供水水源水質(zhì)監(jiān)測和預(yù)警研究

趙 彥

（遵義市供水有限責(zé)任公司，貴州遵義 563000）

目前，我國超過八成的水源地已經(jīng)出現(xiàn)污染狀況，且水質(zhì)會根據(jù)外在條件變化產(chǎn)生變動，為此技術(shù)人員必須及時采取措施，加強供水水源區(qū)域的水質(zhì)保護(hù)，確保后續(xù)供水工作滿足人們所需。但由于很多區(qū)域面積廣，因此人工監(jiān)測不僅難度大，而且成本高。為此，需加大信息化技術(shù)運用，利用搭建水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化收集。由此可見，對供水水源水質(zhì)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行研究具有重要現(xiàn)實意義。

1 供水水源監(jiān)測預(yù)警存在的問題

部分供水水源區(qū)域由于在數(shù)據(jù)監(jiān)測收集方面技術(shù)應(yīng)用不足，因此在供水的過程中通常只能夠針對小范圍水源區(qū)域開展深度處理，其他部分區(qū)域僅能夠基本達(dá)標(biāo)，無法實現(xiàn)污染物管控，在水質(zhì)監(jiān)測中依然會出現(xiàn)大量氨氮等物質(zhì)。此外，供水管道長久使用，也會對輸水資源產(chǎn)生二次污染。結(jié)合數(shù)據(jù)來看，我國現(xiàn)階段的661個城市中，供水總網(wǎng)面積巨大，其中包含59%左右的老化管網(wǎng)，5%左右的管網(wǎng)甚至已經(jīng)使用超過45年。然而由于管網(wǎng)更新需逐一進(jìn)行，會耗費較多的資源以及成本，為此若想要確保供水水質(zhì)，便要在不斷完善管網(wǎng)的同時通過信息化系統(tǒng)的搭建實時監(jiān)測水質(zhì)狀況。目前，部分區(qū)域在水源監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)運用背景下，水質(zhì)合格率已經(jīng)提升10%左右，但是由于系統(tǒng)搭建技術(shù)水平較差，所以使用效果尚有發(fā)展空間[1]。

2 供水水源監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

2.1 系統(tǒng)組成

水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的過程中需先確認(rèn)規(guī)劃思路，之后使用設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，并傳遞至現(xiàn)場管控中心以及中央監(jiān)控設(shè)備。系統(tǒng)會結(jié)合數(shù)據(jù)傳回情況對水質(zhì)數(shù)據(jù)加以分析并建立模型幫助技術(shù)人員預(yù)測水質(zhì)動態(tài)變化趨勢。與此同時利用管控體系建設(shè)，系統(tǒng)還會進(jìn)行前期預(yù)測，并結(jié)合數(shù)據(jù)情況和對下一階段水質(zhì)情況的預(yù)測，自動化管控供水速率。設(shè)計過程主要包括水樣采集、配水管控、參數(shù)分析、數(shù)據(jù)傳輸以及監(jiān)控中心等的設(shè)計，既包括前端數(shù)據(jù)監(jiān)測又包含數(shù)據(jù)傳送，屬于系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)模塊。通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要運用光纖以及周圍的電話網(wǎng)線。監(jiān)控中心的作用在于遠(yuǎn)程監(jiān)管，并基于數(shù)據(jù)信息完成水質(zhì)動態(tài)研究與處理。

2.2 監(jiān)測指標(biāo)選擇

現(xiàn)階段水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中主要針對以下參數(shù)開展分析與研究：①綜合指標(biāo)，包括pH值、懸浮物、渾濁度以及溶解氧等；②污染分析參數(shù)，包含化學(xué)需氧量、有機碳含量和紫外線吸收數(shù)據(jù)等；③污染物組成分析，包含金屬類、非金屬類、各種含氮物質(zhì)以及氯化物、含磷物質(zhì)等[2]；④有關(guān)細(xì)菌方面的參數(shù)指標(biāo)；⑤水溫條件指標(biāo)，如水流速、水域深度、周圍風(fēng)速、今日降水?dāng)?shù)據(jù)以及光照狀況等。在水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)使用中，必須要對指標(biāo)參數(shù)開展研究。通常來講，在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用主要針對總參數(shù)指標(biāo)以及污染物類別分析水質(zhì)，并基于當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)狀況條件、往年數(shù)據(jù)信息分析特殊指標(biāo)，從而確保后續(xù)水質(zhì)監(jiān)測與預(yù)警體系構(gòu)建的完整性。要想全面、真實、科學(xué)展現(xiàn)水質(zhì)狀況，分析動態(tài)趨勢，便要對水溫、pH數(shù)值、渾濁度、溶解氧以及氨、氮、磷、總有機碳等指標(biāo)進(jìn)行研究，并適當(dāng)增加新的指標(biāo)參數(shù)分析項目。

2.3 模塊結(jié)構(gòu)

技術(shù)人員主要運用PLC支持抽樣以及數(shù)據(jù)傳送，監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)規(guī)劃包括以下內(nèi)容。①控制中心模塊，掌握并監(jiān)控子系統(tǒng)運行，用于收集整合數(shù)據(jù)信息。②信息接收，通過軟件優(yōu)化設(shè)計收集整合數(shù)據(jù)信息。③自動化存儲，將數(shù)據(jù)自動化整合并根據(jù)類別存儲至數(shù)據(jù)庫模塊中。④動態(tài)顯示系統(tǒng)，動態(tài)收集數(shù)據(jù)信息并遠(yuǎn)程顯示在主顯示器中。⑤問題預(yù)警，在檢測數(shù)值信息數(shù)據(jù)存在異常狀況時便會通過管控系統(tǒng)自動化預(yù)警。⑥水源水質(zhì)管控模塊，結(jié)合動態(tài)檢測為供水廠工作人員提供數(shù)據(jù)信息，用以分析污染物的指標(biāo)數(shù)據(jù)，之后結(jié)合供水需要處理信息并建立預(yù)測模型，制定應(yīng)急處理方案，并綜合生成評價數(shù)據(jù)以供參考。⑦結(jié)果輸出。自動化打印數(shù)據(jù)內(nèi)容生成報告信息，如預(yù)測折線圖等。

軟件系統(tǒng)設(shè)計中是以模塊規(guī)劃的方式為主，此種形式后期升級維護(hù)難度較小。在具體工作中，工作人員可借助軟件開發(fā)以及數(shù)據(jù)庫搭建的形式滿足系統(tǒng)管控需要，并計算參數(shù)信息。整體來看，系統(tǒng)以Windows系統(tǒng)為核心進(jìn)行開發(fā)，運用了大量的編程理念，以保障界面的整潔度和易操作性。

2.4 水質(zhì)預(yù)警

水質(zhì)預(yù)警是指對區(qū)域內(nèi)水質(zhì)數(shù)據(jù)加以研究，分析變化趨勢并對下一階段水質(zhì)的變動狀況加以預(yù)測，明確變化趨勢，進(jìn)而為后續(xù)水質(zhì)問題以及其他綜合性狀況的規(guī)劃提供借鑒與參考，確保出現(xiàn)問題時能夠第一時間采取措施加以處理。在系統(tǒng)搭建的過程中，水質(zhì)預(yù)警的功能性需求較多，不僅要滿足某一時刻的預(yù)警質(zhì)量，還應(yīng)針對未來一段時間的數(shù)據(jù)預(yù)測狀況完成提前預(yù)警，因此前瞻性超前預(yù)測是設(shè)計的關(guān)鍵。結(jié)合預(yù)警過程中的狀態(tài)情況，預(yù)警系統(tǒng)分為趨勢型以及突發(fā)型兩種，前者是指由于長期積累所產(chǎn)生的水質(zhì)惡化，需要長時間過程性的累積；后者則是指數(shù)值在某個時間節(jié)點突然出現(xiàn)變動，沒有前期征兆數(shù)據(jù)和信息。針對以上兩種狀況，系統(tǒng)可結(jié)合實際開展以下3方面針對性預(yù)警：①對水質(zhì)指標(biāo)參數(shù)的變化開展預(yù)警；②運用分析統(tǒng)計技術(shù)監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)狀況并加以預(yù)警；③借助水質(zhì)數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，對可能產(chǎn)生的水質(zhì)狀況提供預(yù)警信息。

2.5 功能設(shè)計

結(jié)合現(xiàn)場水質(zhì)監(jiān)控與分析需要，系統(tǒng)設(shè)計中主要包括以下功能設(shè)計。

（1）動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測，支持前瞻性預(yù)警。在收集到實時數(shù)據(jù)之后，系統(tǒng)會將信息傳遞至主控制系統(tǒng)中，并顯示在顯示器上展現(xiàn)參數(shù)指標(biāo)的變化以及不同時間階段的動態(tài)狀況。在技術(shù)發(fā)展的背景下，技術(shù)人員還在設(shè)計中加大了GIS技術(shù)的運用，以幫助工作人員掌握水源區(qū)域的斷面水質(zhì)，若監(jiān)測數(shù)據(jù)存在異常則連接預(yù)警模塊，并生成預(yù)測信息實現(xiàn)前瞻性預(yù)警。

（2）集中管控，動態(tài)管理。在系統(tǒng)規(guī)劃過程中，硬件以及軟件設(shè)計應(yīng)滿足實際需求以及系統(tǒng)化要求，運用傳感器以及中央控制模塊建設(shè)系統(tǒng)。其中監(jiān)控設(shè)備作為系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，需將其與中央管控、預(yù)警、信息傳輸模塊相連接?？偠灾?，中央監(jiān)控系統(tǒng)的作用在于整合管控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在設(shè)計前期技術(shù)人員會對不同的監(jiān)測點進(jìn)行權(quán)限下放，之后通過遠(yuǎn)程管控監(jiān)測設(shè)備以及系統(tǒng)的運行參數(shù)和狀況，隨時發(fā)送指令。與此同時，中央監(jiān)控系統(tǒng)具備報警功能，可在不同時間節(jié)點調(diào)取過往信息形成曲線以及報表內(nèi)容。為強化系統(tǒng)運行以及數(shù)據(jù)調(diào)取的科學(xué)性和安全性，數(shù)據(jù)的傳輸與調(diào)用均有相對應(yīng)的備份信息，方便后續(xù)管理人員查詢。在此種設(shè)計下，工作人員便可明確水質(zhì)狀況和污染物類別、超標(biāo)信息。在動態(tài)管控背景下，系統(tǒng)還會基于數(shù)據(jù)為工作人員提供輔助決策方案，以此優(yōu)化動態(tài)供水管理質(zhì)量。

（3）全面管控，功能拓展。在收集到數(shù)據(jù)信息之后，系統(tǒng)會將信息數(shù)據(jù)與供水廠的管理體制相結(jié)合，并自動化實現(xiàn)供水管理。在運行過程中，系統(tǒng)所收集的數(shù)據(jù)信息可為水庫水質(zhì)變化規(guī)律研究提供數(shù)據(jù)借鑒，加大對微生物數(shù)量變化的掌握，通過預(yù)警的方式強化供水廠運行效果[3]。

2.6 關(guān)鍵點研究

（1）供水地的水源監(jiān)測屬于環(huán)保部門的工作范圍，然而在實際工作中由于數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量較差且不充分，因此系統(tǒng)很難發(fā)揮全部價值。出現(xiàn)此狀況的原因有以下幾種。①水域范圍較廣，管理工作量多。②環(huán)保部門日常監(jiān)測的主要目標(biāo)與供水廠有細(xì)微差異，且監(jiān)測的設(shè)計規(guī)劃較為常規(guī)，難以全面彰顯當(dāng)?shù)氐乃此|(zhì)狀況，無法為供水廠相應(yīng)工作開展提供參考。③由于技術(shù)運用無法滿足現(xiàn)實要求，且通常使用常規(guī)的技術(shù)形式完成定點采樣，因此經(jīng)常會受到周圍因素的影響導(dǎo)致樣本狀況不達(dá)標(biāo)，影響數(shù)據(jù)的科學(xué)性，無法真實、科學(xué)反映水質(zhì)狀況。在此背景下，為確保水質(zhì)數(shù)據(jù)使用需要，在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)建設(shè)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)收集管理奠定良好的基礎(chǔ)。

（2）為強化水質(zhì)監(jiān)測效果，保障供水水平，系統(tǒng)規(guī)劃中還需要針對水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測模型搭建。若想要強化模型搭建的使用效果，技術(shù)人員應(yīng)針對供水管理模式加以研究，優(yōu)化模式質(zhì)量，以此生成科學(xué)的模型。

（3）供水管理模式優(yōu)化之后功能性會進(jìn)一步拓展，可結(jié)合定時數(shù)據(jù)監(jiān)測對水質(zhì)條件加以研究并預(yù)測后續(xù)變化，實現(xiàn)前瞻預(yù)警，為動態(tài)供水管控及供水廠后續(xù)工作管理、決策創(chuàng)造良好的條件。為加強供水廠管控效果，在已有管理模式的基礎(chǔ)上，還要結(jié)合自動化供水管控系統(tǒng)滿足供水廠在水質(zhì)、水量管控方面的時效性，幫助供水廠實現(xiàn)數(shù)字化管理改革[4]。

3 強化供水水源水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)運行效果的建議

①相關(guān)部門技術(shù)人員應(yīng)與管理人員配合，結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃吹貭顩r制定供水應(yīng)急預(yù)案，確保在出現(xiàn)問題可以第一時間控制污染，減少水質(zhì)污染對用水的影響。②加大技術(shù)引用，強化科技水平，提升供水水源水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測和預(yù)警管理的科學(xué)性。此外，在系統(tǒng)搭建的同時還可融入其他技術(shù)設(shè)計自動化消毒管控系統(tǒng)用于飲用水水質(zhì)管理工作，提升飲用水質(zhì)量。③增強工作人員的個人能力與道德水平。在招聘環(huán)節(jié)應(yīng)強化對高技術(shù)人員的關(guān)注，以此提升團(tuán)隊組織水準(zhǔn)。在飲用水等管理部門還要設(shè)置專家組，在系統(tǒng)自動化監(jiān)測的基礎(chǔ)上，通過專家判斷水質(zhì)抽樣數(shù)據(jù)的方式，管控污染問題的產(chǎn)生，保障供水廠飲用水安全。

結(jié)合實際情況來看，應(yīng)急體系的構(gòu)建不僅有助于強化水源水質(zhì)污染問題的處理效果，而且可保障居民用水安全，強化供水廠供水質(zhì)量。由此可見，供水水源水質(zhì)監(jiān)測和預(yù)警的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，因此可借助系統(tǒng)搭建強化自動化數(shù)據(jù)采集效果，在提升監(jiān)測與預(yù)警效率的同時減少人為失誤，保障數(shù)據(jù)真實性，為供水廠可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)[5]。

4 結(jié)語

在社會不斷發(fā)展的背景下，水源地水質(zhì)經(jīng)常出現(xiàn)問題增加了供水廠的工作難度，需及時處理才能在滿足供水需求的同時實現(xiàn)水資源保護(hù)和優(yōu)化目標(biāo)。為此在后續(xù)的工作中，要求技術(shù)人員針對水溫、溶解氧、pH等參數(shù)強化模塊單元規(guī)劃，從而滿足水質(zhì)數(shù)據(jù)收集、水質(zhì)管控、數(shù)據(jù)監(jiān)管等需求，為供水廠可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。