水环境实时自动监测系统设计及质控研究
摘要：随着信息科学技术的快速发展，通过相应的系统设计，实现水环境实时自动监测，并通过后期不断的完善系统设计、提升监测人员业务素能、重视基础工作等提升水环境监测质量。
关键词：水环境；实时自动监测；设计；质控
中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0036-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.016
Abstract： With the rapid development of information science and technology， through the corresponding system design， real-time automatic monitoring of water environment is realized， and the quality of water environment monitoring is improved by improving the design of the system and improving the quality of the monitoring personnel.
Key words： water environment； real-time automatic monitoring； design； quality control
水环境实时自动监测系统（简称：WEMIS系统）主要是用来对水质、污染物总量进行分析和检测的综合监测系统。信息时代背景下，WEMIS借助自动分析仪器系统，实现对水环境质量的实时动态化分析。当水质异常时，能够对水污染扩散现象的发生及时发出预警，跟踪定位水体污染物，为科学决策提供有效保障。
1 水环境监测分类
水环境监测主要分为地表水和地下水监测两大类，不同的监测类别，监测的内容和要求差别较大。
1.1 地表水监测
地表水监测主要调查分析的对象为常规水因子和污染因子，其中，常规因子的调查分析主要是了解水体环境的整体状况。污染因子的监测主要是了解调查区域水质情况和污染情况。污染因子的监测结果往往会受到调查水域的地理环境等因素影响，例如，所在水域的水生生物、水域的评价级别等都会对水质监测产生影响。此外，枯水期、丰水期、平水期等不同时段也要及时做好监测取样工作，全面了解监测区域的水环境真实状况。地表水监测的对象主要是工业排污、生活污水及其所影响的水源。
1.2 地下水监测
地下水监测的项目主要包括水的酸碱性、水的硬度、细菌总数、微生物以及微量元素等。地下水水质监测主要借助水井进行实时监测，以明确地下水的实际水质情况，但由于测试参数有限，实时监测规模小，这样的监测方法也会因受到其他因素影响而导致监测结果未必能反映水质真实情况，这时就需要根据地表水环境监测实际情况，进一步明确具体的监测项目，并对监测区域的地质特征进行认真的调查分析。
2 水环境自动监测系统设计
水环境实时自动监测系统是将多项指标分析仪器组合起来，从采样、分析到记录和数据处理组成一套完整系统，最终实现实时多参数自动监测，由硬件设备和软件技术共同组成。
2.1 设计原则
（1）实用性。自动监测系统要满足水环境监测任务要求，立足环保实用要求，保证监测的成果能够用以指导实际，软件系统要能够满足历史数据的继承性，保障后期数据的查询、应用和操作。（2）先进性。系统设计要与当前水质监测技术相符合，系统中的功能设计要具有先进性、完整性，无论是硬件设备的选择还是软件技术的应用，要选择符合实际需要又具有先进性，保障实用性的实现。（3）可扩充性和相对稳定性。系统的数据结构以及功能體系设计都要能够满足环境监测机构的需要，并要求系统后期具有一定的可扩充性，以保障系统的设计与应用能够与水环境监测信息技术同步。此外，主要功能的单元设计要保持相对稳定，保障后续系统应用的延续性，要能够支持水环境监测的长时间稳态运行。（4）安全性。水环境监测中的数据涉及水质状况，系统的设计要满足安全性、保密性和共享性，做好设备、系统的防雷、防电磁干扰等保护措施。
2.2 功能设计
（1）层次结构：水环境自动监测系统包括数据采集、网络通信、监控中心三个层次。其中，数据采集系统是基础，包括采集仪器、数据通讯设备等，可以在水质监测点进行现场安装，网络通信是利用数据信息网络传输技术将现场采集到的数据及时传输到监控中心。监控中心作为水环境监测的控制和管理中心，主要是对设备的运行及收集到的数据进行监督可控制，并为后期处置及时发布指令提供决策依据。（2）结构功能：数据采集和传输要满足准确、完整性，采集值与测量值之间的误差不能大于1%；数据采集要能够实现采集数据实时保存，并及时传输至监测机构；出现异常数据时能够自动报警；数据要能够满足实时查询，并保存一定的时间（一般为3个月以上）；设备断电后运行时间满足超过12小时，保证突然断电后设备能够运行一定时间。（3）数据库设计：通过ORACLE等数据库实现水环境质量自动监测，对水中所使用的传感器进行优化处理，并在数据良好耦合基础上，实现数据处理流程的简化，获得数据静态图后，应用分析软件对数据进行处理，并通过设备规格表、设备属性表、参数表、取值表、设备实例表等形式实现数据的保存。便于后期的查询和利用，数据库建立后，通过服务端接口与云数据库相连，实现分布式处理，实现接入过程快速化和查询利用便利化。
2.3 功能实现
该系统实现了区域范围内水环境自动监测的统一监控和监测信息的统一采集、接收、存储、加工、综合分析和自动传输上报，将通过计算机网络，实现了水环境监测数据信息的网上查询、检查、汇总、分析、发布和其它管理，实现了各级监测机构的信息共享，实现了区域内水环境污染变化趋势的信息化和自动化分析管理。
3 水环境自动监测系统特点
传统的水质监测需要进行实地采样、实验室分析等环节和过程，虽然具有一定的准确性，但效率较低。而且常常在固定的采样点和固定的采样时间里进行水环境监测，无法做到实时监测，受到外界干扰因素较多，难以满足当前水资源管理和保护的现实需要。
设计并应用水质自动监测系统，能够从以往人工间断性监测向连续性自动监测转变。计算机远程操作系统和应用，实现了水质监测的远程控制的连续性，而且根据监测的实际需要，增加频次，这样高频次的监测结果能够更加客观、真实、准确地反映被监测断面的水质质量状况，能够让水质监测评价更具科学性、准确性，服务于环境管理的客观需要。
水质自动监测系统结合了水质自动监测传感器、计算机图形可视化技术，以及现代通讯技术，能够及时准确的同时处理海量数据，满足不同时间和空间的水质在线自动监测需要，为相关部门根据水环境监测结果及时作出相应的决策提供技术保障。
目前，水环境自动监测技术应用十分广泛，可以在水功能区污染总量监控、供水水源地的水质监测（能够实现对水源地水质24小时不间断的监测）、预警预报重大水质污染事故（能够及时发现污染事故及污染程度，为下游水质作出预警预报）、跨界河流的水质监测以及入河排污口监督管理等领域[1]。
4 水环境自动監测质控措施
4.1 完善系统设计
系统的设计是水质监测质量控制的基础和保障，为确保系统应用的可操作性和实用性，要根据水质监测工作的形式变化不断完善系统设计，以保障监测数据的权威性、系统性、真实性和准确性。系统的设计及应用符合环境监测标准的要求和相关制度，例如《环境水质监测质量保证手册》《水和废水监测分析方法》等，要保证系统的运行与相关制度要求相符合。
4.2 提高监测素质
水质自动监测系统的运行和维护对于具体操作人员的专业素质要求较高，因此，监测人员的业务素会直接影响系统的应用。不仅要求他们具有强烈的责任心和职业精神，还需要熟悉和掌握各种仪器设备的操作、维护、检修等，尤其是分析化学、自动控制、计算机技术等方面知识。环境监测部门一方面要加强监测人员的岗位再教育和再培训，组织技术人员现场参观学习，进行业务技术交流，提供实际操作能力，严格实行持证上岗，建立相应的激励考核机制，奖优罚劣，确保监测人员严格履岗尽责。另一方面，环境监测部门要不断完善监测管理，提升监测管理水平，以满足科学技术的发展对监测人员的业务水平和监测部门管理水平的现实要求。
4.3 重视内部管理
环境监测及其管理部门加大管理和运行经费投入，防止因缺少运行经费导致自动监测系统长期“带病运行”。按周检规定做好仪器设备的校标和校零，加强仪器设备日常维护，完整的做好日常记录。根据区域环境监测现状和现实需要，做好自动监测站点的布局，构建合理的网络水质监测站点，保证自动监测数据满足“五性”要求。例如，在点位布设方面要考虑总体规划、污染源分布，实时根据情况做好新点位的布设，保障足够的覆盖面。建立健全水质自动监测管理规章制度，例如，建立《水质自动监测系统质量保证方法》《水站日常运行与管理办法》《技术人员持证上岗考核制度》《水站运行经费使用与管理办法》[2-4]等，以规范的制度保障水质自动监测工作的规范、有序开展。做好日常的监测系统的数据管理和资料归档，保证原始记录的完整性。
5 结语
水环境监测系统的设计与运行是满足信息化时代发展的现实需要，对于提升水环境监测质量、保护环境具有积极的现实意义。可以通过实时自动化水质监测系统的应用，为水质监测提供技术支持和保障，提高水质监测质量。此外，系统的应用需要不断的对其进行完善，满足时代发展的现实需要，加强监测人员的业务培训，提升监测人员的业务素能。此外，要注重水质环境监测的每个环节的质量控制，为水质环境监测质量的提升奠定扎实基础。
参考文献
[1]林亚.水质自动监测系统在新疆水环境监测中的应用前景[J].新疆水利，2010，（2）：25-27.
[2]司锵.水质自动监测仪器运行的质量控制[J].城市环境与城市生态，2013，（3）：78.
[3]刘扬真，张金阳.广东省水质自动监测的现状及发展规划[J].城市环境与城市生态，2002，（3）：35-37.
[4]朱瑶，梁志伟，李伟，杨祎，杨木易，毛巍，徐寒莉，吴伟祥. 流域水环境污染模型及其应用研究综述[J]. 应用生态学报，2013，（10）：3012-3018.
作者简介：张恩平（1972-），本科，工程师，研究方向为环境监测。
关键词：水环境；实时自动监测；设计；质控
中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0036-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.016
Abstract： With the rapid development of information science and technology， through the corresponding system design， real-time automatic monitoring of water environment is realized， and the quality of water environment monitoring is improved by improving the design of the system and improving the quality of the monitoring personnel.
Key words： water environment； real-time automatic monitoring； design； quality control
水环境实时自动监测系统（简称：WEMIS系统）主要是用来对水质、污染物总量进行分析和检测的综合监测系统。信息时代背景下，WEMIS借助自动分析仪器系统，实现对水环境质量的实时动态化分析。当水质异常时，能够对水污染扩散现象的发生及时发出预警，跟踪定位水体污染物，为科学决策提供有效保障。
1 水环境监测分类
水环境监测主要分为地表水和地下水监测两大类，不同的监测类别，监测的内容和要求差别较大。
1.1 地表水监测
地表水监测主要调查分析的对象为常规水因子和污染因子，其中，常规因子的调查分析主要是了解水体环境的整体状况。污染因子的监测主要是了解调查区域水质情况和污染情况。污染因子的监测结果往往会受到调查水域的地理环境等因素影响，例如，所在水域的水生生物、水域的评价级别等都会对水质监测产生影响。此外，枯水期、丰水期、平水期等不同时段也要及时做好监测取样工作，全面了解监测区域的水环境真实状况。地表水监测的对象主要是工业排污、生活污水及其所影响的水源。
1.2 地下水监测
地下水监测的项目主要包括水的酸碱性、水的硬度、细菌总数、微生物以及微量元素等。地下水水质监测主要借助水井进行实时监测，以明确地下水的实际水质情况，但由于测试参数有限，实时监测规模小，这样的监测方法也会因受到其他因素影响而导致监测结果未必能反映水质真实情况，这时就需要根据地表水环境监测实际情况，进一步明确具体的监测项目，并对监测区域的地质特征进行认真的调查分析。
2 水环境自动监测系统设计
水环境实时自动监测系统是将多项指标分析仪器组合起来，从采样、分析到记录和数据处理组成一套完整系统，最终实现实时多参数自动监测，由硬件设备和软件技术共同组成。
2.1 设计原则
（1）实用性。自动监测系统要满足水环境监测任务要求，立足环保实用要求，保证监测的成果能够用以指导实际，软件系统要能够满足历史数据的继承性，保障后期数据的查询、应用和操作。（2）先进性。系统设计要与当前水质监测技术相符合，系统中的功能设计要具有先进性、完整性，无论是硬件设备的选择还是软件技术的应用，要选择符合实际需要又具有先进性，保障实用性的实现。（3）可扩充性和相对稳定性。系统的数据结构以及功能體系设计都要能够满足环境监测机构的需要，并要求系统后期具有一定的可扩充性，以保障系统的设计与应用能够与水环境监测信息技术同步。此外，主要功能的单元设计要保持相对稳定，保障后续系统应用的延续性，要能够支持水环境监测的长时间稳态运行。（4）安全性。水环境监测中的数据涉及水质状况，系统的设计要满足安全性、保密性和共享性，做好设备、系统的防雷、防电磁干扰等保护措施。
2.2 功能设计
（1）层次结构：水环境自动监测系统包括数据采集、网络通信、监控中心三个层次。其中，数据采集系统是基础，包括采集仪器、数据通讯设备等，可以在水质监测点进行现场安装，网络通信是利用数据信息网络传输技术将现场采集到的数据及时传输到监控中心。监控中心作为水环境监测的控制和管理中心，主要是对设备的运行及收集到的数据进行监督可控制，并为后期处置及时发布指令提供决策依据。（2）结构功能：数据采集和传输要满足准确、完整性，采集值与测量值之间的误差不能大于1%；数据采集要能够实现采集数据实时保存，并及时传输至监测机构；出现异常数据时能够自动报警；数据要能够满足实时查询，并保存一定的时间（一般为3个月以上）；设备断电后运行时间满足超过12小时，保证突然断电后设备能够运行一定时间。（3）数据库设计：通过ORACLE等数据库实现水环境质量自动监测，对水中所使用的传感器进行优化处理，并在数据良好耦合基础上，实现数据处理流程的简化，获得数据静态图后，应用分析软件对数据进行处理，并通过设备规格表、设备属性表、参数表、取值表、设备实例表等形式实现数据的保存。便于后期的查询和利用，数据库建立后，通过服务端接口与云数据库相连，实现分布式处理，实现接入过程快速化和查询利用便利化。
2.3 功能实现
该系统实现了区域范围内水环境自动监测的统一监控和监测信息的统一采集、接收、存储、加工、综合分析和自动传输上报，将通过计算机网络，实现了水环境监测数据信息的网上查询、检查、汇总、分析、发布和其它管理，实现了各级监测机构的信息共享，实现了区域内水环境污染变化趋势的信息化和自动化分析管理。
3 水环境自动监测系统特点
传统的水质监测需要进行实地采样、实验室分析等环节和过程，虽然具有一定的准确性，但效率较低。而且常常在固定的采样点和固定的采样时间里进行水环境监测，无法做到实时监测，受到外界干扰因素较多，难以满足当前水资源管理和保护的现实需要。
设计并应用水质自动监测系统，能够从以往人工间断性监测向连续性自动监测转变。计算机远程操作系统和应用，实现了水质监测的远程控制的连续性，而且根据监测的实际需要，增加频次，这样高频次的监测结果能够更加客观、真实、准确地反映被监测断面的水质质量状况，能够让水质监测评价更具科学性、准确性，服务于环境管理的客观需要。
水质自动监测系统结合了水质自动监测传感器、计算机图形可视化技术，以及现代通讯技术，能够及时准确的同时处理海量数据，满足不同时间和空间的水质在线自动监测需要，为相关部门根据水环境监测结果及时作出相应的决策提供技术保障。
目前，水环境自动监测技术应用十分广泛，可以在水功能区污染总量监控、供水水源地的水质监测（能够实现对水源地水质24小时不间断的监测）、预警预报重大水质污染事故（能够及时发现污染事故及污染程度，为下游水质作出预警预报）、跨界河流的水质监测以及入河排污口监督管理等领域[1]。
4 水环境自动監测质控措施
4.1 完善系统设计
系统的设计是水质监测质量控制的基础和保障，为确保系统应用的可操作性和实用性，要根据水质监测工作的形式变化不断完善系统设计，以保障监测数据的权威性、系统性、真实性和准确性。系统的设计及应用符合环境监测标准的要求和相关制度，例如《环境水质监测质量保证手册》《水和废水监测分析方法》等，要保证系统的运行与相关制度要求相符合。
4.2 提高监测素质
水质自动监测系统的运行和维护对于具体操作人员的专业素质要求较高，因此，监测人员的业务素会直接影响系统的应用。不仅要求他们具有强烈的责任心和职业精神，还需要熟悉和掌握各种仪器设备的操作、维护、检修等，尤其是分析化学、自动控制、计算机技术等方面知识。环境监测部门一方面要加强监测人员的岗位再教育和再培训，组织技术人员现场参观学习，进行业务技术交流，提供实际操作能力，严格实行持证上岗，建立相应的激励考核机制，奖优罚劣，确保监测人员严格履岗尽责。另一方面，环境监测部门要不断完善监测管理，提升监测管理水平，以满足科学技术的发展对监测人员的业务水平和监测部门管理水平的现实要求。
4.3 重视内部管理
环境监测及其管理部门加大管理和运行经费投入，防止因缺少运行经费导致自动监测系统长期“带病运行”。按周检规定做好仪器设备的校标和校零，加强仪器设备日常维护，完整的做好日常记录。根据区域环境监测现状和现实需要，做好自动监测站点的布局，构建合理的网络水质监测站点，保证自动监测数据满足“五性”要求。例如，在点位布设方面要考虑总体规划、污染源分布，实时根据情况做好新点位的布设，保障足够的覆盖面。建立健全水质自动监测管理规章制度，例如，建立《水质自动监测系统质量保证方法》《水站日常运行与管理办法》《技术人员持证上岗考核制度》《水站运行经费使用与管理办法》[2-4]等，以规范的制度保障水质自动监测工作的规范、有序开展。做好日常的监测系统的数据管理和资料归档，保证原始记录的完整性。
5 结语
水环境监测系统的设计与运行是满足信息化时代发展的现实需要，对于提升水环境监测质量、保护环境具有积极的现实意义。可以通过实时自动化水质监测系统的应用，为水质监测提供技术支持和保障，提高水质监测质量。此外，系统的应用需要不断的对其进行完善，满足时代发展的现实需要，加强监测人员的业务培训，提升监测人员的业务素能。此外，要注重水质环境监测的每个环节的质量控制，为水质环境监测质量的提升奠定扎实基础。
参考文献
[1]林亚.水质自动监测系统在新疆水环境监测中的应用前景[J].新疆水利，2010，（2）：25-27.
[2]司锵.水质自动监测仪器运行的质量控制[J].城市环境与城市生态，2013，（3）：78.
[3]刘扬真，张金阳.广东省水质自动监测的现状及发展规划[J].城市环境与城市生态，2002，（3）：35-37.
[4]朱瑶，梁志伟，李伟，杨祎，杨木易，毛巍，徐寒莉，吴伟祥. 流域水环境污染模型及其应用研究综述[J]. 应用生态学报，2013，（10）：3012-3018.
作者简介：张恩平（1972-），本科，工程师，研究方向为环境监测。
