水质自动监测系统的建设及应用研究
金军锋，潘烈群，陈学军
（1.杭州市富阳生态环境监测站，浙江 杭州 311400；
2.杭州市生态环境局富阳分局，浙江 杭州 311400）
为了有效治理水环境，改善水质质量，我国不断加大对水环境的保护力度，水质自动监测系统工程建设数量、建设规模持续扩大。水质自动监测系统能够在线实时监测水质情况，并依托于计算机等先进技术科学有效地分析水质信息，确保所获取的水质监测结果具有较高的精准度，从而为后续水环境治理管理工作有序开展提供重要支撑，保证水环境治理取得显著成效。所以，在水环境监测工作开展中，需要将水质自动化监测系统作为主要监测手段，合理建设和有效应用管理水质自动监测系统，充分发挥出技术优势，在现代化、自动化等高新技术的支持下显著提高水质监测工作效率和工作质量，确保水环境管理取得显著成效。
水质自动监测系统是指使用专业的系统软件对水环境进行采样，并对水质进行自动检测、分析、处理的实时监测系统。与传统的手工监测方式相比，水质自动监测系统在降低人工成本、提高工作效率、保证监测质量等方面发挥着积极的优势。具体来说，水质自动监测系统通过自动化仪器对水环境进行机械式采样，对水质中水体溶解氧、浊度、pH值、电导率、水温等参数进行自动监测，从而收集到全面、真实、准确的水质监测数据，并及时将监测结果和数据检测分析上传至数据管理平台中，便于工作人员实时查看监测数据，全面了解水体整体状况，这样有助于工作人员在水质恶化初期采取有针对性的措施消除污染源，避免水质污染范围进一步扩大[1]。而且一旦前端传感器监测到某处水质参数超过水质标准值时，水质自动监测系统还能及时发出警报，让工作人员快速响应，确保水质治理的及时性。水质自动监测系统是一种主动式监测手段，改变了以往的被动监测方式，不仅能够及时监测水域质量，还能提供可靠数据支持上游水域的科学治理，同时也能提供预警，便于下游水域提前采取相对应的防范措施[2]。
水质自动监测系统的组成部分分为中心站软件平台和子站系统，它们具有各种功能和作用。其中中心站软件平台能够全面接收各个子站系统所采集的监测点数据，始终确保数据的及时性和有效性，并科学分析监测数据，生成详细的监测报告，同时自动生成对应的数据图表，便于工作人员直观清晰地了解水质的变化情况。中心站软件平台也能科学处理超过安全值域的监测数据，一旦监测到水质超标数据便会自动发送报警信息通知工作人员。在必要情况下，中心站软件平台可以远程重启对应的子站系统，调整修改远程参数，确保集约化管理，提高管理效率。当然，中心站软件平台可以保留、存储所有的监测数据，方便工作人员随时查找翻阅历史数据，为后续工作的开展提供有效参考和指导[3]。而子站系统是水质自动监测系统不可或缺的结构部分，子站系统负责整个系统所有数据的分析、整理、处理工作，并对水质的常规五参数、高锰酸盐指数、氨氮总有机碳等参数指标进行重点监测。
目前，各个国家都在广泛推广水质自动监测系统，应用范围不断扩大，而水质自动监测系统在数据采集、分析、整理、传输等方面发挥着显著优势，此种监测方式也逐步成为水质监测的主流发展方向。当然，水质自动监测系统也存在一定的不足，不仅建设初期需要投入大量成本，而且维修维护成本较高，这就使得系统整体运行费用居高不下，同时对操作人员的技术知识水平、操作技能水平和维修人员的维修水平提出了严格的要求。所以，在日常水质监测工作开展中，我们仍旧需要加大水质自动监测系统的研究力度，持续提高监测系统的自动化、智能化水平，加强水质在线监测能力，更好地为水质保护工作提供高效服务。
为了科学优化监测指标，强化水质波动研判分析，加强监测成果运用，为健康水环境“把好脉”，我们需要加大水质自动监测系统的建设力度，有效解决人工监测效率低、响应不及时等问题，以完善的供水安全保障体系保证用水安全。具体来说，在水质自动监测系统建设过程中，需要严格遵循以下建设原则。
第一，标准化原则。在建设安装水质自动监测系统时，必须严格遵守国家颁布的相关法律法规和规定要求，不能存在违规作业或者不规范作业情况。要全面标准化设计水质自动监测系统的硬件技术指标，进一步提高硬件使用性能和应用水平。同时也要统一标准化设计软件，各种运行软件需要提供实现相互兼容的接口，做到互联互通，确保数据的开放性[4]。此外，为了充分满足政府层级、不同厂家设备、不同软件应用、不同协议间的有效连接需求，整体水质自动监测系统在设计、技术、设备选择方面都需要支持国际标准的网络接口和协议，以进一步构建高度开放的发展格局。
第二，智能化原则。在规划设计水质自动监测系统时，需要考虑到未来发展方向的智能化，从而有效满足水质环境集约、高产、高效、生态、安全的发展需求。通过综合应用智能传感、无线传感网、无线通信、智能处理与智能控制等物联网技术，打造生态环境监测新引擎，实现水质监测智能化发展，确保水质自动监测系统集水质采集、智能分析处理、预警信息、决策支持、远程自动控制多种功能于一体，促进水质监测质量和效率的双提升。在水质智能监测系统的应用下，能够结合大数据、人工智能监测分析等技术手段智能化分析高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮等水质监测参数指标，最大限度降低监测误差，真正做到智能化、高效化、精准化[5]。除此之外，还能够智能化管理水质样品采样、运输、前处理、数据分析、数据报送、数据存储等多个运行环节，实现水质监测分析全程留痕、进度可视、结果可追溯。
第三，实用性原则。由于水质自动监测系统需要为各个用户或者某项工程提供高效服务，所以，在建设过程中实用性也是必要遵循的原则，所建设的水质自动监测系统、所选择的监测地点都需要符合工程的实际情况，满足用户的实际使用要求。具体来说，在进行水质自动监测系统设计建设前，工作人员需要开展实地考察调研，了解实际情况，结合实际优化资源配置，合理布局监测网点，科学选择监测项目，确保水质自动监测系统建设应用达到最佳状态。在建设时，部分外界因素可能会影响监测系统的正常运行，还需要提前采取有针对性的措施消除不良影响。比如，进行水质监测取样时，如果取样河流属于季节性河流或者河流水位存在较大变化，就可以将传感器、采样泵支架等仪器设备增加安装在取水口位置处，这样传感器能够对采样端口与水体底部距离进行动态监测，及时将数据传输给中心系统，这样监控中心系统的工作人员就能够全面掌握水质监测区域现场的实际情况，做出正确判断，合理调整水质监测方式。而采样泵支架能够有效避免枯水期水体底部泥沙进入到采水系统中，始终确保采水数据的正确性，杜绝异常数据产生。
3.1 合理构建工作协调机制
水质自动监测系统建设工作较为繁琐，复杂性较强，在实际施工建设过程中需要综合考虑多项内容，涉及多项建设环节，一旦各项工作安排不协调，缺乏有效沟通，就无法提升建设效率和质量。为了保证水质自动监测系统建设工作高效有序进行，在规定时间内高质量完成，相关单位需要合理构建工作协调机制，强化沟通意识和协调意识，保持上下左右联系畅通，在相互配合协作下，统筹解决监测系统建设中存在的各项问题。相关单位需要从各个部门中抽调专业性人才组建建设工作协调小组，根据实际情况建立健全工作协调制度，协调小组负责统筹、规划、指导水质自动监测系统的建设工作，明确职责分工，认真落实各项建设工作，形成高效运行的长效工作机制。
3.2 规范化、标准化建设站房
在水质自动监测系统施工建设中，站房不仅是建设的基础性内容也是不可或缺的结构组成，为了有效提高水质自动监测系统整体施工建设质量，就需要科学选址，合理设计站房结构，科学规划布局，规范化、标准化建设站房。就当前实际情况来看，部分区域在建设站房时仍旧保持着传统落后的管理观念，再加上缺乏丰富的建设经验，导致实际的站房建设效果达不到理想预期。为了有效解决这些问题，相关单位需要全面整合我国水质自动化监测站管理相关文件，综合考虑当地水质条件、地质条件等因素，科学制定站房建设技术标准和建设规范流程，从源头上把控站房的规范化建设，这样才能充分发挥水质自动监测系统的功能和作用，确保生态效益、经济效益、社会效益最大化。
3.3 科学构建自动监控平台和数据管理平台
为了全面监测当地水域的水质环境状况，监测区域并不仅仅设置一个水质自动监测系统，往往是由几十个或者上百个水质自动监测站构建形成的庞大而完整的水质自动监测体系。在这个水质自动监测体系中，每天所产生的实时监测数据总体数量庞大，如果采取人工处理数据的方式就需要花费大量的时间和精力，大大加重了工作人员的劳动强度和负担，所花费的成本也很高。为了保证数据信息处理的高效化和精准度，相关单位需要根据当地实际情况开发建设自动监控平台和数据管理平台，确保现有的数据处理效率大大提升，有效满足水质监测工作的高标准和高需求。在处理数据信息时，各个区级监测部门需要将水质自动监测数据及时上报给市级部门，由市级部门统一统计、分析、处理、归纳汇总，实现一体化数据管理，大幅度提升水质自动监测系统的数据处理水平。
4.1 加强水质自动监测站的运行维护
当水质自动监测系统投入使用后，后期的运行管理效率和管理质量会对整体水质监测效果产生严重影响。所以，在水质自动监测系统应用过程中，相关单位还需要加强运行维护管理，确保水质自动监测系统安全稳定高效运行，提高自动监测数据的精确性，便于工作人员全面掌握水环境的实际质量状况。一般来说，水质自动监测系统建成投入应用后，常见的运行管理方式包括两种，其一是生态环境部门的自主运维管理，其二是委托第三方机构开展运维工作。相比于生态环境部门自主运维管理方式，第三方机构运维管理有着显著优势，包括管理人员配备的充足性、运行管理的自主性、所受到的行政干预较小等，以此来为水质自动监测系统运行数据的稳定性和可靠性提供有力保障。因此，各个区域在进行水质自动监测系统运行维护管理时，在综合权衡利弊的基础上，将运行管理工作全面委托给第三方机构，既能保证水质自动监测系统的运行效果，也能提高整体运行维护质量。
4.2 加大监督管理力度
在水质自动监测系统运行维护过程中，多种外界因素会对仪器设备的正常运行产生不良影响，引发运行误差、运行不安全、监测数据异常等问题，这就难以保证监测数据的准确性和真实性。所以，应用水质自动监测系统时，相关单位还需要加大监督管理力度，有效监督水质监测工作的各个环节，确保水质自动监测系统中的各个仪器设备始终保持稳定安全的运行状态，降低监测误差率。水质自动监测系统的主要构成环节分为自动监测、数据传输、数据分析、数据应用等，无论哪个环节存在不足和缺陷，都会给水质自动监测系统的正常运行造成严重影响，这就要求在开展监督管理工作时，相关单位根据实际情况建立运营单位信息反馈-区级审核-市级监控的管理制度，明确划分各部门的工作内容和工作职责，确保权责清晰，整体管理体系运行通畅，使各项监督更加规范、更加有力、更加有效，持续提高监督管理的针对性和精准性。其中运营单位需要对水质自动监测系统的日常维护运行工作进行全面监管，减少运行故障的发生，切实提升系统运行的安全性和稳定性；
区级的监测部门需要及时收集、整理、处理各水质自动监测系统监测过程中所产生的全部监测数据，及时上报水质监测的异常情况或者超标情况；
而市级监测部门需要综合汇总、分析全市的水质自动监测数据，全面评估、合理判断全市的水质质量，有效制定对应的水质保护方案和行动计划，维护区域内水源地水质总体达标，显著提高水源地水环境安全保障水平，增强水质管理成效。
综上所述，水资源作为人类赖以生存和发展的重要资源之一，它的水质质量将会对人体健康产生严重影响，随着环保理念的深入人心，人们越发重视水质安全，水环境监测需求不断增长，这就要求相关单位要切实做好水质监测工作，全面保障水源源头安全，让人们喝上干净水、健康水和放心水。水质自动监测系统可以实现24小时全天候自动监测，帮助工作人员随时掌握水质变化状况，综合了解水质变化规律，并对潜在的水环境风险及时预警，确保地表水水质自动监测能力和预警监测能力得到有效增强，为加强用水安全管理工作提供可靠依据和技术支持。因此，相关单位需要将河流水质监测摆在重要位置，在水源地监测站、环保监测站、水质监督等多个领域广泛应用水质自动监测系统，并加强研究水质自动监测系统的建设与应用管理，采取科学合理优化路径，充分发挥出水质自动监测系统的应用效能，快速有效解决水质问题。
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