù)警性強(qiáng)

? 建設(shè)費(fèi)用低、可景觀式安裝

? 運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)二次污染

? 維護(hù)容易、安全性高

四、技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

1）采用UV/VIS光譜和熒光光譜等多種類(lèi)光譜融合分析方法、電極法、測(cè)量所需水質(zhì)指標(biāo)。無(wú)需建設(shè)站房，測(cè)量過(guò)程不得使用任何化學(xué)試劑。

2）同時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷和總氮等9項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)。

3）在高濁度、高鹽度、高酸堿度的水質(zhì)條件下，具備測(cè)量精度補(bǔ)償性能。

4）最小監(jiān)測(cè)周期5min

（2）技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

1）水溫測(cè)量方法：溫度傳感器法；

量程范圍：0-50℃；測(cè)量精度：±0.1℃；分辨率：0.01℃。

2）酸堿度測(cè)量方法：玻璃電極法；

量程范圍：0-14pH；測(cè)量精度：±0.1pH；分辨率：0.01pH。

3）溶解氧測(cè)量方法：光學(xué)/膜電極法；

量程范圍：0-25 mg/L；測(cè)量精度：±0. 2 mg/L；分辨率：0.01 mg/L。

4）電導(dǎo)率測(cè)量方法：電導(dǎo)電極法；

量程范圍：0-100 ms/cm；測(cè)量精度：±1 %FS；分辨率：4位

5）濁度測(cè)量方法：光散射法；

量程范圍：0-100 NTU；測(cè)量精度：±5%；分辨率：1 NTU。

6）氨氮測(cè)量方法：光學(xué)/膜電極法；

量程范圍：0-5、50、100、200 mg/L多檔可選；重現(xiàn)性：≤±2% FS；準(zhǔn)確度：≤±10%；檢出限：0.05mg/l。

7）高錳酸鹽指數(shù)測(cè)量方法：無(wú)試劑光學(xué)法；

量程范圍：0-5、50、100、200 mg/L多檔可選；重現(xiàn)性：≤±10% FS；準(zhǔn)確度：≤±10%。

8）總磷測(cè)量方法：無(wú)試劑光學(xué)法；

量程范圍：0.05～2.0 mg/L；重現(xiàn)性：≤±10%；準(zhǔn)確度：≤±10%；檢出限：0.01mg/l。

9）總氮測(cè)量方法：無(wú)試劑光學(xué)法；

量程范圍：0.05～4.0 mg/L；重現(xiàn)性：≤±10%；準(zhǔn)確度：≤±10%；檢出限：0.05mg/l。

五、站點(diǎn)形式選擇

針對(duì)河湖長(zhǎng)制各類(lèi)水體不同的應(yīng)用場(chǎng)景，有不同安裝形式方案可選。

（一）河道式站點(diǎn)

1. 立桿式安裝

立桿式承載平臺(tái)是水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源設(shè)備的一種承載平臺(tái)形式。立桿式承載平臺(tái)分為遮陽(yáng)蓋、箱體、基座三部分。立桿式承載平臺(tái)總高2010mm，遮陽(yáng)蓋尺寸為：長(zhǎng)580mm×寬580mm×高50mm，箱體尺寸為：長(zhǎng)530mm×寬530mm×高752mm，基座高1108mm。

 

圖2-1立桿式承載平臺(tái)尺寸圖

 

圖2-2立桿式安裝效果圖

立桿式承載平臺(tái)占地面積不大于1.5m2，無(wú)需建設(shè)監(jiān)測(cè)站房，大幅削減水質(zhì)監(jiān)測(cè)站建設(shè)成本。立桿式承載平臺(tái)將測(cè)量單元、供電單元等其它單元都置于箱體內(nèi)部，有利于適應(yīng)復(fù)雜地理環(huán)境，防止洪澇災(zāi)害影響。供排水管直接內(nèi)嵌于立桿內(nèi)部，保持整潔美觀。

2. 景觀立桿式安裝

景觀式承載平臺(tái)秉承“融站入景”的原則，是專(zhuān)為市區(qū)內(nèi)或旅游景點(diǎn)等對(duì)景觀要求較高的水系所設(shè)計(jì)。景觀式承載平臺(tái)以白色為主色調(diào)，綠色為輔助色，儀表箱為圓形，外形簡(jiǎn)約，給人一種現(xiàn)代和諧的感覺(jué)。景觀式承載平臺(tái)整體材質(zhì)為不銹鋼，防潮防銹。

景觀式承載平臺(tái)機(jī)箱直徑為0.72m，高2.15m，機(jī)箱被置于人舒適取放物品的高度之上，有一定的防盜作用，且可自如應(yīng)對(duì)水位上漲。

 

 

3. 極寒保溫微站式安裝

極寒保溫微站式承載平臺(tái)是為了保障在極低能耗下監(jiān)測(cè)站也能夠在極寒環(huán)境中正常運(yùn)行而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。微站式承載平臺(tái)尺寸為：長(zhǎng)1200mm×寬1030mm×高2000mm。微站內(nèi)部采取了一系列保溫措施，在不必額外加裝空調(diào)的情況下，保障了在我國(guó)北方冬天零下-20℃的環(huán)境中監(jiān)測(cè)站依然能夠以極低功耗穩(wěn)定運(yùn)行。

 

圖2-3極寒保溫微站式承載平臺(tái)尺寸圖

 

圖2-4極寒保溫微站式安裝效果圖

4. 供排水裝置

（a）供水裝置

為了避免對(duì)航道的影響，河道型水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源自動(dòng)站使用采水裝置將河道水樣直接提升至位于高處的監(jiān)測(cè)站箱體內(nèi)，所以需要用到供水裝置。供水裝置根據(jù)各監(jiān)測(cè)自動(dòng)站點(diǎn)的實(shí)際需求選擇合適功率、揚(yáng)程的取水泵。在大多數(shù)情況下，選用電壓為12V、流量為6LPM的潛水泵作為取水泵，已能滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)需求。取水泵材質(zhì)一般選用不銹鋼，管道入口配有相應(yīng)的粗過(guò)濾防護(hù)裝置，防止水中石塊、樹(shù)枝等較大雜物損壞水泵。

供水裝置采用雙泵采水，一采一備，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)的要求。當(dāng)一路出現(xiàn)故障時(shí)，能夠自動(dòng)切換到另一路進(jìn)行工作，保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)系統(tǒng)會(huì)通過(guò)故障自檢系統(tǒng)上報(bào)故障原因，維護(hù)人員即可前往現(xiàn)場(chǎng)維修或更換。

 

 

 

 

 

 

 

 

圖2-5供水裝置

 

（b）取水管路

采水管采用硬質(zhì)膠管、UPVC管等材質(zhì)穩(wěn)定的材料，避免對(duì)水樣產(chǎn)生污染。采水管道采用排空設(shè)計(jì)，管道內(nèi)不存水，防止藻類(lèi)孳生。為防止供水管道意外堵塞，以及方便維護(hù)時(shí)清洗沉積泥沙，采水管路設(shè)計(jì)為可拆洗式。

采水管路外部配有聚乙稀保溫套管進(jìn)行隔熱保溫處理，并在外部套用PVC管材，減少環(huán)境因素，如強(qiáng)烈陽(yáng)光直射，對(duì)水樣監(jiān)測(cè)結(jié)果造成干擾，保證對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)(除水溫外)的監(jiān)測(cè)結(jié)果影響小于5%，對(duì)水溫的影響必須小于20%，以及在冬季時(shí)，保證采樣管道不被凍裂。

取水方式采用支架加浮球的組合方式，以便取水口能隨水位上下變化，保證取水管的進(jìn)水端一直位于水表面以下0.5m～1m處，且與河底保持一定距離，進(jìn)水端不沉底，確保所采集到的水樣具有代表性，符合監(jiān)測(cè)需求。

 

圖2-7 取水裝置圖

 

(c) 排水裝置

當(dāng)河道型水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源自動(dòng)站每次測(cè)量完畢后，儀表主機(jī)會(huì)發(fā)送控制命令至排水裝置，驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)打開(kāi)球閥將已測(cè)量過(guò)的水樣排空。為不干擾取水水樣的準(zhǔn)確性和代表性，排水點(diǎn)應(yīng)設(shè)在采水點(diǎn)下游至少5m以外。

 

5. 前置處理裝置

因河道水環(huán)境中常含有樹(shù)葉、雜草、垃圾等雜物，不僅可能會(huì)堵塞供排水管道，還會(huì)干擾水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，故對(duì)河道型水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源自動(dòng)站會(huì)依據(jù)實(shí)際情況加裝前置處理裝置。對(duì)一些有特殊進(jìn)樣要求的應(yīng)用場(chǎng)合，不加裝前置處理裝置。

前置處理裝置避免水中雜物進(jìn)入管道，也能過(guò)濾掉一些大直徑顆粒物，在保持水樣代表性的基礎(chǔ)上，即前置處理裝置不會(huì)對(duì)實(shí)際水樣監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，保證水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源自動(dòng)站能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

前置處理裝置能在系統(tǒng)停電并恢復(fù)供電后，自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。

6.安全防護(hù)單元

（1）防凍措施

  箱體保溫

  監(jiān)測(cè)箱體內(nèi)部設(shè)置有隔熱層，夏季可有效防止陽(yáng)光直射造成監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度過(guò)高，冬季配合輔助加熱裝置確保監(jiān)測(cè)設(shè)備結(jié)冰。

  溫控裝置

  監(jiān)測(cè)箱體嵌入溫度傳感器，當(dāng)室外溫度達(dá)到0度以下時(shí)，溫控開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換至輔助加熱系統(tǒng)，并同時(shí)進(jìn)行水箱排水，儀表停機(jī)，保證監(jiān)測(cè)設(shè)備安全性。

  加熱裝置

  箱體測(cè)量設(shè)備周?chē)捎玫蛪?/span>電伴熱帶纏繞，在溫度低于0攝氏度時(shí)，電板熱帶通電工作，將溫度穩(wěn)定在10攝氏度左右。當(dāng)室外溫度大于10度時(shí)，輔助加熱裝置停止加熱，同時(shí)啟動(dòng)儀表進(jìn)行測(cè)量工作。

  管道保溫

  取水管道采用50mm厚保溫棉進(jìn)行防護(hù)，并將管道埋設(shè)于地下30厘米處。防止冬季管道存水被凍裂或堵塞。

（2）防雷措施

提供三級(jí)避雷裝置及通訊防雷，包括等電位連接系統(tǒng)、共用接地系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、合理布線系統(tǒng)、浪涌保護(hù)器等。

第一級(jí) 在監(jiān)測(cè)點(diǎn)立桿頂部安裝0.5米長(zhǎng)的避雷針并做好接措施。

第二級(jí) 電源接入整個(gè)系統(tǒng)的控制柜之前，安裝避雷器。

第三級(jí) 在每臺(tái)儀器中均安裝防浪涌裝置。

（3）防風(fēng)措施

1、立桿底部采用長(zhǎng)1米、寬1米、深0.8米的混凝土澆筑底座，底座內(nèi)預(yù)埋直徑16cm的鋼筋，用于固定立桿。

2、根據(jù)安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境確定（地區(qū)最大風(fēng)力），是否加裝拉線，保證立桿穩(wěn)定性。

3、盡量避免在立桿上安裝大面積設(shè)施，減小風(fēng)阻。

4、保證設(shè)備及立桿在7級(jí)風(fēng)以?xún)?nèi)正常工作，8級(jí)風(fēng)設(shè)備不被破壞。

（4）其他防護(hù)措施

在監(jiān)測(cè)點(diǎn)周?chē)惭b1.5米鋅鋼柵欄，儀表安裝gps定位系統(tǒng)，入侵探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，保障在線監(jiān)測(cè)站的財(cái)物安全。

 

（二）湖庫(kù)型（大面積水域）站點(diǎn)

1. 浮動(dòng)平臺(tái)式承載平臺(tái)

浮動(dòng)平臺(tái)用于承載湖庫(kù)型水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源自動(dòng)站對(duì)于湖庫(kù)中央水下水質(zhì)進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)。浮動(dòng)平臺(tái)尺寸直徑為2.5m，整體最大浮力約為15000N（=1530kg），浮筒及框架重約為510kg，儀表自重20kg，浮臺(tái)（含設(shè)備）整體種約為530kg。儀器安裝于平臺(tái)中央, 現(xiàn)場(chǎng)安裝和售后維護(hù)時(shí)，浮動(dòng)平臺(tái)允許至少三人同時(shí)上浮動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行操作。儀表沉入水下500~1200mm。設(shè)備浮動(dòng)平臺(tái)上方安裝有太陽(yáng)能電板。平臺(tái)上安裝有高出護(hù)欄500mm的防雷桿、防止設(shè)備被盜的警示標(biāo)牌、防止碰撞的航標(biāo)燈和舊輪胎等輔助設(shè)施。

 

圖2-8浮標(biāo)式安裝效果圖

 

圖2-9 浮標(biāo)安裝示意圖

 

2. 錨固裝置

浮動(dòng)平臺(tái)采用水下拋錨方式，錨體采用的定制的雙桿鰩錨，錨體重200kg，錨鏈鏈徑φ10mm，錨鏈拉斷實(shí)驗(yàn)負(fù)荷107KN。浮動(dòng)平臺(tái)與錨體之間通過(guò)錨鏈和鋼絲繩連接，采用萬(wàn)向轉(zhuǎn)扣防止纜繩發(fā)生旋轉(zhuǎn)纏繞。一般在湖庫(kù)底部平坦區(qū)域進(jìn)行拋錨，錨爪深嵌入湖庫(kù)底泥中。待錨體固定好以后，順著錨體抓地方向放置錨鏈，連接鋼絲纜繩留有足夠的余量應(yīng)對(duì)水位落差造成的浮動(dòng)平臺(tái)位置變動(dòng)，保證錨鏈?zhǔn)冀K平躺于湖庫(kù)底部，在浮動(dòng)平臺(tái)在浮動(dòng)過(guò)程中錨體始終受到水平拉力，避免錨體被拉起。

 

 

 

 

 

 

 

圖  錨定裝置

供電單元

（a）市電供電

水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源自動(dòng)站可采用220V交流電直接供電，電路控制系統(tǒng)包括內(nèi)嵌式計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）、各種電源轉(zhuǎn)換模塊、繼電器等器件，定時(shí)向自動(dòng)站輸出系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的穩(wěn)定電壓。

（b）太陽(yáng)能供電

水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源自動(dòng)站還可以采取太陽(yáng)能供電模式。太陽(yáng)能供電模塊主要由太陽(yáng)能電池板方陣、充放電控制器、逆變器蓄電池組等構(gòu)成，要求能夠在30個(gè)連續(xù)陰雨天內(nèi)持續(xù)向自動(dòng)站供電，保障整個(gè)自動(dòng)站穩(wěn)定正常運(yùn)行。

 

圖2-5 供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1. 太陽(yáng)能電池板

太陽(yáng)能電池板的作用是將太陽(yáng)輻射能量直接轉(zhuǎn)換為直流電，供負(fù)載使用或貯存于蓄電池內(nèi)備用。太陽(yáng)能電池板的光電轉(zhuǎn)換率和使用壽命是決定太陽(yáng)能電池板使用價(jià)值的重要因素。為保證充足電量，可將太陽(yáng)能電池板組成各種面積不同的太陽(yáng)能電池方陣，亦稱(chēng)太陽(yáng)能電池陣列。太陽(yáng)能電池板的輸出功率與其受光照面積密切相關(guān)，面積越大，在相同光照條件下的輸出功率也越大。

2. 充放電控制器

充放電控制器在整個(gè)供電系統(tǒng)中起著系統(tǒng)管理和組織核心的作用。充放電控制器能夠?yàn)樾铍姵靥峁┳罴训某潆婋娏骱碗妷海焖佟⑵椒€(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過(guò)程中減少損耗、盡量延長(zhǎng)電池的使用壽命；同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過(guò)充電和過(guò)放電現(xiàn)象的發(fā)生。

3. 蓄電池組

蓄電池組是獨(dú)立太陽(yáng)能供電模塊不可缺少的重要部件。蓄電池組將太陽(yáng)能電池方陣發(fā)出的直流電儲(chǔ)存起來(lái)，供負(fù)載使用。蓄電池一般選用鉛酸電池，性?xún)r(jià)比高、無(wú)需維護(hù)。

4. 配置

水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源自動(dòng)站按照安裝地區(qū)、供電要求等條件配備太陽(yáng)能電池板和蓄電池組。

因湖庫(kù)型水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源自動(dòng)站一般位于湖庫(kù)中央，更多采用太陽(yáng)能供電。一般在浮動(dòng)平臺(tái)上配有2塊并聯(lián)的長(zhǎng)2000mm，寬1200mm，電壓為24V，功率為250Wp的太陽(yáng)能電池板，并根據(jù)光照角度調(diào)整太陽(yáng)能電池板安裝傾角，保證任意方向至少有一塊太陽(yáng)能電池板能夠正常采光。浮動(dòng)平臺(tái)上一般還配有4塊（電壓為12V，容量為250Ah）的蓄電池。

對(duì)于采用太陽(yáng)能供電模式的河道型水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警溯源自動(dòng)站，一般采用2塊并聯(lián)的規(guī)格為長(zhǎng)1200mm、寬500mm，電壓為24V，功率為100Wp的太陽(yáng)能電池板，和由4塊單塊額定電壓為12V、容量為250Ah的蓄電池組成的蓄電池組。

數(shù)據(jù)傳輸單元

 

圖4-1 數(shù)據(jù)傳輸示意圖

數(shù)據(jù)傳輸單元可基于GPRS/CDMA/BDS/IoT 通訊協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和接收。數(shù)據(jù)采集與傳輸通過(guò)遠(yuǎn)程終端通訊單元（RTU）或數(shù)采儀實(shí)現(xiàn)。RTU符合《水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》（SZY206-2012/2016）的規(guī)定，并具有水利部水文儀器及巖土工程儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心的規(guī)約符合性監(jiān)測(cè)報(bào)告。數(shù)采儀符合《污染物在線監(jiān)控（監(jiān)測(cè)）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》（HJ212-2017）的規(guī)定，并具有《中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品認(rèn)證證書(shū)》。

當(dāng)自動(dòng)站啟動(dòng)并正常運(yùn)行后， RTU能夠自動(dòng)搜索匹配的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)中心站。通過(guò)中心站的指令設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)以下數(shù)據(jù)通訊功能。

(1) 自報(bào)功能，按設(shè)定的監(jiān)測(cè)周期，定時(shí)將水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，經(jīng)由GPRS/CDMA/BDS/IoT傳輸給省水資源統(tǒng)一接收平臺(tái)。

(2) 查詢(xún)/應(yīng)答功能，可響應(yīng)中心站的信息查詢(xún)指令，上傳有關(guān)儀表自報(bào)數(shù)據(jù)種類(lèi)、報(bào)警上下限、地址、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、當(dāng)前工作模式、事件記錄、測(cè)量數(shù)據(jù)歷史記錄、上傳失敗測(cè)量數(shù)據(jù)以及報(bào)警狀態(tài)的查詢(xún)結(jié)果。

(3) 具有實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)功能：實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)是否正常，檢測(cè)項(xiàng)標(biāo)括供電狀態(tài)、供電電壓、信號(hào)強(qiáng)度等，當(dāng)發(fā)生異常發(fā)出報(bào)警信息；

(4) 具有歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能：采用循環(huán)存儲(chǔ)的方式保存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可保存近三年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，掉電不丟失；

六、系統(tǒng)配置清單

一、河道型水環(huán)境監(jiān)測(cè)及預(yù)警溯源自動(dòng)站

 

 

二、湖庫(kù)型水環(huán)境監(jiān)測(cè)及預(yù)警溯源自動(dòng)站