白河水质监测站建设工程实施方案20121203.docx

电站水质监测站建设工程

实施方案

北京市密云水库管理处
北京市新水季环境工程有限公司
二〇一二年八月

目 录
第一章 概 述 3
1.1 项目背景 3
1.2 管理现状 4
1.3 功能与定位 5
1.4 建设内容 5
第二章 项目建设必要性 7
2.1 提高南水北调来水后的水库水质管理调度能力 8
2.2 提升水华防治和预警能力，保障水质和水生态安全 9
2.3 建立生物预警系统 10
2.4 指导水质安全管理长效机制建设 10
2.5 积累水质监测站网建设与管理经验 11
第三章 项目建设原则和目标 12
3.1 建设原则 12
3.2 建设目标 13
第四章 建设内容 14
4.1水质在线监测设备 15
4.1.1 总磷、总氮 15
4.1.2 化学需氧量（COD） 19
4.1.3 余氯 20
4.1.4 叶绿素与蓝藻 22
4.2 水质在线监测设备辅助设施 23
4.2.1总磷、总氮、COD、余氯在线监测仪配套设备 23
4.2.2浮标监测系统 24
4.3 水质生物预警信息系统 26
4.4 视频信息监控 27
4.4.1 大坝视频监控信息增设有线传输 27
4.4.2 增设院门口视频信息监控 27
4.5水常规自动监测设备改造 28
4.6 会议室功能建设 28
4.7 信息综合管理平台建设 28
4.8 IT基础平台 29
4.9 监测站房修缮 30
4.9.1 站房现状 30
4.9.2 站房修缮 31
第五章 投资预算 39
5.1 编制依据 39
5.2 设备购置及安装费 39
5.3 其他费用 39
5.4 工程总投资预算表 39
第六章 运行管理 41
6.4.1 设备运行费用 41
6.4.2 人员费用 41
第七章 进度安排 43
第八章 结论与建议 44

第一章 概 述
1.1 项目背景
密云水库兼有防洪减灾、城市供水和生态涵养三大功能。近年来由于降水持续减少，水库的防洪减灾作用逐渐被淡化，而作为首都北京最重要的地表饮用水源地的功能受到社会各界的广泛关注，其2007年、2008年、2009年的供水量占北京市地表供水总量的62%、66%、71%以上。2011年，北京市动议，拟在南水北调中线工程通水初期，将沿线其它各省市剩余水量部分加压送至密云水库，增加密云水库蓄水量，可以巩固密云水库在供水任务中的重要地位，提高北京水资源战略储备，确保实现密云水库的补偿调节任务。密云水库水源地保护对于北京市防洪减灾、供水安全和北部生态屏障构建具有重要的战略意义。
近年来，由于降水减少等原因，密云水库来水量持续减少，水源保护压力增大。总库容43.75亿m3的密云水库，1980 ~ 2010年31年间来水总量为207.2亿m3，年平均来水量为6.9亿m3，其中1999 ~ 2010年12年间来水总量为42.9亿m3，年平均仅3.6亿m3。来水量锐减与水源保护的矛盾日益加剧。
水库周边及上游水污染威胁依然存在、水环境管理能力不足、监测条件不完善等对密云水库水质安全构成了威胁。多年来，在高温季节，水库局部区域（金沟围堰和水源九厂取水口回水水域）水华现象时有发生，水质富营养化与水生态退化趋势明显。2014年，南水北调来水入密云水库后，水质汇兑与水生态重构趋势不明，将对密云水库的水质安全造成了一定的风险。
2014年，南水北调入京由团城湖通过京密引水渠反向输水、六级提升至怀柔水库，部分水量经怀柔水库分水回补水源地后，再经三级加压输水至密云水库。南水北调来水经白河电站进入密云水库，流经整个库区后从第九水厂输向北京各个用水点。白河电站作为南水北调入密云水库来水的入口，其承担着水质监测预警及突发污染事件处理和水质安全管理的重要责任。白河电站现有一个水质自动监测站，但是由于建设时间较早，监测能力和监测预警系统都有待提升，南水北调来水入库后，来水水质必然会对水库水体环境产生巨大冲击。因此，加强对南水北调来水入密云水库汇水区域水质监测，并集成和整合附近其他监测预警站点水环境信息，建立信息采集、存储、评价、预警和会商系统，对白河电站汇水区域水质监控、预警、综合管理等能力进行全面提升，对保障密云水库水质及水生态安全具有重要意义，白河电站监测站的提升改造也是《密云水库水质目标管理系统规划（2012-2020）》重要任务。
根据资金状况和整体工作部署，本项目拟对白河电站区域现有的监测预警条件进行集成、整合和提升，搭建完善的监测、预警和管理架构，为密云水库管理处进一步安排新增监测指标及通讯会商提供平台。
1.2 管理现状
密云水库作为北京市的重点水源，而白河电站作为南水北调进水口，对整个水库的水质安全有着重大影响，因此，白河电站及水库的水环境监测管理能力亟待完善、整合和加强。
监测指标较少，只布设了常规五参数（PH值、溶解氧、电导率、浊度，温度）测定仪，监测指标过少，不能充分掌握水质水生态的现状及变化情况，进而不能很好的实行水质安全预警。
缺少水质生物预警系统，不能对水生物状态进行监测，进而缺少对水体中生物毒性物质的实时掌控，对水质及水生态变化难以做出及时响应。
缺少视频监控系统，不能对白河大坝及南水北调入水汇水区域状况实时监控，不能及时掌握及制止投毒等不安全事件的发生。
水环境监测数据没有实现集中存储及管理，缺乏环境信息的实时监控环境和集中管理及预警平台，监控和管理不方便。
没有通信和数据传输网络，水环境监测中心与防汛办等部门不能对其状况进行实施监控和管理，各种水质数据依靠新设立的GPRS网络向水环境中心传递，该站点与水环境监测中心，防汛办等部门之间采用的沟通方式是手机和现场面对面交流实现。
水环境管理与水质保障手段较滞后，密云水库现有的水质事件应对主要依靠人工监测、人力巡查等手段，采取的是“严防死守”、“人力防治”的传统方法，小尺度防治。保障水质、水生态安全的力量仅在于立法与制度、人力值守防护，无法达到科学、高效的管理要求。
1.3 功能与定位
白河电站水质监测站建设工程将按照《密云水库水质目标管理系统规划（2012-2020）》积极稳妥地实施水质目标管理。
采集白河电站、溪翁庄镇泵站等站点的水质理化数据、营养盐数据、生物活性状况及视频等信息，形成集数据存储与管理、分析评价、报告生成、综合监控、预警、调度、会商、汇报展示等一体化的现代化综合水质安全管理手段，提高水质监测及应急响应的效率与质量，构建水质安全监测预警平台，推动水质目标管理平台构建，确保供水安全。
搭建其它水质监测指标扩充及通讯会商的环境平台，建立监测、存储、评价、预警标准模式，为后续监测指标扩展、完善监测能力创造条件。
白河电站水质监测站建设工程将为水库其它站点建设提供示范和指导，为评价密云水库水环境保护和水生态修复的工作绩效提供数据支持，也可为南水北调来水后密云水库水质水量安全调度提供技术支撑与数据基础。
1.4 建设内容
在白河南水北调来水入密云水库汇水区域水质监测站增设TN、TP、COD、余氯等水质实时监测指标，浮标系统（包括叶绿素a、藻蓝蛋白、风速、风向、气温、相对湿度、水位、水温、雨量等指标）和水质生物预警信息系统，重点区域增设视频信息监控器，完善监测预警系统；对水质理化数据、营养盐数据、生物活性状况及视频等信息进行采集、集成整合，适时整合溪翁庄镇泵站等站点的水环境信息；开发白河区域水体富营养化防治决策支持系统，水质毒理安全监测与预警系统，探索库区出水水质安全监控模式；建立调度会商决策支持体系，建设监测站会商决策管理平台；修缮白河电站监测站房屋。
建设内容如下图1-1所示。

图1-1 主要建设内容示意图

第二章 项目建设必要性
水质监测作为密云水库安全管理的重要环节，具有以下五种重要的作用：
（1）确定水体中污染物的分布状况，追溯污染物的来源、污染途径、迁移转化和消长规律，预测水体污染的变化趋势。
（2）判断水污染对环境生物和人体健康造成的影响，评价污染防治措施的实际效果。
（3）提供科学的水质数据，为水体环境质量评价提供数据支持。
（4）为环境管理、环境科学研究提供数据和资料。
（5）探明污染原因，污染机理以及各种污染物质，深入进行环境及污染的理论研究。
2014年南水北调来水经白河电站进入密云水库后，水质水生态衍变态势极为复杂。两种水体水化学、水生态特征存在明显差异，输水过程中也会导致水体状况改变，水生态结构重塑，沿线及密云水库受水区浮游动植物也将会更替或发生优势种变化，调水后水质及水生态存在诸多不确定性，势必会打破现有水环境平衡，威胁输水安全。在这样紧迫的形势之下需加快进行南水北调入水的水质监测工作，增加监测指标及频次，密切跟踪研判水生态结构重构情况，为调度管理提供决策支持。
目前，白河水质监测站监测指标较少，仅布设了常规五参数（PH值、溶解氧、电导率、浊度，温度）测定仪。监测站监测指标过少，不能充分掌握水质的现状及变化情况，因而不能很好的进行水质安全预警。TN、TP对水生物的生长十分重要，可以转化为有机物的营养成分，是决定水中生物繁衍性的重要因素。密云水库的TN、TP入库量在丰水期、枯水期均超过了其水环境容量，因此监测TN、TP对于判断水库未来富营养变化有重要的意义；COD表明了水体中有机污染物的大小，COD的检测能够表明水体的有机污染状况；为了防止输水管线管壁滋长藻类和细菌，南水北调入密云水库输水管线建设项目在管线前段投加了液氯，由此产生的超量余氯会对水库中的浮游生物、动物幼虫和生殖繁衍产生巨大破坏，因此需重点监测预警，及时调度翁溪庄泵站投加量，使入库来水不得检出余氯；叶绿素a作为水体浮游植物现存量的重要表征指标，是水体理化性质和生物指标的综合表现。丹江口水库的藻类生长类型为蓝藻-硅藻类型，密云水库为硅藻-蓝藻类型。藻蓝蛋白是仅存在于蓝藻中的一种少见的天然营养素，对藻蓝蛋白进行检测可以掌握南水北调来水中蓝藻的含量，判断水体富营养化类型的转变情况。故要防止密云水库 “水华”发生，对水库水华暴发进行监测预警，必须对水质情况进行全面监测。
近年来，我国接连发生多起重大突发性水污染事件，不仅造成了巨大的经济损失，而且造成了社会的不安定和生态环境的严重破坏。突发性水质污染事件已经成为我国用水安全和水环境质量的一个潜在威胁，水质生物监测预警信息系统利用清江鱼对水质毒理状况实时监测，及早发现水质污染事件，以多种通讯方式告知管理部门尽快采取措施，切断污染源，建立起隔离带，防止水体污染，把污染程度和范围降到最低点，进而减少水质污染事件带来的直接和间接的经济损失。因此水质生物监测预警信息系统建设是十分迫切，且十分必要。
现阶段南水北调白河电站入库区域水环境监测站应当增加TN、TP、COD、余氯、叶绿素a、藻蓝蛋白等水质监测指标和水质生物监测预警信息系统。白河南水北调来水入库汇水区域水环境监测站建设的必要性体现在提高南水北调来水水环境管理调度能力，提升密云水库水华防治和预警能力，建立生物预警系统，指导水质安全管理长效机制建设，积累水质检测站网建设与管理经验等五个方面的建设。
2.1 提高南水北调来水后的水库水质管理调度能力
密云水库现有的水质安全管理工作以各个监测站点为单位，相互孤立，缺乏整合。及时整合密云水库2011年建立的化验分析数据管理系统及已有的自动监测数据管理系统，集成白河电站水质监测站、水环境监测中心、库东浮标预警站等站点的监测信息，搭建以水九出水水质保障为目标的水环境管理平台，大大提高密云水库供水水质安全管理能力。
白河电站的水环境管理平台具有以下几项功能。
（1）实时显示水质情况
采集水环境监测数据信息、翁溪庄泵站水质预警信息及局部视频信息后，实时传输至白河电站水质监测站、水环境监测中心，可远程关注水质情况，及时发现风险事故。
溪翁庄泵站南水北调来水水质中余氯是重点关注指标。为了防止输水管线管壁滋长藻类和细菌，南水北调入密云水库输水管线建设项目在管线前段投加了液氯，由此产生的超量余氯会对水库中的浮游生物、动物幼虫和生殖繁衍产生巨大破坏，因此需重点监测预警，及时调度翁溪庄泵站投加量，使入库来水不得检出余氯。发生超标时需立即使用粉末活性炭吸附消除。
（2）综合评价水质及毒理情况
根据采集的水质监测数据信息，应用系统中的数据分析处理软件，结合监测数据存储数据库，自动生成相关曲线图、柱状图，关注异常数据，并进行自行/人为诊断，综合评价水质情况。
（3）统计水质变化情况
根据采集的水质监测数据信息，应用系统中的数据分析处理软件，结合监测数据存储数据库，自动生成月度/季度/年度水质变化曲线图，高温季节每周生成水质变化曲线图。
（4）用于水库水质目标管理模型的拟定与测算
采集的监测数据信息可长期储存，有利于以后的水质模型拟定与测算工作的开展。
2.2 提升水华防治和预警能力，保障水质和水生态安全
密云水库夏季多为“蓝藻型水华”。蓝藻中的微囊藻能够产生具肝脏毒性微囊藻毒素( microcystins，MC)，严重威胁供水安全；锥囊藻和角甲藻等虽不能形成藻类暴发，但能产生鱼腥味的物质，可能导致水体异味的出现。水华的发生主要是由多种外界因素共同作用而导致的，容易导致水华发生的外界因素主要为：水体流速小于0.05米/秒，水体交换量低；总氮大于0.2 mg/L，总磷大于0.02 mg/L；温度在25℃~ 28℃，光照强度在350 ~ 500μE左右时；水中的叶绿素含量在45.0 ~ 48.0μg Chla/L以上；低气压会诱导藻类大量上浮；降水量减少，库容量降低，营养物质浓度升高。
根据密云水库多年的水质监测数据资料显示，2001 ~ 2010年5月份密云水库金钩围堰、库东两个监测点的营养状态指数基本均满足；水体处于中营养状态。恒河监测点除2006年与2009年，水体处于贫营养状态，其他年份也均处于中营养状态。2008年与2010年7个监测点的营养状态指数均，水体呈中营养状态；2009年7个监测点的营养状态指数均为8年间最低值，且基本均＜30，水体呈贫营养状态，分析产生该现象的原因在于2008年降雨较少，而2009年降雨量丰富，雨量的多少可以稀释或增加污染物的浓度，从而使得营养状态指数整体下降或升高。整体来看，密云水库水体基本呈中营养/贫营养状态，容易在气象条件满足的条件下诱发蓝藻水华。另一方面，南水北调源头丹江口水库的藻类生长类型为蓝藻-硅藻类型，而南水北调受水端密云水库为硅藻-蓝藻类型，2种藻华类型及水质水化学特征不同的水体汇兑后，水华衍变趋势及藻类生消态势不明，汇水区域水华状况发展走向面临不可控的局面。
因此，必须强化和整合白河区域水华预警手段，当监测到库东及白河电站水中叶绿素a、藻蓝蛋白的含量及水温气象等多要素同时超过一定数值范围时，可启动水华预警功能，同时可根据叶绿素a及藻蓝蛋白的含量梯度，给出不同危险级别的水华预警。同时启动水面推流器等防治工作，制定防治水华措施，防止局部水域水华的发生。
2.3 建立生物预警系统
密云水库目前只有第九水厂设有水质生物预警系统，其他的三个水质自动监测站均没有设水质生物预警系统。而白河电站作为南水北调进入密云水库来水的入口，地理位置非常重要，是保证密云水库水环境安全的首要关卡。因此，在白河电站自动监测站增设生物预警系统以提高生物毒理安全监测预警，迅速作出应急措施，保障水库水环境安全是非常必要的。
2.4 指导水质安全管理长效机制建设
白河电站的水环境目标管理平台建立后，利用长期的监测数据，可开展密云水库水质模型的拟定与测算工作，进一步明确密云水库需关注的重要水质指标，确定必须严格执行的规范监测动作，构建密云水库水质目标管理系统核心站网，全面提升水环境管理的科学性、有效性，推动水质安全管理工作走向依靠科学手段、构建长效机制。同时，这将为南水北调来水做好技术支持与数据准备，降低南水北调来水后密云水库水质安全出现问题的风险。
2.5 积累水质监测站网建设与管理经验
水库水环境管理的基础是动态数据库的建设，包括水文、水质、主要污染物动态衍变指标、生物表征数据的监测成果。这些动态数据库建设的基本条件便是完善的监测站网，白河电站监测站的集成建设是密云水库水环境信息化平台建设四大骨干监测站建设的又一里程碑项目，也可以称作是水质监测站网的“示范工程”。密云水库现有的监测站多为人工监测，耗时耗力，自动化、信息化水平不够，数据处理和评价手段不足，限制了密云水库水环境管理能力的拓展。
白河电站水质监测站的建设，可实现对总磷、总氮、COD、余氯、叶绿素等的实时监测。通过数字通道、模拟通道、开关量通道采集监测仪表的监测数据、状态等信息，然后通过无线网络将水质、视频监测信息完整、安全和实时地分别传送到本站监控站，第九水厂取水口水质监测站和水环境监测中心，实现多方位实时监控，有效保证首都供水安全。
在未来几年的项目实施计划中，将进一步改造并完善入库河流及库区现有的其他自动监测站，密云水库库区及水库流域乃至南水北调入密云水库沿线均将增设更多的水质自动监测站、浮标站、视频监控器，所有的水质、生物、水文、气象和视频监测数据都将无线网络传送到监控中心，建立一套完善的在线监测预警系统。
白河电站的集成建设将充分积累水库水质监测站网建设的宝贵经验，为以后的工作打下基础，做出示范，并有望推广至其他水库的水质安全管理系统，推动全国水库水质安全管理水平的提升。
第三章 项目建设原则和目标
3.1 建设原则
（1）坚持预防为主，保护与管理结合原则
以水环境管理系统为响应评估手段，统筹“治、保、养、管”四项工作。及时整合白河电站、溪翁庄镇泵站等水环境信息，预防白河电站区域的水华暴发和水质突发事件。制定水环境管理程序，实施管理能力建设和信息化、模块化调度管理方案，提升水库水环境管理工作的科学性和有效性。
（2）因地制宜，建立长效机制原则
充分利用现有的条件和设施，以人为本，依靠水环境科技成果和信息化手段，制定系统规划，优化与整合现有管理资源，实施目标清晰、措施得力、低成本、高效率的水源地管理能力建设。
（3）先进性原则
采用的系统结构应该是先进的、开放的体系结构以及系统使用中的科学性。全部采用数字化集中处理和管理，实现不同媒体之间的通信和转换。
（4）实用性原则
能够最大限度的满足实际工作要求，把满足用户的业务管理作为第一要素进行考虑，采用集中管理控制的模式。在满足功能要求和技术指标要求的基础上尽量简化设计，坚持实用化，尽量减少依赖大量人力、实施繁杂程序，避免误操作。
（5）经济性原则
在现有经费条件下，最大可能发挥已有设施的作用。在保证系统先进、可靠和高性价比的前提下，通过优化系统设计达到最佳的经济性目标。
（6）可扩充、可维护性原则
要为系统以后的升级预留空间，系统维护是整个系统生命周期所占比例最大的，在设计之初要充分考虑结构设计的合理和规范，保证对系统的维护可以在很短时间内完成。可接入白河、库东等信息，适时加载新增水质信息和全库的视频会商能力。
（7）高可靠性原则
采用系统集成设计方式，选用成熟可靠、性能稳定的设备和配件，系统关键部分采用冗余设计，具备一定的容错能力以及抗干扰能力。确保系统建成后稳定可靠的运行。
（8）易操作、易管理原则
提供良好的操作界面，方便用户操作，特别是根据实际的应用特色，在操作控制上符合基本使用习惯。确保没有任何技术基础的工作服务人员能够顺利自如的操作整套系统，实现各种功能。
3.2 建设目标
整合白河电站现有的水环境管理条件，开发数据采集、存储、分析评价、监控、调度会商决策支持体系，提升密云水库水质目标管理能力；保证白河电站的南水北调来水入水安全，为其他水质监测站网建设提供示范；积极配置南水北调来水后的水质监测预警条件。

第四章 建设内容

密云水库白河电站水质监测站是在水库白河电站南水北调来水区域设置适宜的水质监测设备及水环境信息采集设备，预留溪翁庄泵站等水质预警信息，将各种水环境数据集中处理，同屏分析展示，大大提高了水质监测的安全性，可靠性及库区的综合管理能力，为快速处置突发事件提供可靠的依据平台。
监测项目主要包括白河电站水质监测数据（总磷、总氮、COD、余氯、叶绿素、蓝藻）的实时监控，白河主坝水质生物预警站的鱼类游动图像及报警信息的实时监控，溪翁庄镇泵站水质信息的实时监控，大坝信息的实时视频监控，新增白河电站管理站大门的实时视频监控，以及水质信息的综合评价等。
该平台的建设不仅能作为水质的监控中心，还能在出现紧急情况时作为管理者的指挥中心和调度中心，并能拓展成为先进高效的多媒体会议平台，其地位及重要性不言而喻。
本方案根据实际出发，白河电站监测站的建设利用现有白河电站西侧一院落和房舍，进行修缮改造，配套工作及生活设施，并安装在线TN、TP、COD、余氯监测设备及水质生物预警系统，增设数据传输网络，安装数据存储及大屏幕显示系统，建立综合的水质监测预警及会商决策管理平台（图4-1）。

图4-1白河电站监测站示意图
4.1水质在线监测设备
南水北调源水区丹江口水库和受水区密云水库水质水化学特征存在明显差异。当两种水源汇兑之后，密云水库的水生态发展走向面临不可控的局面。溪翁庄镇泵站水域是白河电站之前的重点水质目标管理区域，南水北调途径溪翁庄镇，其来水与来自库西的白河流域来水在此汇兑，其水质、水化学与水生态特性体现了两条主要流域来水的特征，也反应了水库周边及上游的水污染态势及水环境衍变状况。密云水库管理处将此区域作为水质监测的重要站点，一直开展主要水质指标监测工作。白河电站区域的水质富营养化趋势会明显发生变化。富营养化是指水体中氮、磷营养物质过量引起浮游植物大量生长，导致水质恶化等一系列问题的现象。
4.1.1 总磷、总氮
水体中氮污染主要来自农业活动，特别是硝酸盐的使用，以及微生物的固氮作用，磷通常来源于市政污水排放，特别是洗涤剂及磷肥的使用。池塘、河流、湖泊、水库等水体受到污染，氮、磷等营养物质大量增加，致使水体达到富营养化或重富营养化状态，在一定的温度、光照等条件下，某些藻类发生暴发形成水华。可见氮磷等营养元素是发生水华现象的最重要的物质基础。
通过对密云水库水质的多年监测与分析，近几年水体氮、磷等营养元素含量均有下降的趋势。目前，水库水质维持在二类水附近，其中氮含量为0.5-1.5mg/L，存在氮含量超标的情况，而磷含量水平较低，为0.01-0.03mg/L,稳定维持在二类水之内。多年平均氮磷比为38.4:1，磷为密云水库生物生产力的主要限制性因子。因此在严格控制磷源输入的条件下，加强对氮源污染的监测与控制，防治氮源污染进一步扩大，是防治密云水库水体富营养化的根本措施。南水北调来水在白河电站区域汇入密云水库，加强该区域水体氮、磷实时监测对于分析汇水后水质水生态演变趋势，防治水体富营养化有重要意义。
1）在线总磷分析仪
在线总磷分析仪其整机运行成本低，采用PLC控制，可靠性高，抗干扰能力强，适用于恶劣的工业环境。智能故障自诊断功能，仪器管理和维护十分方便。断电保护设计，具有断电、再上电的数据自动恢复功能。
其特点优势如下：
1． 本仪器采用的方法与国家标准GB11893-89规定的方法的相似，与实验室分析具有很好的相关性；符合行业标准HJ/T103-2003中规定的各项参数。
2． 采用特殊光电比色方法，消除颜色、悬浮物、浊度造成的干扰。
3． 试剂更换周期1次/30天，每次分析成本<0.2元/次，整机运行成本低。
4． 采用PLC控制，可靠性高，抗干扰能力强，适用于恶劣的工业环境。
5． 智能故障自诊断功能，仪器管理和维护十分方便。
6． 断电保护设计，具有断电、再上电的数据自动恢复功能。
7． 采样方式可选为定时、等间隔两种采样方式可选。
8． 有超标报警功能，与采样器配合使用，实现超标留样。
9． 具有网络功能，通过网络平台，可实现数据共享及远程控制。
在线总磷分析仪的工作原理：
1.化学反应原理：
多磷酸盐和一些含磷的化合物在高温、高压的酸性环境中水解，生成正磷酸根，剩余稳定的磷化物被强氧化剂-过硫酸钠氧化成正磷酸根。正磷酸根离子在含钼酸盐的强酸溶液中，能和锑形成一种化合物，此化合物又被抗坏血酸（维生素C）还原成磷钼酸盐，并呈现出蓝色。在测定范围内，其颜色强度和样品中正磷酸根离子浓度成正比，因此，通过测量颜色变化的程度，就可以测量样品中总磷的浓度。
2.仪器工作原理：
总磷测量：在测量模式下，仪器首先用样品冲洗比色池，然后在比色池内加入试剂A 和经过预处理的样品。两者混合后，在高温、高压下进行反应，然后立即被冷却。为了测量经过反应而得到的所有正磷酸盐的浓度，试剂泵同时向比色池内加入试剂C 和D，并混合匀。反应结束后，LED 光度计测量溶液的吸光度，并且和反应前测量得的结果进行比较，从而计算出总磷的浓度值。
正磷酸盐测量：在测量模式下，仪器首先用样品冲洗比色池，然后在比色池内加入试剂A。经过加热，氧化剂被破坏，转化成硫酸。冷却后，蠕动泵再往比色池内加入样品、试剂C 和试剂D。样品和试剂经过混合、反应后，由LED 光度计测量生成溶液的吸光度，并与反应前测得的结果进行比较，从而计算出正磷酸盐的浓度。
监测过程流程图如下：

图4-2 在线总磷分析仪工作流程图
2）在线总氮分析仪
（1）原理
总氮在线过程分析仪秉承坚固耐用的设计理念，拥有独特的湿法化学氧化技术提供快速、可靠的水体总氮监测结果。在分析氮化合物时，它比常规分析仪更安全、更迅速且更经济。事实证明，它可在水处理厂以N信号作为函数进行调节，而且将其用于河流监测项目时，其正常运行时间超过98%。另外，现有分析特定氮化合物的专用分析仪配置可供选择。
以下流程图解释分析步骤。
将样品与两种特制SuperOxi®氧化试剂混合。在氧化容器中加热氧化该混合物若干分钟。在此过程中，所有（有机与无机）氮化合物经氧化转变为硝酸盐（NO3）。由于只有亚硝酸盐（NO2）化合物可通过比色（分光光度测定）检测量化，因此，硝酸盐将利用一种还原剂（硫酸肼）还原为亚硝酸盐。分析容器中形成的亚硝酸盐与显色剂反应，产生一种深紫色的复合物。溶液在540nm 时用光度计测出光吸收，而且吸收与样品中氮的总含量直接相关。

图4-3 在线总氮分析仪原理
（2）用户界面与信息传输
在线总氮分析仪使用方便的工业计算机控制分析仪的所有操作和功能，并可提供几种通信选项。标准4-20mA通信输出作为过程控制简单易用的界面连接。
分析结果以时间函数的图形显示，并使用固态数据记录仪进行备份。VALUES”（数值）显示用数字表示的分析结果。所有屏幕和子菜单中都包括紧急“停止（STOP）”，按下“停止（STOP）”将终止所有分析操作，直到采取进一步行动。工业计算机配备一个固态数据记录仪。过去1000次分析结果的历史记录（按个别参数）可通过数据表按时间顺序直观显示，同样还可通过密封的USB端口输出。

图4-4 数据显示界面

4.1.2 化学需氧量（COD）
有机化合物（Organic Compound）主要由氧元素、氢元素、碳元素组成。有机物是生命产生的物质基础。自然水体有机物主要来源为生产生活污水排放和水生生物及微生物死亡腐烂残存。有机物包括腐殖质和非腐殖质两类，其中腐殖质分子量较低，为无定形的、褐色或者黑色的、亲水的、酸性的、高分散的物质，这些物质大部分是胶体微粒，部分是溶液状态，部分是悬浮物状态。非腐殖质包括可以辨认化学特征的化合物，有碳水化合物、蛋白质、肽类、氨基酸、脂肪和色素等许多低分子有机物质。一般来说，这类化合物易被微生物分解，其残留是相当低的。
有机物在水体中大量累积，不仅导致水体富营养化，引发水华暴发，而且有机物微生物分解过程中，消耗大量的水体溶解氧，导致水体溶解氧下降，而引起有机物厌氧分解，产生恶臭，危害水生生态系统健康。一些有机金属络合物本身具有较大的生物毒性，如有机汞化合物、有机锡化合物和有机铅化合物，这些污染物质随水体进入生物链，并在生物体内累积，对生态系统及人类产生严重的毒害作用。另外，石油及其化工产品的泄漏导致水体污染，对水生态系统产生的危害也不容忽视。
化学需氧量（COD），是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量（COD）的测定，目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。地表水中有机物含量的监测通常采用重铬酸钾氧化法。密云水库COD含量较低，一般在10mg/L以下，加强对汇水区域COD含量的监测不仅有助于研究汇水后水质水生态的演变趋势，而且为水体有机污染及突发污染事件提供预警。
COD测量的分光光度法是在重铬酸钾标准法的基础上进行的，它的区别在于不使用硫酸亚铁铵滴定重铬酸钾，而是使用吸收光谱原理，在波长600nm处测定Cr3+的吸光度，而Cr3+是Cr6+在反应中还原的结果，因此Cr3+的吸光度曲线，可以表示出水样中COD值。测量原理如下图所示。
图4-5 COD测量原理
COD监测仪测量精度为±3%，工作电压为220V交流电。
4.1.3 余氯
为了防止输水管线管壁滋长藻类和细菌，南水北调入密云水库输水管线建设项目在管线前段投加了液氯，氯气溶于水体后，部分氯气与水反应生成次氯酸，次氯酸具有强氧化性，具有杀菌抑藻的作用，从而防止管道阻塞，提高管网输水效率。
Cl2+H2O=H++Cl-+HClO(次氯酸)
在实际施工过程中，可能会存在液氯投加过多情况，导致部分氯进入水库，由于次氯酸的强氧化性对生物处理无选择性，在杀菌抑藻的过程中也会对水体有益微生物产生毒害作用，从而影响生态循环，破坏生态系统的稳定性，对水库生态环境造成破坏。
有研究表明，0.2mg/L的氯可以直接杀死冷却水中60%-80%的藻类，浮游植物对余氯产生的损伤有一定的恢复能力，但恢复后浮游植物种类组成发生变化。浮游动物对余氯较敏感，较低浓度（一般<0.2mg/L）的氯即可对浮游动物产生明显的影响。余氯对底栖动物影响也较大，余氯可造成贝类滤食率、足活动频率、外壳开闭频率、耗氧量、足丝分泌量、排粪量等亚致死参数的降低，从而使贝类失去附着能力，当余氯浓度低于1mg/L时，即导致贝类摄食速率降低。余氯对鱼鳃有损伤作用，阻碍鱼鳃与水中溶解氧的交换，余氯也可通过鱼鳃组织进入血液，导致血液输氧能力下降。
为保护水九区域水质及水生态环境安全健康，及时调度翁溪庄泵站液氯投加量，需加强对汇水区余氯的实时监测预警。下面介绍一种目前常用的在线氯分析仪。
CL500在线氯分析仪
CL500连续在线氯分析仪，精确、可靠，用于余氯和总氯残留的测量。CL500在线氯监测仪使用可靠、经济的比色DPD(N,N-二乙基对苯二胺)化学分析法, 已被证明是测量残留余氯或总氯的最精确方法。没有泵或混合部件的磨损，CL500在线氯监测仪以最少的维护提供可靠的运行。
CL500连续在线氯分析仪根据用户可选择的采样设置储存试剂，采样周期时间90秒-600秒。CL500连续在线氯分析仪的小容量试剂和样品室可节省试剂费用并减少水的消耗。可拆卸样品杯便于清洗和维护，可以看见的样品室，在仪器采样时可以清晰地观察样品杯。
CL500连续在线氯分析仪提供可编程的4-20mA输出信号，可用于数据记录器以生成报告，或控制化学进料系统。还有2个用户可选的高/低限值继电器，可以触发自动拨号器或本地报警系统以用于系统故障的情况。CL500连续在线氯分析仪的外壳占用空间小、抗腐蚀、防护等级NEMA 4X(IP66)，可以方便地安装到几乎任何空间。
表4-1 CL500在线氯分析仪技术参数
测量范围
0-10mg/l
循环时间
用户可选：90秒-10分钟
分辨率
0.01mg/l
精度
±5% 或 0.03mg/l
方法
USEPA认可的DPD分析法
标准输出
4-20mA 和 RS485 Modbus
报警
2个用户可选的报警输出(Form C, 240VAC/2A)
工作温度
+5 - +40℃
输入压力
1-200psi
显示器
背光LCD
外壳
ABS塑料, NEMA 4X, IP66
电源

认证
CE, UL, CSA, (ETL, ETLc)
尺寸/重量
410410260 mm, 3.6kg

4.1.4 叶绿素与蓝藻
叶绿素a作为水体浮游植物现存量的重要表征之一，是水体理化性质和生物指标的综合表现。蓝藻是唯一可产生大量藻青蛋白和藻蓝蛋白的藻类，由于藻蓝蛋白有特征性的光吸收峰及荧光光谱，常常用来作为检测蓝藻的指标。叶绿素a表征水体浮游植物现存量，可以反映水体中总藻类的发展变化，而藻蓝蛋白则表示水体蓝藻的含量。因此，在水生态分析中，通常把叶绿素a与藻蓝蛋白数据对比分析，粗略确定水华类型：叶绿素a含量高，藻蓝蛋白含量低，表明水体藻类以绿藻为主，相反叶绿素a含量低，藻蓝蛋白含量相对较高，则表明藻类以蓝藻为主。
由于受到富营养化的影响，淡水水体中常常有蓝藻水华的发生。蓝藻在生长和分解过程中，会产生蓝藻毒素，具有很强的肝毒性并能引发三致，对水生态系统的危害更大。南水北调水源来自于丹江口水库，其水华类型为蓝藻硅藻型，南水北调来水接受区密云水库水华类型为硅藻蓝藻型，加强对汇水区叶绿素a及藻蓝蛋白的实时监测，对于分析汇水后水华类型转变、水质水生态演趋势及水华防治措施实施提供依据。
氮、磷是水体浮游植物生长必不可少的物质基础，其含量变化可影响浮游植物的数量，而浮游植物的生长状况又可导致营养盐含量的变动。叶绿素a作为浮游植物存量的表征指标与氮、磷含量的关系较为复杂。故要对水华发生提供预警信息，防止密云水库发生水华，必须对水质情况进行全面监测，包括：总磷（TP）、总氮（TN）、叶绿素、藻蓝蛋白、化学需氧量（COD）等水质参数，水温、风速、风向、降雨等气象指标。本次建设的浮标站的监测指标有：叶绿素、藻蓝蛋白、水温、水位、风速、风向、气温、相对湿度、雨量、日照强度，本方案设计通过软件拓展开发将以上各个参数数据信息及分析结果接入大屏幕监控系统进行展示，并根据《密云水库水华防治预案》中水华预警级别进行报警，给管理人员提供依据进行处置。
（1）蓝藻在线分析仪
蓝藻在线分析仪是专门测量水体蓝藻浓度的高精度仪器，体积小巧，在环境监测、地表水监测、海洋研究、废水处理等领域应用广泛。
该设备通过测量蓝藻体内藻青蛋白（phycocyanin）和衍生的藻蓝蛋白（蓝藻是唯一可产生大量藻青蛋白和藻蓝蛋白的藻类）在高能LED激发下释放出的荧光能量来计算蓝藻的含量。
技术特点：
Ø灵敏度高，响应快速，稳定可靠。
Ø量程可选，自动日光补偿。
Ø低功耗，操作维护简便。
（2）叶绿素在线监测仪
采用活体测定方法，即利用了叶绿素荧光响应的特征，在特定的波长光照下释放出荧光，荧光强度正比于叶绿素浓度。叶绿素在线监测仪解决了传统方法中的测试程序耗时、需要有经验的分析人员方能确保良好的数据及长期的一致性、不能用于连续监测等缺点。不仅如此，由于测量在水体中直接进行，无需把细胞搅破，故能真实反应细胞中叶绿素在现场条件中鲜活的表现，从而真实、及时判断当前的水体状况，如有害藻华、赤潮。
叶绿素在线监测仪规格
表4-2绿素在线监测仪规格

4.2 水质在线监测设备辅助设施
4.2.1总磷、总氮、COD、余氯在线监测仪配套设备
实现对总磷、总氮、COD，余氯的在线监测，需要抽取水库水至监测站房，设立流通池、仪器箱（带USP电源）、固定仪器的安装支架、电缆，样品管道等配件。化验室需设置一台反渗透-精床纯水设备，