水量水质在线监测系统在市政泵站上的应用

王伟 1 胡海涛 1 郑宏 1 王刚 2

（ 1.水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210016 2 .江苏南水科技有限公司 江苏 南京 210016）

摘 要：市政排水泵站是给排水工程的重要组成部分，是给水排水系统正常运行的水利枢纽，承担着城市防洪排涝的重大责任。但泵站排涝同时也将管道内夹杂的污染物带入水体，其出流污染已成为中心城河道污染的重要因素之一。开展泵站放江水质、水量监测，有利于进一步了解泵站放江污染情况，开展针对性分析工作，为泵站放江管理以及受纳水体监测预报等工作提供基础数据支撑和决策支持。

关键词：水量水质在线监测；排水泵站；

1 前言

市政排水泵站是将区域内汇集的雨、污水抽送至后续的排水设施或排放水体，是城市排水系统中的重要基础设施，在每年雨季和汛期中承担着城市防洪排涝的重大责任。排水泵站承担着区域性防洪排涝的同时，作为排水系统末端的入河排放口，雨天放江对受纳水体造成了冲击性污染负荷，已成为城市水体区域性黑臭的原因之一。建设泵站水量水质实时在线监测系统对泵站水质、放江水量开展在线监测，可了解泵站放江污染状况，为泵站排放污染物特征研究提供基础数据，为放江污染针对性管控提供支撑，同时也为受纳水体全方位监测预报、事前预警、事中评价、事后评估等业务应用提供基础数据与辅助决策。

2 总体方案

系统由水质水量监测模块、通讯网络、中心站信息平台等三部分构成。水量水质监测模块监测分析现场水质数据及泵站放江水量，并利用通讯网络上传至中心站平台。现场监测系统与中心站信息平台间通讯网络通常采用两种方式：一是采用4G进行无线数据传输；二是采用光纤网络，建立有线网络传输。两种方式在项目实施中根据实施情况采用其中一种方式。中心信息平台实现数据查询以及系统远程监控，从而实现系统运行无人值守、有人管理的模式。

3 系统设计

水量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，运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一个综合性的在线自动监测体系。

3.1水质自动监测模块

水质自动监测模块主要由采水单元、配水及预处理单元、分析单元、辅助设备单元、系统控制、数据采集及通讯单元等组成。

组成示意图

1. 采水单元

由取水浮筒、浮筒固定支架、取水泵以及配套管路球阀等组成。取水浮筒安装在集水井中，桶底部安装有过滤网，以防止杂物进入管路。

2. 配水及预处理单元

由多参数测量池、过滤器、进样分流器、配水管路等控制部件组成。取水单元采集到水样后，一路进入多参数测量池，作为多参数水质分析仪表分析水样，另一路流经沉沙、过滤后进入进样分流器，作为氨氮、总磷、总氮等水质在线分析仪分析水样。

3. 分析单元

由多参数、化学需氧量、氨氮、总磷和总氮在线分析仪组成。水质仪表根据分析方法可分为湿化学法、电极法、光谱法等，系统中分析单元除多参数外采用的是湿化学法，其具备运行稳定，精度高，兼容性、扩展性好等特性，是目前市场上主流架构。

4. 辅助设备单元

为防止管路藻类滋生，系统配备清洗管路及空压机设备，可实现管路反向冲洗以及吹干功能。同时，系统配备有机柜空调，以保证仪表可靠运行及试剂有效保存。

5. 系统控制、数据采集及通讯单元：

由工控机、PLC、通讯模块及配套软件组成，完成监测系统流程自动控制以及数据采集、分析、处理、存储、传输、报警、配置等功能，并能响应远程指令实现相应操作。

6. 系统控制流程

系统控制流程具有日常监测和放江监测两种工作模式。日常监测工作模式，系统每日8：00开展一次水样分析；当泵站排水放江时，系统自动切换到放江监测模式，收集放江开始、放江开始后10分钟、20分钟、30分钟、60分钟、120分钟、180分钟和放江结束时共计8个时段的水样，并依次完成水样分析及数据上传。

日常工作模式流程：根据设定启动时间/远程控制指令启动测量-开启采水水泵-读取多参数测量池满水信号-读存常五多参数监测值-关闭采水泵-延时沉淀-进样分流器进水-开启氨氮、总磷等其在线水质分析仪表-依次读存仪表分析值-排空源水-自来水清洗-管路吹干-测量结束，等待下次启动。

泵站放江模式流程：系统监测泵站排水泵启闭信号。排水泵开启时，系统自动进入到泵站放江模式，启动测量。测量过程中，保持监测排水泵状态，当排水泵关闭后，表明放江模式结束。放江开始至放江结束之间，系统根据设定的时间间隔依次才取水样，并按序进样水样分析以及数据存储。

3.2水量监测模块

水量监测方法有泵排流量计算法、水泵取水口压差法、水泵管道流量计法、雷达/超声波测流法等。根据排水泵站建设情况特点，通常以泵排流量计算为首选。监测设备通过接触器监测水泵启停状态，数据采集终端内预置了水泵特性曲线测流算法，当监测到水泵运转时，终端根据水泵编号及算法进行单机流量测算。系统自动统计各泵独自运行时间，将各泵排水量求和，即得泵站的排水总量。

4结语

水量水质在线监测系统在市政泵站的实施和应用将为水污染综合整治和城市初期雨水污染控制提供基础数据支持，为排水系统的防汛安全与水质双赢调度模式提供决策依据，对于城市面源污染的治理具有较高价值，对城市河流水资源管理具有深远意义。

参考文献:

（1）泵站雨天放江污染特征及负荷定量化研究[J]. 环境科学与管理 2022年 3 月 第 47 卷第 3 期:84-92.

（2）上海市政排水泵站功能延伸的探索与实践[J]. 净水技术 2020，39（s1）：231-234

（3）浅谈水质自动监测系统架构及应用[J].水利信息化 2015 年 4 月 第 2 期:40-43.

（4）茨淮新河灌区取水泵站水量监测方法分析 江淮水利科技·2021 年第 1 期:8-9.

（5）苏州河沿岸排水泵站放江水质水量自动监测系统研究 城市道桥与防洪 2016 年 02 月第 02 期:123-125.

作者简介：王伟（1985-），男，江苏泰州人，硕士研究生，从事水利水文自动化监测方面工作