地下水水质在线自动监测技术方案.docx
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地下水水质在线自动监测技术方案
地下水水质在线自动监测系统
一技术方案
1.系统组成及概述
1.1系统结构组成
地下水水质自动监测系统由以下两部分构成：
监控子站（地下水子站），水质监控中心平台。
1.2监控子站组成及概述
1.2.1地下水水质在线自动监测系统
采用投入式、免试剂多参数水质分析仪，仪器通过地下水监测井悬吊于待监测水层中，对地下水体实施现场原位连续自动监测。
采用太阳能供电方式，通过无线通讯技术实现地下水监测系统与中心监控平台之间的数据传输和远程控制。
系统由供电系统，数据采集传输单元、水位水温传感器、水质多参数分析仪、地下水监测信息管理平台等组成。
地下水监测系统示意图
地下水监测系统效果图
1.2.2地下水水质监测站配置
1、标准配置
目前国内地下水监测常规因子：
水文监测因子：
水温、水位；
水质监测因子：
溶解氧、电导率、浊度、PH
监测因子
选择原因
水位
地下水总量控制
水温
地下水的温度场与压力场和化学场的变化密切相关
溶解氧
溶解氧对饮用水地下原水的除铁、锰的效果有影响
电导率（EC）
地下水的电导率异常与其污染状况密切相关
浊度
浊度是地下水透明度的衡量指标
pH
地下水水化学特征的因子
2、可选配置
地下水监测可扩展监测因子：
水质监测因子：
总溶解性固体、氨氮、硝酸盐、氯化物、氟化物、钙、CODmn、盐度、矿化度、水中油等
总溶解性固体（TDS）
也称地下水总矿化度，是地下水中各种离子的集中体现，也是研究地下水化学特征的重要指标
氨氮、硝酸盐
地下水受污染的重要指标。
主要来源：
污水废水下渗污染、化学肥料的污染、垃圾粪便的污染
氯化物
地下水受污染的重要指标。
主要来源：
第一、水流过含有氯化物的地层，将其中的氯化物溶入水中。
第二、水源受生活污水或工业废水污染。
第三、接近海边的江水或井水受海潮水或海风影响使氯化物含量增高。
氟化物
饮用水源水受污染的重要指标
钙
地下水硬度的重要来源
CODMn
衡量地下水水质有机物污染状况
盐度、矿化度
衡量地下水溶解物质的指标
水中油
地下水工厂、加油站污染状况
1.3系统特点
●太阳能、市电、电池供电多种模式
●长期、连续、定点在线监测，全自动无人值守工作
●适合于各种水文地质类型含水层水文、水质监测
●多通道数据采集传输设备，并有数据记录、处理、报警功能
●根据野外环境，具备相应避雷保护、抗干扰功能，提高系统野外适应性
●野外环境长期专用传感器，高精度、高稳定性
●传感器多层抗生物污染设计：
环境安全防垢部件和防垢涂层；独特的双清洗刷装置
●标准化接口，模块化设计，安装简易、灵活，可根据需求扩展监测参数
●采用光谱分析、电化学分析技术，对水体进行免试剂原位监测，不对环境产生二次污染
2.1系统配置表及组成
序号
名称
备注
1
监测分析单元
2
供电系统
3
数据采集传输系统
4
监测井外设单元
监测井防护装置、安全防护系统等
5
数据服务系统
服务器、中心站管理软件等
系统组成图
2.2监测分析单元选型及配置
根据《水质自动分析仪技术要求》（HJ/T96～103-2003）提出的技术和控制系统要求，经过仪器市场调研，按照先进性、实用性的原则以及方便维护的需要，选择主流分析仪，且所有产品都须具有国际ISO9002质量认证资格，并已在我国水质监测系统广泛使用。
1、地下水监测站配置
标准配置：
水位、水温、PH、电导率、溶解氧、浊度。
可选配置：
总溶解性固体、氨氮、硝酸盐、氯化物、氟化物、钙、CODmn、盐度、矿化度、水中油等特征因子。
2、仪器配置
标准配置：
序号
仪器
项目
分析方法
备注
1
压力式水位计
水位
压力式传感器
水温
白金电阻式
2
水质多参数原位分析仪
pH
玻璃电极法
溶解氧
荧光法
电导率
四极式电极法
浊度
90度散射光法
3、参数配置
标准配置：
序号
监测因子
测量范围
检出限
准确度
重复性
分辨率
1
水位
0-200米
——
±0.05%FS
——
24比特，全量程的0.0003%
2
温度
0-50℃
——
±0.05℃
——
0.003℃
3
PH
0-14PH
——
±0.08pH
±0.08pH
0.01pH
4
电导率
0～300ms/cm
——
±1%FS
0.50%
0.01µS/cm
5
溶解氧
0-20mg/L
——
±0.30mg/L
0.2mg/L
0.01mg/L
6
浊度
0-500NTU
——
测量值的2%或0.05中取较大值
4%
0～20NTU,分辨率为0.01；
大于20NTU，分辨率为0.1
2.3供电系统
采用太阳能、市电、电池多种供电模式。
户外无站房情况：
由于在野外，考虑到安全防盗情况，系统供电方案采用太阳能供电系统。
户外有站房情况：
可以考虑采用太阳能、市电两路互补的供电系统。
蓄电池的规格数量根据系统耗能而定。
太阳能供电系统包括太阳能电池板、铅蓄电池组及太阳能控制器。
●太阳能板，涂覆塑料保护层，耐磨、耐刮、耐碰撞，机械刮擦造成龟裂均不影响太阳能板正常工作；
●太阳能板与蓄电池连接采用水密太阳能电池接头。
带有充电控制模块、升压模块和专业防雷模块；
●太阳能供电系统能够保障地下水监测系统的电力需求维持系统正常运行。
2.4XHDAS-90型遥测终端机
概述
该产品为高防护型测控装置，采用高性能锂电池供电，可采集各类仪表、变送器的输出信号并通过GPRS或短消息远程传输数据，适用于不具备供电条件、环境恶劣的监测现场，广泛应用于供水、水利、农业、地质、环保等行业。
产品特点
●数据采集、传输一体化设计。
●支持电池、太阳能、市电供电。
●IP67防护等级，防水、防潮、防浸泡。
●支持串口、远程设置工作参数，可现场查看数据。
●支持各家组态软件和用户自行开发软件系统。
产品功能
●通信功能：
支持GPRS、短消息两种通讯方式；支持与多中心进行数据通信；支持定时唤醒、实时在线两种工作模式。
●采集功能：
采集压力、水位变送器的标准信号；采集流量计、脉冲表的流量数据；采集其它现场信号。
●对外供电功能：
可对外提供5V、12V直流电源，为变送器供电。
●远程管理功能：
支持远程参数设置、程序升级。
●报警功能：
监测数据越限，立即上报告警信息。
●存储功能：
本机循环存储监测数据，掉电不丢失。
技术参数
●硬件配置：
6路DI/PI、2路AI、1路串口。
液晶显示、4按键键盘可选。
关于1路串口的补充说明：
测控终端接串口设备时，RS232最多可以采集一个串口设备的14个量；RS485可以接多个串口设备，但总共可以采集14个量。
比如每个串口设备均采集流量、压力2个量，那么可以接7个串口设备；如果每个串口设备采集7个量，那么可以接2个串口设备。
●通信误码：
≤10-6。
●存储容量：
4M。
●供电电源：
10V～28VDC。
●电池寿命：
1～5年（与数据发送频率有关）。
●功耗：
休眠电流≤50uA/14.4V；
采集电流≤5mA/14.4V；
发送平均电流≤10mA/14.4V。
●安装方式：
壁挂式。
●外形尺寸：
229x179x69mm。
2.地下水监测信息管理中心
3.1系统架构
地下水监测信息管理系统集监控、报警于一体，支持局域网和广域网，用户可以在任何地方操作和使用的专门，可实现地下水自动监测、无线传输的远程管理及浏览系统。
系统主要包括监测孔信息管理、监测设备信息管理、通信设备的信息管理、用户及权限设置、日志记录、实时监测、数据查询、统计、报警及信息发布、人工置入数据等功能。
系统具有响应召测的功能，可以随时在中心站的要求下，发送测得数据，中心站随时控制现场及时响应。
系统采用GIS图集和传统数据格式相结合的展示方式，将各种设备的分布点显示在图上，每个点都有相应的数据信息，点击分布点就可以显示数据，方便用户的查看、操作。
3.2系统功能
3.2.1测井信息管理
监测井管理的信息主要包括：
统一编号、孔号、检测孔级别、检测孔类型、地理位置、经度、纬度、所属流域分区、所属水文地质分区、所属行政分区、地面标高、孔口标高、孔深、地下水类型、监测层位和建井时间等内容的添加、修改、删除及浏览、查询。
3.2.2数据展示
（1）实时数据
实时接收并显示现场的监测数据，并对监测参数的超标情况进行判断，发现异常及时报警，显示现场运行模式及故障状态。
还可以结合电子地图对监测点位置进行直观展示。
（2）数据对比
可以对接收到的数据进行某一固定参数，按时间段和多个监测点的结果对比，展示的形式是以曲线图的形式进行展示，较为直观。
（3）历史数据和数据报表
可以对接收到的数据进行按时间段和参数的结果查询，展示的形式分为表格和曲线两种展示形式。
并且可以将查询的结果以定制的Excel格式的形式进行输出。
3.2.3数据查询、统计
查询功能主要是方便用户快速检索监测井的基本信息、监测仪信息、通信设备信息等。
统计：
对指定监测井指定时间段内的监测水位值进行统计，包括最大值、最小值和平均值等。
统计功能主要是为了方便用户更全面的掌握井点的接收数据、水位标高和电量等信息，该功能将对井点的水位、水温及仪器电量等信息的平均值进行统计，方便用户了解井点情况。
3.2.4水质数据分析
通过对实时或历史的各类监测数据进行加工处理、分析。
在对这些基础数据分析之前，平台会根据数据状态进行数据有效性检验，只有有效的数据才会成为业务分析的基础数据，其他故障数据将为监测设备的运行状态提供参考。
河海及地下水水质评价
水质评价功能依据国家《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）、《地下水环境质量标准》（GB/T14848-93）及《海水水质标准》（GB3097-1997），根据应实现的水域功能类别选取相应类别标准进行水体水质单因子评价。
实时查看水质达标情况，并计算超标污染物的超标倍数，经过分析得出河流主要污染物类别及判定地下水水质主要污染物及海洋水环境质量状况等。
3.2.5站点运行监控
（1）监测参数
监测参数功能可以使用户实时的了解到现场装有哪些传感器设备，都对哪些参数进行监测，通讯仪器的配置信息等。
（2）设备状态
1 数采仪状态：
远程监控到联网数据采集仪器的实时运行状况，及时了解到数采仪设备是否正常联网运行，如数据没有正常接收，可通过此处判断是否是数采仪故障。
2 传感器状态：
现场所安装的传感器的实时的运行状况是否正常，可以通过这里的参数运行值来实时的判断出来，如：
判断仪器是否该清洗，是否在正常运行等情况。
（3）数据自动回补
在日常现场仪器使用时，由于现场的情况所限，我们的传输设备只能采用GPRS无线传输技术，这种技术对现场网络信号要求较高。
由于是野外作业，现场的网络信号无法保证，可能会存在偶尔断网的情况。
在这种情况发生时，会造成现场的数据没有正常上传，这时数据的自动回补功能就非常有必要了，我们可以利用此功能要求现场的设备将数据再次重新上传一遍，从而保证了中心站的数据是完整的，不会因现场的网络状况不好，而引起中心站丢失数据的情况发生。
（4）水站的GPS定位
每个水站上都安装有GPS定位设备，可以实时监控到当前浮标所在的位置，中心站软件平台上会结合地图的功能对位置进行展示，及时的确定浮标当前所处的位置，以及是否超出原有的既定范围。
（5）设备远程控制
在各监控点、各托管站和环境监测中心实现双向操作、管理远程控制，实现水质监测站数据传输、现场工作状态、安全和参数超标报警等远程控制。
可以对监测站现场的系统、仪器设备，进行远程参数设定和控制。
可实现的操作有：
1）仪器清洗周期设定
2）仪器数据上传周期设定
3）仪器参数重置
4）仪器重新启动
5）仪器其他个性化参数设定
中心站远程向现场的仪器发送指令进行远程操控，可以完成中心站对远端的现场仪器进行远程控制，做到监测者不用到现场也能完成对现场仪器的控制，极大的方便了监测者的日常工作，提高了工作效率。
3.2.6报警功能
报警功能是指对收到的传输信息进行预警，预警包括通信设备电量预警、水位异常预警、水温异常预警及通信设备所用SIM卡信号等信息异常时进行报警。
3.2.7移动终端访问
平台提供了移动终端访问服务，用户可以通过手机随时访问相关业务数据，及时的了解到监测点设备是否正常，以及当前监测的数据值是否有异常。
3.3系统管理
本子系统包括用户及权限管理、系统日志管理和监测点维护，能够增加系统安全和权限控制管理，能够跟踪用户在系统中的关键操作，方便用户扩展和维护监测井。
3.4系统安全
用户进入系统时需要进行身份验证，权限不同的用户对平台享有不同的访问权限。
二运营方案
地下水水质自动监测系统的有效运行和效益发挥有赖于合理的运行方式和与之配套的管理制度。
成立专业的队伍，制定严格的规章制度及其监督执行措施，是该系统正常运行的根本保证。
1.运营建设
根据现场仪器分布情况，并结合合同约定考核指标要求，按照公司统一的运营机构建设投入标准，为运营机构配备相应人员、车辆、办事处、备件等资源。
2.运营流程管理
运营工作内容纷繁复杂，主要的工作内容包括巡检、维护、维修、校验、考核、质控、备品备件管理、档案报告管理等内容，公司设计了标准流程将八部分内容连接起来，保证运营工作有序的进行。
3.运营制度管理
系统运行、管理、维护要有明确岗位责任，按照实际需要定岗、定人、定责、定权。
并由上一级管理部门负责考核，以确保岗位责任制的落实执行。
4.质量保证体系
为了保证监测仪器在持续的基础上提供有质量的数据，对监测仪器运营建立了质量保证程序。
监测仪器的运营质量控制保证由维护、检修、校验、数据记录审核等几个阶段构成。
5.安全管理制度
安全管理包括站点基础设施、仪器设备、信息采集传输设备和计算机网络安全体系的管理，其主要任务是定期巡查站点基础设施、仪器设备和信息采集传输设备，制定系统安全技术方案、运行日志制度，以及规范数据操作与备份，保证信息在各个环节的安全。
6.技术培训制度
建立技术人员培训档案和考核制度，逐步提高技术人员知识结构、业务水平和处理运行中发生各种问题的能力，培养一批能熟练掌握系统功能和各种仪器设备的管理人员、操作人员和维护人员，为系统的正常运行提供人员技术素质保证。
7.文档管理制度
文档管理是系统运行管理的重要组成部分。
考虑到文档的完整性和连续性，应在工程建设开发期间已经建立起来的文档管理基础上，继续完善和进行文档管理工作。
包括：
（1）进一步完善文档管理规范。
包括建立文档目录、文档检索、加密及安全保护措施、借阅使用规定、更新控制、文档归档要求等。
（2）按照文档管理规范要求进行文档管理工作。
充分发挥文档在系统运行中的作用。
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