河長制水環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測常規(guī)五參水質(zhì)在線監(jiān)測

“水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。”江河湖泊具有重要的資源功能、生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)功能，是最重要的水源，也是人類賴以生存的基礎(chǔ)。

為進(jìn)一步加強(qiáng)河湖管理保護(hù)工作，落實(shí)屬地責(zé)任， 健全長效機(jī)制，12 月 11 日，經(jīng)中央全面深化改革領(lǐng)導(dǎo)小組第 28 次會(huì)議審議通過，中共公廳、辦公廳印發(fā)了《關(guān)于全面推行河長制的意見》。

《意見》要求建立由黨政主要負(fù)責(zé)同志領(lǐng)導(dǎo)的省、市、縣、鄉(xiāng)“四級(jí)河長體系”，確認(rèn)了六方面的主要任務(wù)：加強(qiáng)水資源保護(hù)、加強(qiáng)河湖水域岸線管理保護(hù)、加強(qiáng)水污染防治、加強(qiáng)水環(huán)境治理、加強(qiáng)水生態(tài)修復(fù)和加強(qiáng)監(jiān)管。

《意見》對(duì)河湖水質(zhì)提出了更高的要求，在其指導(dǎo)下，北京、上海、江蘇、福建、浙江等地紛紛推出了地方性“河長制”《實(shí)施細(xì)則》和《實(shí)施辦法》，打響了污染防治、河道治理、建立河道管理保護(hù)長效機(jī)制的攻堅(jiān)戰(zhàn)。

1.2河道治理與長效監(jiān)管

河道治理是“河長制”的重要工作內(nèi)容，上海 市《關(guān)于本市全面推行河長制的實(shí)施方案》中，提 出了 2017 年底，實(shí)現(xiàn)全市河湖河長制全覆蓋，全市 中小河道基本消除黑臭，水域面積只增不減，水質(zhì) 有效提升；到 2020 年，基本消除喪失使用功能（劣 于Ⅴ類）水體，重要水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提升到78%，河湖水面率達(dá)到 10.1% 的工作目標(biāo)。

與短期的河道治理相比，河道水質(zhì)的長效管理持續(xù)時(shí)間更長，涉及部門和行業(yè)更多，協(xié)調(diào)和管理難度更大，是河湖管理保護(hù)中的一個(gè)難點(diǎn)。缺乏有效的河道水質(zhì)長效監(jiān)管解決方案，業(yè)已修復(fù)的河道也容易被再次污染，黑臭， 產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。

1.3水域功能和標(biāo)準(zhǔn)分類

依據(jù)地表水水域環(huán)境功能和保護(hù)目標(biāo)，按功能高低依次劃分為五類；

Ⅰ類 主要適用于源頭水、國家自然保護(hù)區(qū)；水質(zhì)很好。既無天然缺陷又未受人為直接污染，不需要任何處理。

Ⅱ類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場、仔稚幼魚的索餌場等；

Ⅲ類 主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)、魚蝦類越冬場、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)；

Ⅳ類主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)；

Ⅴ類 主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。

優(yōu)為Ⅰ類和Ⅱ類水質(zhì)，良好為Ⅲ類水質(zhì)，輕度污染為Ⅳ類水質(zhì)，中度污染為Ⅴ類水質(zhì)，重度污染為劣Ⅴ類水質(zhì)。

1.4地表水主要水質(zhì)指標(biāo)詳解

溶解氧 （DO）：代表溶解于水中的分子態(tài)氧。水中溶解氧指標(biāo)是反映水體質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，含有有機(jī)物污染 的地表水，在細(xì)菌的作用下有機(jī)污染物質(zhì)分解時(shí)，會(huì)消耗水中的溶解氧，使水體發(fā)黑發(fā)臭，會(huì)造成魚類、蝦類等水生生物死亡。在流動(dòng)性好（與空氣交換好）的自然水體中，溶解氧飽和濃度與 溫度、氣壓有關(guān)，零度時(shí)水中飽和氧氣含量可 14.6mg/L，25℃為 8.25mg/L。水體中藻類生長時(shí) 由于光合作用產(chǎn)生氧氣，會(huì)造成表層溶解氧異常升高而超過飽和值。

pH 值：表征水體酸堿性的指標(biāo)，pH 值為 7 時(shí)表示為中性，小于 7 為酸性，大于 7 為堿性。天然地表水的 pH 值一般為 6~9 之間，水體中藻類生長時(shí)由于光合作用吸收二氧化碳，會(huì)造成表層 pH 值升高。

水溫：水溫指標(biāo)是一個(gè)比較特殊的物理指標(biāo)。實(shí)際上對(duì)人體的健康及安全等并無直接的危害，其環(huán)境效應(yīng)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是水溫變化對(duì)水生生物的生長和發(fā)育存在著加速或抑制作用，二是水 溫對(duì)其他水質(zhì)指標(biāo)的環(huán)境效應(yīng)有協(xié)同作用，比如在其他水質(zhì)指 標(biāo)含量不變的情況下，水溫升高或降低，可能會(huì)導(dǎo)致某些環(huán)境災(zāi)害現(xiàn)象的發(fā)生。

濁度：濁度是表現(xiàn)水中懸浮物對(duì)光線透過時(shí)所發(fā)生的阻礙程度。水中含有泥土、粉砂、微細(xì)有機(jī)物、無機(jī)物、浮游動(dòng)物和其他微生物等懸浮物和膠體物都可使水樣呈現(xiàn)濁度。濁度值對(duì)于了解水質(zhì)狀況 和水質(zhì)處理有重要的指導(dǎo)意義。

COD：在水樣中加入已知量的重鉻酸鉀溶液，并在強(qiáng)酸介質(zhì)下以銀鹽作催化劑，經(jīng)沸騰回流后，以試亞 鐵靈為指示劑，用硫酸亞鐵銨滴定水樣中未被還原的重鉻酸鉀由消耗的硫酸亞鐵銨的量換算成消耗氧的質(zhì)量濃度。重鉻酸鉀的氧化能力很強(qiáng)，能夠較完全地氧化水中大部分有機(jī)物和無機(jī)性等還 原性物質(zhì)，適用于污染較嚴(yán)重的水樣分析。

總氮：水中各種形態(tài)無機(jī)和有機(jī)氮的總量。包括 NO3、NO2 和 NH4 等無機(jī)氮和蛋白質(zhì)、氨基酸和有機(jī)胺等有機(jī)氮，以每升水含氮毫克數(shù)計(jì)算。常被用來表示水體受營養(yǎng)物質(zhì)污染的程度。水中的總氮含 量是衡量水質(zhì)的重要指標(biāo)之一。其測定有助于評(píng)價(jià)水體被污染和自凈狀況。地表水中氮、磷物質(zhì)超標(biāo)時(shí)，微生物大量繁殖，浮游生物生長旺盛，出現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)。

水中油：水中的油類物質(zhì)主要來自于工業(yè)廢水和生活的污染，各種油類漂浮在水體表面，影響空氣與水體界面間的氧交換；分散于水體中的油類可被微生物氧化分解，從而消耗水中的溶解氧，使水 質(zhì)惡化，紅外分光光度法不受油品種的影響，能比較準(zhǔn)確地反映石油類的污染程度。

氨氮：水中以游離氨 (NH3) 和銨離子 (NH4+ ) 形式存在的氮，也稱水合氨，也稱非離子氨。非離子氨是引起水生生物毒害的主要因子。水中的氨氮受微生物作用，可分解成亞硝酸鹽氮，繼續(xù)分解，最終 成為硝酸鹽氮，此過程消耗水中 DO，還會(huì)造成藻類大量繁殖，即水體富營養(yǎng)化，水體發(fā)臭，魚類死亡等等

總磷：就是水體中磷元素的總含量，水樣經(jīng)消解后將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)變成正磷酸鹽后測定的結(jié)果，以每升水樣含磷毫克數(shù)計(jì)量。對(duì)于引發(fā)水體富營養(yǎng)化而言，磷的作用遠(yuǎn)大于氮的作用，水體中磷的濃 度不很高時(shí)就可以引起水體的富營養(yǎng)化。

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2、河長制水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

“河長制”河道水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)解決方案為河長制的落實(shí)提供全方位的產(chǎn)品支持、系統(tǒng)平臺(tái)支持和技術(shù)支撐。通過現(xiàn)場和實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，配合信息化系統(tǒng)和應(yīng)用終端，幫助河道管理部門及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握河道水質(zhì)信息，為預(yù)警預(yù)報(bào)重大流域性水質(zhì)污染事故，監(jiān)管污染物排放，以及監(jiān)督總量控制制度落實(shí)等提供幫助。該解決方案主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層主要是水質(zhì)分析解決方案，包括了水質(zhì)監(jiān)測中心、岸邊站、水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)和便攜式水質(zhì)檢測箱，提供了多種獲取河道水質(zhì)信息的方法，可以依據(jù)河道監(jiān)測需求以進(jìn)行選擇。網(wǎng)絡(luò)層主要是網(wǎng)絡(luò)通訊以及水質(zhì)數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)河道及水質(zhì)數(shù)據(jù)。應(yīng)用層以應(yīng)用軟件為主，包括電腦管理終端和移動(dòng)管理終端。

2.1水質(zhì)監(jiān)測中心

水質(zhì)監(jiān)測中心是固定性水質(zhì)監(jiān)測站，具有較大的內(nèi)部空間，支持安裝復(fù)雜的水質(zhì)監(jiān)測并提供良好的測試環(huán)境。水質(zhì)監(jiān)測中心一般由采水和配水單元、分析測試單元、系統(tǒng)控制單元和通訊單元等組成，具備完善的供水、供電、防雷、防水、保暖、防凍、網(wǎng)絡(luò)通訊以及視頻監(jiān)控等功能。在監(jiān)測站內(nèi)，還加裝化學(xué)試劑柜、實(shí)驗(yàn)臺(tái)等設(shè)施，放置實(shí)驗(yàn)室分析測試設(shè)備等，使其在在線水質(zhì)監(jiān)測功能之外，同時(shí)具備實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)分析能力。水質(zhì)監(jiān)測中心具有很大的靈活性，分析測試單元可根據(jù)不同的監(jiān)測需求進(jìn)行選擇，即可用于重點(diǎn)監(jiān)控江河斷面的水質(zhì)監(jiān)測，也可用于普通河道的水質(zhì)監(jiān)測。

監(jiān)測指標(biāo)

PH、ORP、電導(dǎo)率 /TDS、溶解氧、濁度、COD、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮等。

2.2岸邊站

岸邊站是半長期性水質(zhì)監(jiān)測站，一般采用彩鋼或不銹鋼材料建造，表面做噴塑或烤漆處理。岸邊站由采水和配水單元、分析測試單元、系統(tǒng)控制單元和通訊單元等組成，具備完善的供水、供電、防雷、防水、保暖、防凍、網(wǎng)絡(luò)通訊以及視頻監(jiān)控等功能。

岸邊站占地面積小，建設(shè)周期短，適用于土地資源緊缺，地形復(fù)雜，無法建設(shè)磚瓦結(jié)構(gòu)站房的場景。岸邊站可采用整體設(shè)計(jì)，在必要時(shí)可進(jìn)行整體遷移。

監(jiān)測指標(biāo)

PH、ORP、電導(dǎo)率 /TDS、溶解氧、濁度、COD、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮等。

2.3水質(zhì)監(jiān)測中心和岸邊站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采水單元

采水單元主要用于從河道抽取水樣，通常由采樣泵、采樣浮筏和粗隔離柵、壓力流量監(jiān)控及采水管道等組成。

配水單元和樣品預(yù)處理單元

水單元采集的水樣，通過配水單元分配給不同的分析測試設(shè)備，以及自動(dòng)留樣器。配水單元同時(shí)也具備自動(dòng)清洗功能，通過使用自來水進(jìn)行反向沖洗，可以排除管路和系統(tǒng)內(nèi)的泥沙等雜質(zhì)和污染物，確保管路通常。

樣品預(yù)處理單元負(fù)責(zé)水樣的預(yù)處理及分配過程，保證水樣滿足各分析儀器的進(jìn)樣要求。通常情況下，常規(guī)五參數(shù)（溫度、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度）的測量不需要進(jìn)行預(yù)處理，可以直接分析。其他分析儀器，如氨氮等，通常需要經(jīng)過多級(jí)過濾，進(jìn)行預(yù)處理后，才可進(jìn)樣測試。

2.4水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)

江河、湖泊、水庫是重要的飲用水水源，也是水環(huán)境治理和監(jiān)管的重要環(huán)節(jié)�；�于自動(dòng)水質(zhì)分析儀器的水質(zhì)監(jiān)測站具有強(qiáng)大的水質(zhì)監(jiān)測能力，具有良好的測試準(zhǔn)確性和可靠性。但在實(shí)際應(yīng)用中，也面臨一些局限性，特別是：

● 占用岸邊土地資源，選址難度大；

● 需要一定的供電供水等基礎(chǔ)保障設(shè)施，在偏遠(yuǎn)的山區(qū)難以實(shí)現(xiàn)；

● 采樣點(diǎn)比較固定，無法對(duì)特殊位置進(jìn)行取樣等。

水質(zhì)檢測浮標(biāo)結(jié)合了現(xiàn)代傳感器技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測水體的化學(xué)和理變化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳和分析。通過大數(shù)據(jù)建立水質(zhì)污染指數(shù)模型和特征污染物預(yù)測數(shù)據(jù)庫，可以對(duì)河道水質(zhì)變化進(jìn)行預(yù)測，并對(duì)突發(fā)性污染事件進(jìn)行預(yù)警。

主要監(jiān)測指標(biāo)

● 水質(zhì)參數(shù)： pH、ORP、電導(dǎo)率、TDS、鹽度、溶解氧、濁度、溫度、氨氮、COD、TOC、葉綠素 a、藍(lán)綠藻、硝氮等；

應(yīng)用領(lǐng)域

● 水源地預(yù)警；

● 江河、湖泊、濕地、海洋等的生態(tài)監(jiān)測；

● 藍(lán)藻、赤潮的監(jiān)測和預(yù)警；

● 富營養(yǎng)化狀況監(jiān)測和調(diào)查；

● 生態(tài)修復(fù)工程的效果評(píng)估和長效監(jiān)管；

● 水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測；

● 突發(fā)性污染事件監(jiān)測和預(yù)警。

水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)

主要特點(diǎn)

● 直接投放到河道中進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，使用簡單靈活，不占用岸邊土地；

● 浮標(biāo)體采用不銹鋼材質(zhì)制作，抗撞擊能力強(qiáng)，防生物附著性，耐腐蝕；

● 大浮力設(shè)計(jì)，有效載荷更高，可搭載更多水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備和輔助設(shè)備，存放電池和電子設(shè)備的密封箱水密封性佳；

● 浮標(biāo)具有自平衡能力，具有良好的抗風(fēng)抗浪性能；

● 采用傳感器進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，可根據(jù)測試需求配置不同傳感器，測試過程綠色無污染；

● 支持蓄電池和太陽能雙重供電，有效提高續(xù)航時(shí)間；

● 支持無電報(bào)警，提示運(yùn)維周期；

● 支持單點(diǎn)標(biāo)定、多點(diǎn)標(biāo)定、動(dòng)態(tài)標(biāo)定功能；

● 支持雙向通訊，可遠(yuǎn)程控制浮標(biāo)，調(diào)整測量參數(shù)；

● 支持大容量的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)；

● 支持?jǐn)?shù)據(jù)無線傳輸，可設(shè)置測試和數(shù)據(jù)發(fā)送間隔；

● 支持傳感器自清洗功能，減少日常維護(hù)量；

● 支持 GPS，支持全球定位；

● 支持離水報(bào)警和位置偏離報(bào)警，加強(qiáng)防盜功能；

● 具有警示燈標(biāo)，有效提醒過往船只，防止碰撞；

● 具有固定及回收系統(tǒng)，可根據(jù)水下不同情況選擇不同形式的錨和拋錨方式。

4.1.硬件方案

序號(hào)

設(shè)備名稱及關(guān)鍵參數(shù)

1

在線多參數(shù)傳感器
  - 標(biāo)配5種參數(shù)
  （溶解氧、電導(dǎo)率、PH、氨氮，溫度、濁度傳感器）
  - 信號(hào)輸出：Rs485（Modbus/RTU）
  - 線纜長度可選
  - 防護(hù)等級(jí)IP68

2

一體式熒光法溶氧傳感器
  - 熒光法電極
  - 0-20mg/L， 0~200%飽和度
  - 信號(hào)輸出：Rs485（Modbus/RTU）
  - 線纜長度可選
  - 防護(hù)等級(jí)IP68

3

在線PH傳感器
  - 標(biāo)配工業(yè)PH電極
  - 內(nèi)置溫度補(bǔ)償
  - 信號(hào)輸出：Rs485（Modbus/RTU）
  - 線纜長度可選
  - 防護(hù)等級(jí)IP68

4

數(shù)據(jù)采集儀
  -基本接口：8路AI，8路DI，1路RS485，6路RS232，2路繼電器輸出

支持

GPRS/CDMA/ADSL/L

AN/PSTN撥號(hào)等多種通訊方式

5

氨氮傳感器 - 高量程版

（測離子銨氮NH4+）

（離子選擇電極法，免藥劑）

- 0-1000mg/l   NH4-N （不低于100ppm）

- 精度：±3%F.S.

- 內(nèi)置溫度補(bǔ)償

- 信號(hào)輸出：Rs485（Modbus/RTU）

- 線纜長度可選

- 防護(hù)等級(jí)IP68

軟件方案

PC端上位機(jī)畫面

通過有線/GPRS無線模塊實(shí)時(shí)傳輸給PC的上位機(jī)軟件，做到了遠(yuǎn)程監(jiān)測而不必一直監(jiān)控觸摸屏，節(jié)省了人力物力。

l  移動(dòng)端顯示

通過有線/GPRS無線模塊實(shí)時(shí)傳輸給移動(dòng)設(shè)備上，做到了遠(yuǎn)程監(jiān)測而不必一直監(jiān)控觸摸屏，節(jié)省了人力物力。

1. 方案特點(diǎn)

◆ 智能化站點(diǎn)控制，具備設(shè)備運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控、動(dòng)態(tài)顯示及數(shù)據(jù)管理功能

◆ 采水方案、數(shù)據(jù)傳輸多樣化，根據(jù)實(shí)際需求可選

◆ 準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠的分析技術(shù)，獨(dú)特的高度定量設(shè)計(jì)

◆ 系統(tǒng)集成度高、故障率低，維護(hù)量小，有效數(shù)據(jù)率大大提高

◆ 擴(kuò)展性強(qiáng)，并兼容市場主流的各家儀表

◆ 以第三方運(yùn)營為保障手段，確保系統(tǒng)和設(shè)備的有效運(yùn)行