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黄河水质自动监测站关键技术开发与应用

    责任编辑:杨雪 来源:

  1. 前言

  “水质自动监测关键技术及设备引进” 是黄河流域水资源保护局近年来承担的国家948技术引进项目之一。,也是“黄河水环境信息系统”和“黄河水量调度系统”信息采集的一个重要组成部分。2000—2004年,通过黄河水资源保护有关技术人员与美国YSI公司的合作,克服多沙河流水质自动监测技术难关,首次系统地开发研制并集成了适用于高含沙水环境的花园口和潼关两座水质自动监测站。实现了水利系统在大江大河上水质自动监测零的突破。2004年8月,该项目顺利通过水利部验收和评审,总体成果达到国际先进水平,部分成果达到国际领先水平。2002年6月受到了朱镕基和温家宝总理的共同视察,得到充分肯定。该项目成果荣获2004年度黄委科技进步一等奖和理论技术类创新成果一等奖。

  2. 水质自动监测站的系统构成

  水质自动站是一个独立、完整的水质自动监测系统,两座水质自动监测站均采用了水质自动监测和泥沙处理等多项国际先进技术和设备,自动监测站主要由自动采水系统、多级泥沙预处理系统、测量水温、电导、pH、DO、浊度、氨氮、总有机碳等水质参数的在线自动监测系统、水质超标自动采样系统、数据采集处理、网络传输系统和保护系统等组成。

  3. 水质自动监测站的开发建设

  黄河流域水资源保护局利用“948”国家先进技术引进项目《水质自动监测技术及设备引进》,以建立黄河省界以及水量调度重点河段水质自动监测系统为主要目的,选取典型河段对不同地理位置、不同自然环境、不同河道特征、不同来水来沙条件下水质自动监测站建设存在的关键技术问题进行了全面的考察和系统分析,提出了不同类型水质站的建站方案,并重点对黄河自动站建设遇到的高含沙水样标准化前处理,游荡性河床设站、多沙河流自动监测系统较先进的防护措施等关键技术问题进行了深入研究。研究工作选取代表性最强,技术难度最大的花园口和潼关河段进行。研发工作吸取了黄河多年水质监测与科研成果,认真考察了国内外的水质自动监测站,对自动站监测技术和设备进行了认真地比选,提出了适应黄河自动监测站的研发方案和系统的技术指标以及仪器设备的配置方案。

  在以上考察分析基础上,通过国际招标选择了美国YSI公司作为系统集成公司,承担花园口和潼关水质自动监测站的建设任务。经过一年的努力,在黄河花园口建成了首座适应多泥沙河流的自动监测站。该站于2002年4月建成并投入试运行,6月5日开始向社会公开发布信息。同年11月黄河潼关第一座省界水质自动监测站顺利建成。该技术引进项目,在黄河水质自动监测系统建设中起到了重要的示范作用,为水质自动监测站建设奠定了良好基础。

  4. 关键技术和设备

  在水、沙条件极为复杂的黄河建设水质自动监测站,技术要求高,难度大。本次引进与开发工作针对黄河水质自动监测站建设的关键技术,不仅注重筛选先进、实用的水质在线自动监测仪器和设备,而且重点针对黄河泥沙含量大、时空分布不均的特点,开发研制并系统集成了多项先进技术。主要为:水质自动监测站是由先进的水质监测、计算机控制、数据传输等现代高新技术为支撑的先进水质信息采集、传输、处理系统,该系统引进了美国ISCO-STIP公司、YSI公司、法国SERES公司在线分析仪器,美国、以色列的泥沙处理设备和水质自动采样器、CR10X数据采集平台等国际上先进的技术和设备;针对多泥沙河流的特点,重点对泥沙处理等关键技术开展技术攻关,研制开发了多级泥沙预处理系统;针对摆动河床设计了可吊装箱体,增加了超标报警自动采样;研制了自动除藻与自动探头冲洗装置。并根据该系统的特点,开发了智能化控制系统和数据处理和传输系统。初步解决了高含沙河流水质自动监测关键技术,体现了黄河多泥沙的特点。

  5. 系统应用

  5.1监测项目比测

  在黄河调水调沙实验期间,我们分别使用HANA现场多参数测定仪、容量法、纳氏试剂比色法和自动站在线监测仪器进行了现场比测(见表6.1)。比测结果显示:数据吻合性较好,升降趋势基本类同,不同监测方法之间的系统误差可以不计,经泥沙前处理后的样水可直接用于监测。

  

6.1     调水调沙期间花园口自动站比测结果

时间

自动站数据

比测数据

PH

水温(℃)

溶解氧mg/L

电导率μs/cm

氨氮mg/L

pH

水温(℃)

溶解氧mg/L

电导率μs/cm

氨氮mg/L

07-04

7.90

25.0

7.49

995

0.24

8.11

25.2

6.04

1044

0.36

07-05

7.92

23.9

8.03

970

0.25

8.12

24.3

6.09

1017

0.34

07-06

7.82

23.0

7.28

965

0.22

8.10

23.4

6.07

1025

0.32

07-07

7.68

23.5

5.81

889

0.18

8.06

23.4

5.52

1010

0.31

07-08

7.71

23.6

6.13

970

0.18

8.09

23.9

5.85

1032

0.33

07-09

7.62

23.6

4.79

968

0.20

8.07

23.7

4.21

1020

0.31

07-10

7.76

24.4

5.77

991

0.22

8.07

24.2

4.78

1027

0.35

07-11

7.65

24.5

5.72

920

0.20

8.09

24.7

5.01

1006

0.32

07-12

7.85

25.0

5.73

829

0.22

8.11

25.3

5.09

996

0.34

07-13

7.86

26.0

5.77

840

0.23

8.09

26.1

5.05

1001

0.35

07-14

7.89

25.4

6.13

837

0.25

8.09

25.8

5.22

1004

0.36

 

  注:①以上监测数据为均值

  ②浊度、总有机碳无合适方法比测

  5.2在引黄济津调水中的应用

  引黄济津调水是国务院为缓解天津市严重缺水而采取的重大举措。在引黄济津调水期间,黄河花园口水质自动监测站实时监视了花园口断面水质的变化。

  在2003年第8次引黄济津调水期间,由于自动站及时发现了水污染,国家防总立即向沿黄各省区发布了黄河干流龙门以下污染物总量限排预案,山西、陕西、河南、山东四省按水利部要求关停了污染严重的排污企业,缓解了黄河水污染的紧张局面,保证了黄河水量调度和引黄济津水水质安全。自动站发挥了人工监测不可取代的作用。

  6. 结论

  黄河水质自动监测站的建成,受到了国务院等各级领导的高度重视。朱镕基和温家宝总理视察该站后,非常关心黄河省界河段水质自动监测站的建设,要求加快建设速度,以便划清流域各省区的水污染责任,有效保护黄河水资源,减轻水污染,努力实现流域水资源的可持续利用。

  作为“数字黄河”工程的一个组成部分和黄河水资源保护现代化和信息化的一个重要标志,黄河花园口、潼关以及未来数量更多的水质自动监测站,不但能满足黄河水量调度、城市供水水源地、突发性水污染事故对水质实时监控的需要,也为全面提升黄河水资源管理水平和保护生态环境提供了可靠的技术支持和决策依据。必将为实现“黄河污染不超标”和黄河水资源的可持续利用发挥更大的作用。

  7. 完成单位和完成人

  完成单位:黄河流域水资源保护局

  主要完成人:董保华  司毅铭  曾永  李祥龙  李东亚  高宏 吴青   李韶旭  赵维征  李连祥  宋华力  张建中  朱存信  姬志宏  宋世霞

  初审意见

  该成果主要创新点为:(1)独创了可移动式水质采样系统;(2)独创了可调式五级水样前处理技术和设备;(3)首次开发了具有专家诊断功能的自动控制系统;(4)首次开发了多项高含沙量监测保护措施。

  该成果目前在黄河上得到实际应用,效果明显,对治黄贡献很大,社会效益显著。

  该成果经理论和应用技术类专家委员会初审,评为一等奖。


发布时间:2011年08月12日
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