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1、 小型水文水质自动监测站技术方案 1. 概述 水文水质监测是为国家合理开发利用和保护水土资源提供系统水文水质资料的一项重要的基础工作，是水生态、水资源、水安全科学管理和保护的基础。水质监测的目的是及时、准确、全面地反映水环境质量现状及发展趋势，为水环境监测、管理、规划、污染防治、生态预警等提供科学依据。 水文水质在线自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术、GIS技术以及相关的专用分析软件和通信网络所组成的一个综合性的在线自动监测系统。水质在线自动监测系统是一套把多项监测指标的分析仪表组合在一起，从采样、分析到记录、
2、整理数据（包括远程数据）、中心遥测组成的系统，结合相应的监控及分析软件，实现实时在线自动监测，满足运行可靠稳定，维护量少的要求，并实现无人值守。 一套完整的大型大型水质在线自动监测系统，由于其系统复杂，建设成本高，建设周期长，运营维护成本高等原因。进行大面积的布点建设存在较大的困难。 随着国际上水质技术的发展，多参数高集成的设备已经得到了广泛的认可。利用国外先进的高集成的一体化多参数水质监测仪，配合我公司数据采集遥测系统及通用水环境水资源管理监控平台软件，可以非常方便的实现地表水、地下水、水源水、饮用水、排放口、海洋等不同水体的水质自动在线监测，有效的实时监测水质的变化情况，为水生态、水环
3、境、水安全的有效管理提供可靠的分析和监控。 监测的指标主要包括包括水位、流量、水温、溶解氧、pH、电导、盐度、浊度、蓝绿藻，氨氮离子等多种参数。所监测的各类指标可通过有线或无线传输方式传送到监控中心，也可在监测现场实时读取数据。 2. 技术方案 2.1系统组成： 系统主要包括Nimbus气泡水位计、SLD超声波多普勒流量计、Hydrolab多参数水质分析仪、数据采集遥测系统、供电系统、监控管理软件等几部分组成。 系统组成示意图 Nimbus气泡水位计、SLD超声波多普勒流量计和Hydrolab多参数水质监测设备实时或按触发模式采集各项水质参数，通过遥测单元，将数据实时报
4、送给监控中心或移动监控终端。在组站上有地面站和浮标站等多种灵活的组站方式，通讯方式支持短信/GPRS、有线、卫星等多种模式。系统工作主要按三种方式来触发，系统的定时触发、系统增量触发和系统查询应答。 3.多参数水质监测设备 3.1产品简介 3.1.1 CBS 气泡水位计 CBS气泡式水位计可连续测量地下水和地表水的水位。它具有多种数字接口，可实现远程数据采集。压缩空气由无需维护的活塞泵产生，不需要外部压缩机或氮气钢瓶充气即可进行工作，也不需要干燥剂。即使在盐水或受污染的水体中，读数亦准确而稳定。 CBS气泡水位计即可以独立工作也可以和外部数据采集装置配合使用，例如：DataLog
5、ger、PC或PDA等； 3.1.2 SLD 超声波多普勒流量计 OTT SLD 是用来连续监测河流和开阔德渠道之流速和水位的超声波多普勒感应系统，该产品确保在有高沉积的洪灾情况下可靠的流速测量结果，此超声波水位监测技术已被授予专利。 OTT SLD 通过使用两条水平超声波射线射入水流进行监测，监测单元最多可达九个。 它的整体设计减少了在河流中安装所需要的建筑工作，同时使得整个安装过程变得更加经济和简便。低能耗的设计，可使用太阳能供电。同OTT LogoSens 数据记录仪结合，可作为在线的河流监测系统，传感器通过SDI12 接口和数据记录仪结合，然后计算出流量并通过GSM 网络传
6、输至数据中心。 3.1.3 Hydrolab 多参数水质分析仪 Hydrolab 5系列多参数水质分析仪是一款新型多参数、宽量程的水质监测仪器，可用于地表水、地下水、水源水、污水口、饮用水、海洋等不同水体的水质在线及便携监测。监测参数包括溶解氧、pH、ORP（氧化还原电位）、电导率（盐度、总溶解固体、电阻）、温度、深度、浊度、叶绿素a、蓝绿藻、若丹明WT、铵/氨离子、硝酸根离子、氯离子、环境光、总溶解气体共十五种参数。 从1967年开始，Hydrolab每隔7、8年就推出新一代产品，目前已经是第五代。5系列Hydrolab产品共有三种型号：DS5、DS5X和MS5。其中DS5和DS5X
7、可以同时测量多达10种参数，而MS5小巧轻便，可以同时测量7种参数，DS5X更带有自清洗刷，可以适应泥沙或其他杂质较多的污水环境。 3.2探头技术说明 3.2.1常规参数： 温度：热敏电阻法，使用寿命高于5年 溶解氧： LDO：荧光法溶解氧，探头帽使用寿命为一年 膜法：常规的Clark膜法，需要定期更换半透膜、电解液及磨光阳极。由于该探头是化学方法，因此会受到水中重金属离子、H2S等成分的影响。同时由于该方法消耗氧气，因此需要加装水样搅拌子，以保证一定的流速。 pH：玻璃电极法，参比电极需要定期更换电解液 ORP：铂电极法，和pH电极共用参比电极 电导：四石墨电极法，
8、耐腐蚀，可通过随机软件自动换算为盐度、总溶解固体、电阻 浊度： 自清洗浊度：符合ISO7027的光学法，带有自清洗刷，可以有效保护探头表面；量程高达3000NTU 四光束浊度：专利技术，通过两个接收装置接收来自两个光源的两束反射光和两束透射光，有效消除单光束引起的误差，特别适用于比较干净的水体，如饮用水 深度：压敏电阻法，有四种量程可选 3.2.2其他参数： 叶绿素a：体内荧光法，比起实验室的萃取法操作极为简单，精度高，量程大，非常适用于地表水、水源水的在线及便携使用以及实验室便携使用。叶绿素的含量可以反映水体富营养化的程度 蓝绿藻：体内荧光法，在淡水中测量藻青蛋白，海水中测
9、量藻红蛋白。比常规的人工计数法测蓝绿藻有很突出的优点，节省大量的时间和人工。非常适用于地表水尤其是景观水、水源水以及自来水厂的进口。有效的藻类监控可以及时采取应对措施以减少蓝藻产生毒素对于饮用水的影响。 氨/铵离子（氨氮）：电化学方法，使用寿命半年，不能用于15m水深以下或电导大于1.5 ms/cm的水体中，适用于污水排放口 硝酸根离子（硝酸盐氮）：电化学方法，使用寿命半年，不能用于15m水深以下或电导大于1.5 ms/cm的水体中，适用于污水排放口 氯离子：电化学方法，使用寿命1年，不能用于15m水深以下 环境光：光学原理，测量光合作用有效光的光强度（波长400-700 nm），适用
10、于水生环境的研究、水产养殖等领域 总溶解气体：毛细管原理，适用于需要监测水中溶解气体的场合如水坝的消能结构等 若丹明WT：体内荧光法，在国外，主要用于市政排污泄漏检测 3.3技术指标 3.3.1 CBS 气泡水位计 量程：0 – 15 m / 可选: 0 – 30 m 精度：标准: ± 5 mm 可选: ± 1.5 mm (USGS 标准) 在15m量程的最初3 m内 分辨率：1 mm / 0.1 mBar 单位：m、cm、feet、mBar、psi 测量间隔：1 min - 24 h 输出：SDI12、4…20 mA (0.1%, 15 Bit)
11、 供电： 10 -30 V DC 通常 12 V / 24 V 功耗： 测量间隔1分钟：320 mAh/天 测量间隔15分钟：25 mAh/天 测管直径：Ø 2 mm、Ø 1/8’’、Ø 4 mm 通讯 (OTT CBL可选)：ISDN、SMS、GPRS、IRDA 集成净化功能 过载保护 温度范围： 操作温度：-20…60°C 存储温度：-40...85°C 相对湿度：10-95% 尺寸：165 mm x 205 mm x 115 mm 重量：1500 g 外壳材料：CBS工程宿老 保护等级：IP43 EMC标准：IEC61326、EN613
12、26 3.3.1 SLD 流速： 测量原理：使用两束水平超声波通过多普勒原理进行测量 量程：± 10 m/s 精度：读数的1% 或 ± 0. 5 cm/s 频率 射线宽度 范围 测量单元大小 测量单元数目 0.6MHz 2.0度 80m 2 - 10 m 9 1MHz 2.3度 25m 1 - 4 m 9 2MHz 1.8度 10m 0.2 – 2 m 9 水位 量程：0.15
13、 10 m 精度：3 mm 水温 量程：- 4°C - 30°C 精度：0.1°C 尺寸 长度：45 – 52.2 cm （和波束频率有关） 直径：7.5 cm（圆柱体） 供电：9 – 16 V DC 功耗：50 – 500 mW （受测量周期影响） 接口：RS232 或 SDI12 内存：2M 可扩充至78M 安装方式：水平或垂直 3.3.3 Hydrolab 基本配置包括：内置温度传感器、参数设定和仪器调试智能软件、RS232数字端口、配重和标定杯以及全套的维护工具； 主机 外径 8.9厘米（DS5、DS5X），4.4 厘米（MS5）
14、长度 58.4厘米（DS5、DS5X），76.9 厘米（MS5） 重量（典型配置） 3.35公斤（DS5、DS5X），1.3 公斤 （MS5） 最大深度 225米 操作温度 -5到50°C 电池供给（任选） 8节干电池 计算机接口 RS232、SDI-12、RS485 内存（任选） 120,000条测量值 温度传感器 范围 -5到50 °C 精度 ± 0.10 °C 分辨率 0.01 °C 方法 热敏电阻法 电导率传感器 范围 0到 100 mS/cm 精度 读数的± 1 %；± 0.001 mS/cm 分辨率 0.0001个单位 方
15、法 4石墨电极法 pH传感器 范围 0到14个单位 精度 ± 0.2个单位 分辨率 0.01个单位 方法 玻璃电极法 膜法溶解氧传感器 范围 0到50 mg/L 精度 ≤20 mg/L时为± 0.2 mg/L >20 mg/L时为± 0.6 mg/L 分辨率 0.01 mg/L 方法 膜电极法 荧光法溶解氧传感器 范围 0到20 mg/L 精度 ≤8 mg/L时为± 0.1 mg/L >8 mg/L时为± 0.2 mg/L 分辨率 0.01 mg/L 方法 无膜荧光法 ORP（氧化还原电位） 范围 -999到999mV 精
16、度 ± 20 mV 分辨率 1 mV 方法 铂电极法 深度0－10、25、100、200米 范围 0到10（透气水深）、25、100、200米 精度 ± 0.003米（10米透气水深）、± 0.05米（25、100米探头）、±0.1米（200米探头） 分辨率 0.001米（10米透气水深）、0.01米（25、100米探头）、0.1米（200米探头） 方法 压敏电阻法 盐度 范围 0到70 ppt 精度 ± 0.2 ppt 分辨率 1 mV 方法 电导率换算 自清洗浊度 范围 0到3000 NTU 精度 100 NTU以内为± 1%，100
17、到400 NTU为± 3%，400到3000 NTU为± 5% 分辨率 400 NTU以内为0.1，400 到3000 NTU为1.0 方法 光学法 铵/氨离子 范围 0到100 mg/L-N 精度 大于读数的± 5 %或±2 mg/L-N（常规） 分辨率 0.01 mg/L-N 方法 电极法 硝酸根离子 范围 0到100 mg/L-N 精度 大于读数的± 5 %或±2 mg/L-N（常规） 分辨率 0.01 mg/L-N 方法 电极法 氯离子 范围 0.5 到18000 mg/L 精度 大于读数的± 5 %或±2 mg/L（常规） 分辨
18、率 4位数字 方法 电极法 叶绿素a 范围 低灵敏度：0.03 到500 μg/L 中灵敏度：0.03 到50 μg/L 高灵敏度：0.03 到5 μg/L 精度 ± 3 % 分辨率 0.01μg/L 方法 体内荧光法 蓝绿藻 范围 低灵敏度：100 到2,000,000 cells/L 中灵敏度：100 到200,000 cells/L 高灵敏度：100 到20,000 cells/L 精度 ± 3 % 分辨率 20 cells/L 方法 体内荧光法 若丹明 范围 低灵敏度：0.04 到1000 ppb 中灵敏度：0.04 到100
19、ppb 高灵敏度：0.04 到10 ppb 精度 ± 3 % 分辨率 0.01 ppb 方法 体内荧光法 环境光PAR 范围 0 到 10,000 μmol s-1m-2 精度 读数的± 5 %或±1μmol s-1m-2 分辨率 1μmol s-1m-2 方法 光电法 4. 数据采集系统 4. 1 数据采集装置 OTTDuoSens数据采集记录仪技术指标 2个信号通道。 可实现对传感器信号的连接、处理、显示、存储和传输等功能； 可接纳信号： 模拟信号，数字信号SDI12 供电：12VDC； 内存：1MB； 继电输出； 通讯端口：RS2
20、32 通讯协议：OTT专属协议； 多参数分析仪只接受SDI12接口标准； SDI12协议为美国/欧洲标准； 4.2 供电模式： 提供三种供电模式，自动切换，可实现对传感器的过压保护。 4.2.1太阳能供电： 推荐使用； OTT公司有12V/55W/30W/12W多种太阳能板可选择。 同时提供多种太阳能电池； 是野外供电要求的理想选择； 4.2.2采用外接交流电源供电 4.2.3 采用外接蓄电池组供电 4.3 数据通讯 兼容多种通信模式，方便用户选择 4.3.1 GSM/GPRS通讯服务（推荐使用） 可通过GSM/GPRS 网络，采用短信方式直接进
21、行数据传输；也可以采用GPRS信道。 主要指标 供电：12VDC； 能耗：休眠模式：〈 25mA 激活模式：〈 160 mA 温度范围：-20~+55 °C 4.3.2 电话传输 需要调制解调器 优点：成本低； 缺点：数据传输速度慢，无法实现连续监测，无法对多个点进行同时监测。 4.3.3 卫星通讯方式 多种卫星通讯方式可供选择： 北斗卫星通讯（短信方式） Inmarsat海事卫星 5. 浮标特点 采用不锈钢材质，设计有专门配合多参数水质分析仪的专用套管。配有专用锚和信号灯。通过和上述通讯系统和供电系统配合，可以实现灵活、方便、简单的数据监
22、测和传输。维护简单方便，密封性好。 6. 监控中心软件 可采用OTT配套软件Hydras 3系列软件，也可根据现场情况由系统上提供相应软件。Hydras3 软件特点： 软件功能：提供基本的产品通讯功能，可以方便的下载采集的数据，并进行图形分析。设置仪器的相关参数，并可将数据方便的导出为常见表格格式或其他格式。 特点：界面十分轻松、友好；建站只需要“即拉即用”； 数据自动连续读取； 实时进行通讯； 数据分析图形随要随显； 可随时下载数据 7. 建设周期 一般建设进度将在15个工作日内完成； 8. 监测站的特点说明 ü 设备及程度高，同一台设备可监测多个参数。 ü 整体建站成本低，组站灵活、快速。 ü 可实现对源水各类参数的实时在线连续测量， ü 无人值守，免维护，管理成本低 ü 采用国际先进监测技术，不会产生二次污染 9. 产品主要应用 国外：美国地调局、美国EPA等 国内：北京水文总站、长委水保局、松辽委水保局、北京密云水库、北京市排水集团、沈阳环监站、云南省水环境监测中心、黄委水保局、国家海洋环境监测中心、天津水文总站、中科院青藏所、张家港环保局、淄博水文局、北京市环保局、华南环科所、国家海洋局一所、青岛海洋大学等 17 / 18
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