利用現(xiàn)有長(zhǎng)江口氯度遙測(cè)系統(tǒng)建立前沿原水水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)

沈玉健

摘要：文中提到利用已有長(zhǎng)江口氯度遙測(cè)系統(tǒng)建立前沿水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的可行性方案。本方案使用眾毅工控LORA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（ZY-TNG-103L）作為信號(hào)采集與發(fā)送模塊，投入式氨氮傳感器（ZZ-WQS-ANB）、鹽度傳感器（ZY-SALS-XXXX-01）、濁度傳感器（ZY-TBS-FL1500-01）、PH值傳感器（ZZ-WQS-PHB）作為感知傳感器，配以供電電池、太陽能電池板、充電控制模塊組成的供電系統(tǒng)，對(duì)水質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)。利用原有LORA模塊預(yù)留信號(hào)輸入接口，增設(shè)上述探頭即可創(chuàng)建前沿水質(zhì)檢測(cè)站點(diǎn)，為探索更優(yōu)質(zhì)、更精細(xì)化的原水取用奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：LORA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān);氯度遙測(cè)系統(tǒng);咸潮;排污;實(shí)時(shí)檢測(cè);原水水質(zhì)

中圖分類號(hào)：TV674

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487（2019）02-0063-02

0引言

上海市按照卓越的全球城市發(fā)展定位和城市精細(xì)化管理的總體要求，至2035年建成“節(jié)水優(yōu)先、安全優(yōu)質(zhì)、智慧低碳、服務(wù)高效”地供水系統(tǒng)，供水水質(zhì)對(duì)標(biāo)世界發(fā)達(dá)國(guó)家同期水平。原水是第一道關(guān)，文中以上海市陳行水庫(kù)原水取水為例進(jìn)行分析。目前原水水質(zhì)檢測(cè)一般為取水口水質(zhì)實(shí)時(shí)取樣檢測(cè)，對(duì)上、下游的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)一般只采用小范圍監(jiān)測(cè)或者被動(dòng)等待區(qū)域信息傳送1。隨著城市居民對(duì)飲用水水質(zhì)的期待值提升，物聯(lián)網(wǎng)與傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，本人覺得有必要對(duì)現(xiàn)有的原水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改造與擴(kuò)充，豐富原水實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，為更科學(xué)、更精細(xì)化的原水供應(yīng)做一些嘗試。

1現(xiàn)有長(zhǎng)江口氯度遙測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

現(xiàn)有氯度遙測(cè)系統(tǒng)分為陳行水庫(kù)周邊與長(zhǎng)江口各區(qū)域站點(diǎn)，主要站點(diǎn)有：?jiǎn)|三條港、海門青龍港、崇明頭部、崇明西部、東風(fēng)西沙、崇明南門、太倉(cāng)石化、陳行水庫(kù)周邊及陳行水庫(kù)下游各站點(diǎn)，其中有部分站點(diǎn)建立在長(zhǎng)江口航標(biāo)浮筒上，各站點(diǎn)主要以供電系統(tǒng)、LORA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與通訊天線、鹽度傳感器三大部分組成[2]。用以監(jiān)測(cè)每年秋冬季長(zhǎng)江口北支咸潮倒灌南支及南支咸潮上朔之情況，實(shí)時(shí)檢測(cè)長(zhǎng)江口各流域之氯離子濃度，為長(zhǎng)江口沿線各水庫(kù)取水安全提供指導(dǎo)。

2必要性與可行性分析

2.1必要性

2.1.1前沿性部署使原水取水時(shí)間更精準(zhǔn)

陳行水庫(kù)取水口一年四季都面臨上游瀏河水閘內(nèi)河排污的影響，以往我們一般只是定期去瀏河各斷面取水化驗(yàn)，縫瀏河水閘開閘引水、排污，蘇州水利會(huì)發(fā)排污單至陳行水庫(kù)。我們的監(jiān)測(cè)儀器都安裝在取水口，我們只能了解到取水口的水質(zhì)狀況。水庫(kù)調(diào)度員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷污潮到來時(shí)刻，配以取水口氨氮儀讀數(shù)來安排取水工作，這個(gè)過程中，受風(fēng)力、長(zhǎng)江大通流量、江面突發(fā)狀況等的影響，會(huì)出現(xiàn)預(yù)計(jì)上的時(shí)間偏差。而且在沒有前沿預(yù)警的情況下，如遇咸潮、污潮大匯合則會(huì)錯(cuò)失珍貴的取水緩沖期，影響取水工作。

2.2.2豐富性部署使原水取水更優(yōu)質(zhì)

氯度遙測(cè)系統(tǒng)只著眼于氯離子濃度監(jiān)測(cè)，而判斷水質(zhì)好壞卻需要綜合很多指標(biāo)。如PH值、濁度、氨氮等等，這些數(shù)據(jù)要是都能實(shí)時(shí)獲得，那就能指導(dǎo)我們?nèi)∮酶鼉?yōu)質(zhì)的長(zhǎng)江原水。

2.2可行性

原有各氯度監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的供電系統(tǒng)電量充足，增設(shè)的傳感器用電量都是毫安級(jí)，足夠使用。原有LORA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是2018年新近更換，替換原有GPRS無線通訊網(wǎng)關(guān)，傳輸速率與穩(wěn)定性更優(yōu)，輸入信號(hào)接口充足，可增添額外的傳感器。只需一部分額外人力、物力的投入即可獲得預(yù)期收益。

3前沿水質(zhì)監(jiān)測(cè)站主要設(shè)備介紹

3.1LORA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（ZY-TNG-103L）

3.1.1LORA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)簡(jiǎn)介

LORA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（ZY-TNG-103L）是一款支持LORAWAN協(xié)議，接收LORA終端采集數(shù)據(jù)，并通過4G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器的多功能網(wǎng)關(guān)。ZY-TNG-103L本身帶有485、數(shù)字量、模擬量輸入接口，方便現(xiàn)場(chǎng)使用。

ZY-TNG-103L可實(shí)現(xiàn)LORA轉(zhuǎn)網(wǎng)口，LORA轉(zhuǎn)WiFi，LORA轉(zhuǎn)2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP協(xié)議。在通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通訊方面，該網(wǎng)關(guān)采用工業(yè)級(jí)4G三網(wǎng)模塊同時(shí)支持電信、移動(dòng)、聯(lián)通三種網(wǎng)絡(luò)4G通訊，同時(shí)采用雙卡冗余設(shè)計(jì)，具有不受地理限制、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點(diǎn)[3]。

3.1.2LORA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)性能參數(shù)及接口定義

●電源：9～30V寬電壓供電。

●移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)關(guān)支持雙4G網(wǎng)絡(luò)通訊。

●WIFI網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)關(guān)支持WIFI網(wǎng)絡(luò)通訊。

●網(wǎng)口通訊：支持網(wǎng)口通訊。

●Lora網(wǎng)絡(luò)：8個(gè)信道同時(shí)工作，每個(gè)信道支持6種速率，支持LORAWAN協(xié)議。

●GPS：支持GPS定位功能。

●Modbus：支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議。

●模擬量輸入：支持4路模擬量輸入，默認(rèn)為電流輸入采集。

●數(shù)字量輸入：支持4路數(shù)字量輸入。

●遠(yuǎn)程升級(jí)：支持遠(yuǎn)程升級(jí)。

●本地離線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：支持離線數(shù)據(jù)本地保存、重新上線后自動(dòng)同步功能。

3.2氨氮傳感器（ZZ-WQS-ANB）

采用PVC膜銨離子選擇半透膜，測(cè)量快速簡(jiǎn)單;內(nèi)置溫度傳感器自動(dòng)溫度補(bǔ)償;IP68防水等級(jí)、線纜防腐蝕，一體式結(jié)構(gòu)，可直接投入水中;接線方式接單：一對(duì)DC12V～24V供電線，一對(duì)RS485信號(hào)線。

3.3PH值傳感器（ZZ-WQS-PHB）

采用成熟PH探頭，內(nèi)部參比液在至少1Bar壓力下極其緩慢地從微孔嚴(yán)橋中滲出，其正向滲出持續(xù)20個(gè)月以上;內(nèi)置溫度傳感器自動(dòng)溫度補(bǔ)償;IP68防水等級(jí)，線纜防腐蝕，可直接投入水中。

3.4在線濁度傳感器（ZY-TBS-FL1500-01）

在線濁度傳感器是一款可應(yīng)用于原水連續(xù)檢測(cè)的投入式濁度傳感器。對(duì)環(huán)境光有超強(qiáng)抑制能力，無需考慮光線變化對(duì)傳感器精度影響。自帶清洗裝置清潔鏡頭表面污垢。量程為0.01～400NTU，測(cè)量偏差士3%，數(shù)據(jù)采樣率為0.01～100HZ軟件可調(diào)，接線方式接單：一對(duì)DC12V供電線，一對(duì)Modbus/RS485信號(hào)線。

4需要增設(shè)的站點(diǎn)

瀏河水閘排污影響下游陳行水庫(kù)取水，瀏河出水口至陳行水庫(kù)長(zhǎng)江段原來沒有氯度遙測(cè)站點(diǎn)可以改造利用，所以應(yīng)在瀏河水閘內(nèi)側(cè)與瀏河與長(zhǎng)江交匯處分別增設(shè)兩個(gè)原水前沿監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。

5改造后的效果

使用LORA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（ZY-TNG-103L）作為信號(hào)采集與發(fā)送模塊，利用模塊預(yù)留信號(hào)輸入接口連接投入式氨氮傳感器（ZZ-WQS-ANB）、鹽度傳感器（ZY-SALS-XXXX-01）、濁度傳感器（ZY-TBS-FL1500-01）、PH值傳感器（ZZ-WQS-PHB），配以供電電池、太陽能電池板、充電控制模塊組成的供電系.統(tǒng)，即可創(chuàng)建前沿水質(zhì)檢測(cè)站點(diǎn)，對(duì)水質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

6結(jié)束語

綜上所述，利用原有長(zhǎng)江口氯度遙測(cè)系統(tǒng)，升級(jí)改造成本小，收益大。為更科學(xué)、更精細(xì)化地取水提供了技術(shù)保障，由此獲取的水質(zhì)數(shù)據(jù)將來可以作為原水水質(zhì)大數(shù)據(jù)的一部分加以利用。

參考文獻(xiàn)

[1]趙小飛.物聯(lián)網(wǎng)沙場(chǎng)“狙擊槍”一低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)解讀[M].北京：電子工業(yè)出版社，2018.

[2]劉瑤，王國(guó)峰，顧玉亮.城市公用事業(yè)[J]，2002（5）：36.

[3]高娟，華珞，滑麗萍，等.地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀分析與對(duì)策[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006（1）：75-80.