水质自动监测系统由站房、仪表分析单元、取水单元、配水单元、控制系统、数据采集/处理/传输系统、防雷设备组成。其中仪表分析单元由多参数分析仪、蓝绿藻分析仪、营养盐分析仪、有机物分析仪、重金属分析仪、留样器等组成；采水系统将水样采集预处理后供各分析仪表供各分析仪使用；系统泵阀及辅助设备由PLC控制系统统一进行控制；各仪表数据经RS232/485接口由数采工控设备进行统一数据采集和处理，系统数据有线光纤、3G无线传输两种传输模式。为防止雷击影响，水质自动监测系统配置完善的防直击雷和感应雷措施。系统配置智能环境监控单元对系统整体安全、消防和动力配电进行智能监控。

（1）水质自动监测系统总体架构如图

（1） 水质自动采集要求

水质自动采集有间歇运行模式、连续运行模式和应急运行模式三种情况，下面以连续运行模式为例

2.1、连续运行模式

控制需求

Ø 连续模式控制需求如下：

Ø 取水泵连续取水，保证多参数池连续供水

Ø 沉淀池进水电动球阀或者增压泵间歇取水配水，可设置运行周期

Ø 分析仪表测量频率一致

Ø 清洗要求：过滤器及内管路每次清洗（与取水泵无关），外管路及多参数池每天清洗（与取水泵相关）

Ø 除藻要求：无需除藻

Ø 气洗要求：无

Ø 数据存储：数据存储间隔30min。多参数、蓝绿藻数据每30min采集一次，其它仪表采集当前值或根据实际要求进行设计数据存储及采集间隔。

（2） 采水系统方案

采水系统建设在满足取水要求的前提下应尽量简洁，因地制宜，针对每个水站取水位置的不同情况采取最适用的方式。

采水系统是水质自动业主的重要组成部分，根据取水口工况的不同，如水位的变化幅度，河岸的地质情况等，通常会设计不同的取水方式。常用的取水方式包括栈桥式、浮船式、浮桶式、管道式、护筒式、采样井等。（后面面主要介绍浮标站采集方式）

3.1浮船式采水方式

Ø 浮船式采水应用范围

适合于浅滩河岸、取水点位距离岸边较远，或河流改道现象比较频繁的情况。

Ø 浮船取水特点

浮船取水具有设计简单、维护方便的特点，同时可以比较方便地在河道中改变位置，适应河道变化。

Ø 浮船式采水方式描述

浮船式采水方式如下图所示。

 

浮船式采水示意图

1) 浮船的位置

根据取水点选取原则，浮船所在位置选在河水深度常年在3米以上的河道位置，该点水位常年满足要求，无急流漩涡等干扰因素。

浮船的位置应尽量考虑偏离航道，以免与来往船只发生碰撞事故。

2) 浮船的固定

据现场情况，如果浮船距离岸边相对较近，可以采用从浮船牵引钢丝绳到岸边固定桩，并抛锚固定。如果浮船距离岸边太远，直接从岸边固定桩牵引钢丝绳无法将浮船固定在特定位置，可以采用锚桩与抛锚配合的固定方式。可以考虑在临近深水区的浅水河滩上建设锚桩，数量为两个，相距为10~15米，排列与河岸平行。锚桩上预留钢筋拉环，便于与钢丝绳连接，浮船位于两个锚桩之间，首尾通过钢丝绳与锚桩连接，钢丝绳的长度留有一定余地，以便浮船在水位变化时可以随之上下浮动。

3) 浮船的设计

a) 材质与尺寸：采样浮船采用优质轻质塑料，尺寸约0.6米*0.6米，设计满足除自身设备外，可承受五十公斤的额外重量；

b) 造型：造型可设计成四方形，由于体积小，可以减轻水流冲击力；

c) 结构与设备：浮船上部为轻质塑料，支撑整个设备浮于水面，两侧均设有不锈钢过滤网，过滤网可设计成拆卸式，以方便日后拆出潜水泵和格栅进行清洗。取水浮船的相对位置保证取水深度始终为水面下0.5~1米；

d) 取水浮船两侧的不锈钢过滤网内均放置潜水泵，这样即使浮船两边受力平衡，又满足系统需要双泵双管，一采一备，实时不间断监测的要求。并且当一路出现故障时，能够自动切换到另一路进行工作，保证整个系统的正常运行；

e) 潜水泵扬程选择取决于取水点到站房的距离以及站房与水平面的高度差。根据现场不同情况，选择不同型号的潜水泵，并可通过调节管路开度使得其工作状态达到最佳。

4) 浮船的安全措施

a) 警示：浮船护栏上悬挂“危险勿近”标志，船上安装有符合航道标志协会要求的标准航标灯，以防晚上或者视线不好的情况下船只误撞。航标灯具有光感功能，可在光线不足时自动亮起。

b) 防撞：浮船周围设置防撞带，防撞带由橡胶制成，可防止浮船由于水位变化上下产生浮动产生的撞击，也可防止因波浪推移或船只不慎造成的侧面撞击。同时也降低在发生碰撞造成的损伤。浮船下方设有双排防撞杆，可避免船体下方与岸边的侧面撞击。

c) 防泥：防撞杆的设计高度远大于不锈钢过滤网的高度。同时防撞杆也起到防止系统抽吸底泥的作用。当水位降到一定高度时，防撞杆支撑起整只浮船，将过滤网架空，系统一旦检测到取样管水压达不到设定压力，会指令取水泵停止工作。

d) 防堵：取水口上下方设置不锈钢丝网，防止进水口淤积和杂物堵塞。

e) 防冻：取水管前端采用双不锈钢软管，捆扎后尽量沿着河底铺设，由于河水热容量比空气大，因此取水管在河水中不易造成管中水冰冻。系统在冬天低温天气中可调节反向冲洗用水的温度，防止取水口冻结。

5) 浮船的维护

a) 为延长浮船寿命，同时保持浮船外表美观，每年必须安排对浮船进行检修；

b) 要定期检查浮船工作状态，及时处理潜在的问题；

c) 定期检查清洗浮船过滤网。

3.2浮桶式采水方式

浮筒式采水与浮船式原理基本一样，是浮船的小型化。

3.3采样井采水方式（地下水取样）

地下水分层监测井采用多级完整监测井代替传统的组孔多级采样监测井多级完整监测井是在一口井中放入数根监测管通过分层围填砾料和封隔分别监测所选定层位可节省建井成本提高建井效率，潜水泵将水样抽取分配到水样采集系统。

 

3.4管道式采水方式（饮用水管网取样）

项目在对各现场工况进行充分调研的基础上，根据各现场取水口特点并结合实际适用范围及特点，针对饮用水管网取水位置的不同情况采取最适用的方式，利用管道预留口，该种方式方便简单，便于操作；另一种是根据设计院实际采取管道开孔取水。

 

开孔示意图

（3） 浮标站方案

第1章 

第2章 

第3章 

第4章 

4.1 系统功能特点

1.长期、连续、定点在线监测

2.整个浮标监测系统产品成熟，在海洋、湖泊、水库等环境监测领域有广泛用户，且有10年以上使用记录。

3.耐腐蚀、高强度和抗撞击的浮体技术，能够耐受恶劣气候环境

4.系统监测参数广泛，能够连续在线监测水温、pH、电导率、盐度、总溶解固体、溶解氧、浊度、氨氮等，浮标要预留接口和控制软件以备以后增加监测项目。

5.系统配置数据采集控制设备，能够按要求进行现场水质参数监测数据的采集、存储、传输，显示仪器性能和状态，能远程监控供电系统电池电量

6.系统集成的监测仪器和数据采集控制平台均具备数据存储功能，以确保在仪器故障或系统故障情况下测量数据不丢失，仪器内存容量不低于6个月的存储量，数采控制平台内存容量4M，配128M字节的Flash存储器，可扩展到1G，最少保存一年历史数据

7.系统具有GPS定位系统，浮标一旦移出预先设定范围，即刻被GPS定位，并立即按程序设定向手机和值班电话报警。

8.具有GPRS无线传输功能，确保数据传输的保密性和可靠性。具有数据和控制指令无线传输功能。

9.具有系统电源断电时仪器内置电源自动接入、不中断测量、数据存储功能；仪器内置电源应能维持仪器持续工作不少于30天。

10.中心控制平台软件具有数据数理统计、绘图、制表等功能。

12.所有仪器设备、所有传感器及电缆与仪器接口均达IP68防护等级。

13.具有太阳能供电装置，连续30天阴雨天（不出太阳）仍能向自动监测浮标正常供电，不影响系统正常工作；太阳能板具备能量转换效率高、耐海水腐蚀、抗风浪、耐碰撞和刮擦、使用寿命长等功能。

14.系统具备自动报警功能：溶解氧超出设定范围、电池电压太低、电子仓渗水，系统自动向程序设定的手机和值班电话报警。

15.采用高精度、高稳定性水质监测仪器

16.水质监测仪不向周围环境排放污染物

17.仪器维护周期长的功能，工作周期在三个月以上。

18.浮标及仪器传感器具备多重防生物污染能力：专门针对水体环境污染的多方面防污染技术，抗生物污染和水体腐蚀，温盐、溶氧等参数采用泵控的流通式测量；漂白液杀菌；传感器表面铜质材料包裹；铜质防生物刷头，光学传感器休眠期铜片覆盖光学窗口。

19.系统所配水质监测仪器是同类仪器的最新型号，应具有内置电源和数据存储功能，仪器性能稳定可靠，校准漂移小、维护量少；数据采集、控制单元兼容性好、扩展性强，能支持通用的数字通讯协议；测量数据和指令无线传输设备能按要求实时传输数据和指令，抗干扰能力强。

20.浮标及探头有行之有效的防寒措施，保证浮标传感器较长时间稳定准确的获取监测数据。

21.浮标监测系统具有水质监测浮标正常运行所需的GPRS卡、电池、天线、保护管道、防盗锁链等其他必须设备，以及提供现场维护专用工具器。

22.适应应急水质观测和近岸水质监测系留技术

23.锚系系统的抗腐蚀能力和受力强度及锚锭的负重均应能确保浮标2年以上长期正常工作。

24.营养盐测量仪采用国标方法测量氨氮。

25.水质多参数仪具有同时接入叶绿素传感器、浊度传感器、水中油传感器和光学溶解氧传感器，以及水温/电导/盐度/总溶解固体传感器、pH传感器功能，集成于同于探头中，可同时测量上述九个参数。

26.系统模块化设计，可扩展性强，具有测量其它项目扩展功能,今后需要时加入相应模块即可测量。

27.浮标包含气象参数系统，可测量温湿度、气压、风向、风速。

28.浮标使用寿命：10年以上。

4.2 系统组成

环境预警监测系统由浮标、水质多参数分析仪、气象参数系统、供电系统、数据采集控制系统、无线通讯系统、系留系统及中心站监控平台组成。

浮标体为美国哈希整体集成进口集成，提高设备的整体性、稳定性。

 

4.3 浮标参数

MB-1400浮标主要由浮体、底座、上部支架、雷达反射器、航标灯、太阳能供电系统、仪器舱、各种仪器安装支架、锚固系统等部分组成。

 

（1）主要性能：

整体原装进口，并预留叶绿素、营养盐等拓展接口，以及设备空间，用于用户将来根据需要增加监测参数。

浮标体为专业不锈钢材料，直径140cm。耐碰撞、耐腐蚀、耐老化，良好的抗挤压、抗撞击能力，重量轻、服役期长，

无污染，防生物附着性好，为不易为生物附着低表面能聚合物通体材料。

饼型浮体，模具成型，尺寸精确，表面光滑，阻力小

重量轻、浮力高；抗吸水性强。不受燃料及化学品渗透；火灾安全性能好。颜料、紫外稳定剂及抗氧化剂直接均匀地整合至细胞组织内，非常耐用，没有上漆。

底部有负重，以便稳定浮筒本身，小体积大重量

不锈钢支承架，用于安装太阳能板、GPS全球定位系统、GPRS天线、警示灯标、雷达反射器等，以及浮标吊装、维护支撑。

密封防水电控室；内置数据采集控制器、电池系统以及状态传感器，采用保温控温措施，平衡电控室温度，防止夏天高温损坏仪器设备。

专门放置仪器的套筒，附有挂锁，有效保护仪器

仪器侧面提起即可进行维护，不需起吊整个浮标

浮标锚系系统包括扣环、锚链等部件。抗腐蚀能力和受力强度及锚锭的负重均应能确保浮标在恶劣环境下较长期间正常工作。锚链长不少于20米。

浮体成形后，表层高温高压加密，形成一层异常强硬的一体性外皮，具防撞自体保护性能，碰撞时不会损坏碰撞物，自身也不损坏，并能有效保护测量仪器；此层的抗腐蚀性很强，能抵抗海洋生物沾附。 抗撞击能力，强度高、表层意外穿孔破损不影响浮体浮力，不会腐蚀及下沉。

低维护量少，使用寿命长，在整个使用周期内维护成本低廉。耐受台风、暴风雪等恶劣环境气候能力极强。

（2）主要参数：

项目		指标
浮标参数	浮体直径	1400mm
	标体总高	2220mm（含底座、上部结构）
	重量	360kg
	浮标颜色（航道灯标）	信号黄RAL1003
	稳心距	431mm（水深20m挂锚链时)
	横摇周期	约3.75s（水深20m挂锚链时)
	储备浮力	2750kg（水深20m挂直径28mm锚链时)
	锚链配置	28-38mm锚链
浮标适用环境	适用水深	5-40m
	最大风速	20m/s
	最大流速	3m/s
	最大浪高	5m

4.4 系留系统

提供稳定的系泊力，使浮标系统能够在恶劣的水库环境中长期系泊定位，不走锚，不断缆。考虑合肥水库浮标系统布放标站位地质情况，防止滚动、滑坡和走锚，采用重力锚，锚锭的负重确保浮标在恶劣环境下较长期间正常工作。

4.5 防护系统

l GPS全球定位系统：实时监测浮标地理位置，与GIS结合实现远程监控。系统脱离预设范围即报警，防止偷盗、锚系断裂等意外事件；

l 电子罗盘；

l 雷达反射器，警示过往船只，防止碰撞；

l 航道灯标：选用符合国际航道标志协会的警示灯，能见度5.5km，轮式结构，6灯泡自动切换，自动感应，闪烁周期可设，符合国际航道灯标协会规定。

 

4.6 太阳能供电系统

1、太阳能供电系统包括太阳能电池板、铅蓄电池组及太阳能控制器；

2 太阳能电池板全方位吸收太阳能，将太阳能转换为电能，送往铅蓄电池中存储起来，蓄电池位于防水蓄电池仓内；

2 太阳能控制器用来控制供电系统的工作，对电能储存蓄电池起到过充电保护作用，有效延长蓄电池的使用寿命。

性能特点：

2 配置超强太阳能板，涂覆塑料保护层，耐磨、耐刮、耐碰撞，能抵受严峻的腐蚀性环境，机械刮擦造成龟裂不影响太阳能板正常工作；

2 储电系统选用高性能蓄电池；

2 太阳能板与蓄电池连接采用水密太阳能电池接头。带有充电控制模块、升压模块和专业防雷模块；

2 太阳能供电系统电池板功率150w，可扩展，能够保障浮标监测系统的电力需求，在连续30天阴雨天气（不出太阳）状况下，仍能维持系统正常运行。

4.7 数据采集传输系统

采用水下数据采集传输系统，具有高可靠性，低功耗设计；设备体积小，抗震性好；安装简单，维护方便；密封性高，防护等级IP68，即可用于剖面测量，又可应用于定点连续监测，特别适合于水体监测调查领域。

 

数采仪

2 数据采集、处理系统采用模块化设计，扩充能力强，容量大、功耗低；

2 数采仪用于多通道数据采集、记录，并有数据处理、编程、报警功能；

2 内存：不小于4MB，断电时数据不丢失，配128M字节的Flash存储器，可扩展到1G，最少保存一年历史数据

2 数采仪具有专用接口，用于下载数据和调整设置；

2 通讯接口：RS232、RS485；

2 数采仪可对仪器实现开机、停机、监测等操作，保证数据质量，同时降低系统功耗。

数据传输

GSM、GPRS/CDMA、3G网络、卫星通讯等多种通信方式可选，实现数据传输和远程控制。数据通讯模块可采用SMS短信传输，直接发送短信到相关服务器和监控中心，数据传输模块具备向多点进行SMS报警的功能。数据传输采用二进制加密协议，保证数据安全性。数据传输可通过服务器中继转发至多个监控中心。数据传输模块，自动定时重启，保证长时间不掉线。

 

浮标以及COD全光谱扫描仪通过RS232、RS485通讯接口，连接通讯仪，可通过GPRS登录以太网，将数据通过HTTP/FTP发送到指定的网络服务器。服务器自动解析加密数据，并将数据导入到数据库中。同时一旦有报警信息，还可以直接发送短信到指定手机，这样GPRS与短信结合，保证数据不丢失。

传输数据量大，费用低，保密性强，并且无需专门的数据接收设备，只需要一台在网的服务器即可。

远程反控

浮标支持远程反控功能，可以通过数据连接远程访问浮标数采仪并进行设置参数的修改。