環(huán)境水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)與運行管理

許楊，汪磊，邱曉國，李浩，莫紅

（山東省環(huán)境信息與監(jiān)控中心，山東濟南250101）

環(huán)境水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)與運行管理

許楊，汪磊，邱曉國，李浩，莫紅

（山東省環(huán)境信息與監(jiān)控中心，山東濟南250101）

結(jié)合山東省環(huán)境水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的實際，就環(huán)境水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)、運行、管理等核心問題進行研究，提出了智能化、實用性、統(tǒng)一性相結(jié)合的系統(tǒng)集成方案和監(jiān)控平臺建設(shè)整體設(shè)計思路，分析了實行社會化、專業(yè)化、規(guī)模化運營的必要性，從完善監(jiān)管機制、嚴格績效考核、科學(xué)審核數(shù)據(jù)三方面探討了系統(tǒng)監(jiān)督管理模式，例證了自動監(jiān)測數(shù)據(jù)在環(huán)境管理工作中的全面應(yīng)用。

水質(zhì)自動監(jiān)測；系統(tǒng)建設(shè)；運行維護；數(shù)據(jù)應(yīng)用；監(jiān)督管理

水質(zhì)自動監(jiān)測作為環(huán)境監(jiān)測的重要手段，具有自動、連續(xù)、高效、全天候等特點，近幾年在環(huán)境管理和環(huán)境安全預(yù)警中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前我國大部分地區(qū)都建設(shè)了水質(zhì)自動監(jiān)測站（以下簡稱水站），并在一定區(qū)域內(nèi)形成了水質(zhì)自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)運行管理水平直接關(guān)系到監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，甚至影響環(huán)境決策的科學(xué)性。影響系統(tǒng)運行的因素很多，既有技術(shù)方面的，又有管理方面的，比如儀器設(shè)備選型及性能指標、水站建設(shè)質(zhì)量、運行維護技術(shù)水平、監(jiān)督管理水平、質(zhì)量保證和質(zhì)量控制、運行經(jīng)費保障等。筆者結(jié)合多年水站運行管理工作經(jīng)驗，從系統(tǒng)建設(shè)、運行維護、監(jiān)督管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面對水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)進行了分析研究。

1 系統(tǒng)建設(shè)

系統(tǒng)建設(shè)包括現(xiàn)場端水站集成和監(jiān)控軟件平臺建設(shè)[1～2]，是保障系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)。

1.1 水站集成

1.1.1 智能化原則

目前水站儀器設(shè)備選型均能滿足水站正常運行的需要，集成技術(shù)也在不斷改進完善。但是由于大部分水站集成的智能化水平不高，無法及時掌握和了解水站各單元運行狀態(tài)，無法通過對狀態(tài)參數(shù)正確與否的判斷來判定監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性，以便對水站出現(xiàn)的異常情況及時作出響應(yīng)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用的前提下，將物聯(lián)網(wǎng)“全面感知”的理念引入水站建設(shè)，適當增加水站集成的智能化水平是完全可行的。通過采取對水站現(xiàn)場工控機PLC進行升級改造，以小型服務(wù)器代替工控機（增強了其穩(wěn)定性與兼容性），對水站控制流程進行整合，增加合理的中間變量，對部分不支持狀態(tài)參數(shù)采集的自動分析儀加裝傳感器的措施，實現(xiàn)了對系統(tǒng)各單元和自動分析儀及數(shù)采儀關(guān)鍵節(jié)點運行狀態(tài)參數(shù)的全方位調(diào)取，監(jiān)控中心可遠程對水站運行狀態(tài)、報警狀態(tài)及各儀表參數(shù)進行監(jiān)控，從而以運行狀態(tài)作為數(shù)據(jù)有效性判別的主要依據(jù)，對數(shù)據(jù)是否準確自動進行判定，對狀態(tài)參數(shù)超出合理范圍的及時進行遠程調(diào)整，并針對實際情況進行現(xiàn)場維修，有效地保證了水站長期穩(wěn)定運行和監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。

1.1.2 實用性原則

水站建設(shè)由于現(xiàn)場情況復(fù)雜，受各種因素影響較大，在建設(shè)時需要根據(jù)實際情況有針對性地采取必要的技術(shù)手段，消除外部因素對水站正常運行和監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。山東省河流水質(zhì)差異較大，部分河流水質(zhì)成分比較復(fù)雜，泥沙含量較高，枯豐平各水期水位變化較大，冬季受氣溫影響冰凍現(xiàn)象時有發(fā)生。為解決這些問題，在進行水站建設(shè)時采取了以下措施：（1）增加必要的預(yù)處理單元，采用非攔截式過濾裝置，初級過濾、精密過濾相結(jié)合的方法。精密過濾采用旁路設(shè)計，根據(jù)不同儀表的具體要求選定，既消除干擾儀表分析的因素，又不失去水樣的代表性。在此基礎(chǔ)上增加超聲波換能器裝置，利用超聲波的空化效應(yīng)原理，在初級過濾過程中將懸浮物、沙粒上附著的COD、總磷、總氮等成分充分剝離成細小微粒，使之不受多級過濾的影響。同時超聲波還具有清洗作用，可有效減少污物附著。經(jīng)實驗，加裝超聲波換能器裝置后，自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工比對數(shù)據(jù)在誤差允許范圍內(nèi)，不會對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生影響。（2）適當增加系統(tǒng)的反沖洗能力。對采配水單元和預(yù)處理單元，在清水反沖、化學(xué)試劑清洗和殺菌除藻功能的基礎(chǔ)上，增加氣洗功能，以加壓空氣對管路和采樣吸頭進行自動反沖洗，達到防淤、防藻、無附著的效果。（3）加裝保溫套管。針對冬季水站的結(jié)冰現(xiàn)象，采用阻燃保溫材料和電伴熱帶對采水管路進行加熱，反復(fù)測試后選擇合適的伴熱溫度，加熱后停滯一段時間再進行采樣分析，將對樣品代表性的影響降低到最小。經(jīng)比對，自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工比對監(jiān)測結(jié)果沒有顯著性差異。（4）加裝采樣泵支架及傳感器。采樣泵支架可有效防止枯水期水位較低時采集到河流底泥，減少異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，延長采樣水泵壽命。同時，傳感器可將采樣水泵與河流底部的距離實時傳送到監(jiān)控中心，方便及時地了解現(xiàn)場端實際情況，適時停運水站或啟動人工監(jiān)測。

1.1.3 統(tǒng)一性原則

盡量統(tǒng)一水站建設(shè)標準是保證監(jiān)測數(shù)據(jù)可比性與共識性、減少運行維護工作量的有效辦法。山東省在水站建設(shè)中明確提出“統(tǒng)一監(jiān)測指標、統(tǒng)一設(shè)備調(diào)試校正、統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸方式、統(tǒng)一數(shù)據(jù)確認”的四統(tǒng)一原則。在保證各水站監(jiān)測指標、儀器設(shè)備型號基本一致的基礎(chǔ)上，組織研發(fā)了具備一點多發(fā)、遠程反控、自動補傳、兼容性與通用性強、大容量存儲等多項功能的智能化專用數(shù)采儀，全省統(tǒng)一安裝，更好地保證了系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的順暢和整體運行效果。

1.2 監(jiān)控軟件平臺建設(shè)

監(jiān)控軟件平臺是水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的中樞，是保證系統(tǒng)運行、管理工作正常進行的關(guān)鍵。在進行水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控軟件平臺建設(shè)時，重點設(shè)計了信息采集傳輸系統(tǒng)（含監(jiān)測數(shù)據(jù)同步軟件）、運行狀態(tài)遠程監(jiān)控與反控系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性判別系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢與發(fā)布系統(tǒng)、水站運行維護管理系統(tǒng)和一站式系統(tǒng)維護管理軟件。系統(tǒng)整體采用B/S架構(gòu)，既可滿足遠程實時監(jiān)控、管理的要求，也能夠滿足管理部門和社會公眾的信息需求。同時在監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性判別系統(tǒng)數(shù)據(jù)審核環(huán)節(jié)采用了C/S架構(gòu)，保證了數(shù)據(jù)審核確認的統(tǒng)一性。

系統(tǒng)的整體設(shè)計思路是[3]：包括系統(tǒng)和儀器關(guān)鍵節(jié)點運行狀態(tài)參數(shù)在內(nèi)的實時監(jiān)測信息，經(jīng)數(shù)采儀以無線方式（GPRS/CDMA）多極、同步傳輸至國家、省、市、縣各級監(jiān)控中心。監(jiān)控中心遠程調(diào)取系統(tǒng)各單元和儀器設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)，判定水站運行狀態(tài)，對運行狀態(tài)異常和狀態(tài)參數(shù)設(shè)置錯誤的直接進行遠程控制修正。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性判別系統(tǒng)對異常數(shù)據(jù)判別、剔除，進行自動和人工審核、分析處理，通過有效性審核的數(shù)據(jù)存入應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，根據(jù)環(huán)境管理的需要生成各類圖表、報告，并對外發(fā)布。通過水站運行維護管理系統(tǒng)實現(xiàn)對水站運營單位運維行為和運行績效的在線管理，通過一站式系統(tǒng)維護管理軟件實現(xiàn)系統(tǒng)信息化動態(tài)管理。

2 運行維護

運行維護包括日常巡檢維護、比對測試、試劑和備品備件更換、故障維修、年度檢修等，是水站正常運行的技術(shù)保障。從山東省的實際經(jīng)驗出發(fā)，采取社會化、專業(yè)化、規(guī)?；倪\行維護模式是保證運行維護工作順利進行的有效途徑。目前水站的運行維護多采用以水站所在地方為主、專業(yè)公司為輔的方式。水站的日常看護、巡檢維護全部由地方承擔(dān)，出現(xiàn)故障時再聯(lián)系專業(yè)公司（一般是承建商）進行維修。這種模式在一定程度上可調(diào)動地方工作的積極性，對逐步提高地方水站的監(jiān)測水平有所幫助，但同時存在不少問題。從技術(shù)上說，由于自動站技術(shù)含量較高，地方受人員數(shù)量、人員素質(zhì)和技術(shù)水平的限制，運行維護不能完全到位。同時對承建商超出質(zhì)保期后的售后服務(wù)行為沒有合同約束，其售后服務(wù)水平參差不齊，售后服務(wù)響應(yīng)時間滯后，故障無法得到及時維修，預(yù)防性檢修無法落實。從管理上說，出于地方利益考慮，監(jiān)測數(shù)據(jù)用于評價考核地方環(huán)保工作成效時，一定程度上存在行政干預(yù)現(xiàn)象。從資金上說，受資金條件所限，部分地方不能夠?qū)⑦\行費用全部用于自動站維護，備品備件得不到及時更換。

所謂市場化、專業(yè)化、規(guī)?；\營模式就是第三方運營。運營公司全面負責(zé)水站的運行維護，上級環(huán)保管理部門負責(zé)進行監(jiān)督管理、組織開展質(zhì)量保證和質(zhì)量控制工作，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行審核，對運營公司進行績效考核，水站所在地方負責(zé)保障水站通行、水、電、避雷等正常運行所需的基本條件，協(xié)助上級環(huán)保管理部門對運營單位進行監(jiān)管。這樣的模式可有效調(diào)動各方積極性，同時形成相互制約，既保證了水站長期穩(wěn)定運行，又保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)準確可靠。在運營公司的選擇上，其數(shù)量宜少不宜多，以省級專業(yè)化集中運營為例，一般2～3家運營公司即可。一是可形成運營規(guī)模，節(jié)約運營成本，同時給運營公司一定的利潤空間；二是可形成運營公司間的競爭機制，提高運營績效。具體應(yīng)充分考慮運營單位相應(yīng)的資質(zhì)或認證，是否具有相應(yīng)專業(yè)、經(jīng)過系統(tǒng)專業(yè)培訓(xùn)的工程技術(shù)人員，是否具備實驗室分析能力、水站分析儀器備用機，是否能夠在當?shù)卦O(shè)立專業(yè)技術(shù)服務(wù)機構(gòu)等因素，綜合選擇技術(shù)實力、經(jīng)濟實力、運維規(guī)模強大的公司。

3 監(jiān)督管理

監(jiān)督管理是保障系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。通過嚴格高效的監(jiān)督管理手段，可以對商業(yè)化的運行維護行為起到約束考核和監(jiān)督比對的作用，提高運行維護效率和監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時形成科學(xué)規(guī)范的運行管理機制，保障系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

3.1 完善監(jiān)管機制

水站自動監(jiān)測數(shù)據(jù)在為環(huán)境決策、環(huán)境水質(zhì)安全預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)的同時，還可準確反映水質(zhì)改善程度，對地方政府環(huán)保工作成效進行考核。因此在確定監(jiān)督管理機制時，應(yīng)充分實行“分級監(jiān)測、分級管理”的方式，避免地方利益對水站正常運行產(chǎn)生影響。以山東省為例，省級水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)共包括59個水站，基本建設(shè)在各市出境河流斷面之上，其監(jiān)測數(shù)據(jù)用于對各市政府“水質(zhì)改善獎”考核之中。因此按照“統(tǒng)分結(jié)合”的原則，省級專門成立了環(huán)境監(jiān)控中心，統(tǒng)一負責(zé)水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)、運行與管理，統(tǒng)一負責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的審核確認，同時充分發(fā)揮市級和縣級的骨干與基礎(chǔ)作用，協(xié)助對運營單位進行監(jiān)督。省市縣三級上下聯(lián)動，各司其職，保證了各項工作扎實有序的開展，保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性與共識性。

3.2 嚴格績效考核

水站運行費的支付與水站運行率和自動監(jiān)測數(shù)據(jù)準確率掛鉤。從設(shè)備運行率，數(shù)據(jù)準確率，比對監(jiān)測合格率，備品備件更換，巡檢，比對與檢修完成率與時效性，故障維修及時性，運維記錄完整性、準確性等幾個方面，采取百分制對運營單位的運維行為進行全面考核，根據(jù)考核計分標準，由系統(tǒng)軟件按月自動生成各水站運維考核得分，然后按照考核得分情況支付運行費用。對運維考核得分低于80分的不予支付運行費用，對設(shè)備運行率和數(shù)據(jù)準確率均高于90%的給予適當獎勵，這不僅有效地增強了運營單位的責(zé)任感，調(diào)動了運維工作的積極性和主動性，同時還對影響自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量的各個環(huán)節(jié)提出了明確的要求和相應(yīng)的處罰措施，進一步確保了監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.3 科學(xué)審核數(shù)據(jù)

人工比對監(jiān)測是檢驗自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要手段。采取定期比對與隨機抽查的方法，對水站自動監(jiān)測儀器進行比對、校驗，實現(xiàn)了人工監(jiān)測數(shù)據(jù)與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的對接，對超出誤差允許范圍的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)按照國家和省有關(guān)要求進行修正，對存在誤差的自動監(jiān)測設(shè)備及時組織進行調(diào)試校正。同時在系統(tǒng)軟件平臺之上，研發(fā)建立了監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性判別系統(tǒng)[4]，在獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的同時，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量碼及相關(guān)儀器的狀態(tài)參數(shù)，作為數(shù)據(jù)有效性判別的依據(jù)，自動判斷提供的值是有效值還是無效值。通過對各監(jiān)測項目監(jiān)測結(jié)果相關(guān)性的自動分析來判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理性[5]，對不符合規(guī)律的監(jiān)測結(jié)果進行標示，及時進行人工比對分析，判定數(shù)據(jù)的真?zhèn)?。同時按照國家技術(shù)規(guī)范要求，由系統(tǒng)自動完成缺失數(shù)據(jù)的處理、無效數(shù)據(jù)的剔除和異常數(shù)據(jù)的修正。這樣不僅節(jié)約了大量人力物力，而且保證了數(shù)據(jù)審核的規(guī)范性與準確性。

4 數(shù)據(jù)應(yīng)用

數(shù)據(jù)應(yīng)用是系統(tǒng)建設(shè)的目的。要使自動監(jiān)測數(shù)據(jù)在環(huán)境管理中得到廣泛應(yīng)用，充分發(fā)揮自動監(jiān)測的作用，就必須保證自動監(jiān)測的數(shù)據(jù)質(zhì)量。同時自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用，反過來要求不斷改進、完善系統(tǒng)的建設(shè)運行管理，促進監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量的不斷提高。山東省堅定不移地使用自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進行環(huán)境管理和環(huán)境決策[6]，各級監(jiān)控中心每日發(fā)布超標快報，一旦發(fā)現(xiàn)污染源超排或環(huán)境質(zhì)量超標現(xiàn)象，省、市、縣三級監(jiān)察部門按照聯(lián)動查處職責(zé)分工立即趕赴現(xiàn)場查處。嚴重超標的，啟動應(yīng)急預(yù)案，盡快鎖定污染源；在每月召開的全省環(huán)境形勢分析會上，依據(jù)自動監(jiān)控反映的環(huán)境情況，研究部署打好監(jiān)管“組合拳”，提出解決突出環(huán)境問題的有效舉措；每月向省、市、縣（市、區(qū)）黨委、人大、政府、政協(xié)主要負責(zé)人及分管領(lǐng)導(dǎo)，省直有關(guān)部門報送、抄送全省重點污染源達標情況和主要水氣環(huán)境質(zhì)量狀況；所有國控、省控、市控重點監(jiān)管企業(yè)全部應(yīng)用自動監(jiān)測數(shù)據(jù)核定征收排污費等等。自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用已成為自動監(jiān)測運行管理水平不斷提高的動力，充分體現(xiàn)了自動監(jiān)控系統(tǒng)的環(huán)境效益與社會效益，有效地促進了自動監(jiān)測工作的不斷發(fā)展與進步。

5 結(jié)語

水質(zhì)自動監(jiān)測是新形勢下環(huán)境管理的重要技術(shù)支撐，其作用必將更加廣泛。監(jiān)測及技術(shù)研究人員應(yīng)積極探索并不斷完善水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和運行管理，不斷提高監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，強化監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用，力爭發(fā)揮系統(tǒng)的最大效益。

[1]王磊，鄧文怡，劉國忠，等.環(huán)境水質(zhì)遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].北京機械工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2001，16（4）：6-10.

[2]劉紅，王悅.關(guān)于環(huán)境自動監(jiān)測的系統(tǒng)設(shè)計和方案探討[J].上海環(huán)境科學(xué)，2001，20（3）：111-112，115.

[3]許楊，萬黎，李彥，等.山東省轄城市空氣自動監(jiān)測網(wǎng)運行監(jiān)控及信息管理系統(tǒng)[J].中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報，2011，21（6）：65-68.

[4]萬黎，劉玉，賈坤，等.地表水自動監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)自動審核的創(chuàng)新與實踐[J].中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報，2010，20（6）：59-62，70.

[5]許楊，李彥，解軍，等.水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制[J].山東環(huán)境，2003（3）：24-25.

[6]王德明，王興武，許楊，等.淺議環(huán)境自動監(jiān)測（控）系統(tǒng)建設(shè)運行管理[J].中國環(huán)境監(jiān)測，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

許楊（1968-），男，山東濟南人，畢業(yè)于山東大學(xué)分析化學(xué)專業(yè)，高級工程師，從事環(huán)境自動監(jiān)測及綜合評價工作。