河流监测（精选八篇）
河流监测 篇1
额尔古纳河是黑龙江的支流, 上游是发源于大兴安岭西侧吉勒老奇山西坡的海拉尔河, 也是中国与俄罗斯的界河。为了掌握额尔古纳河水质情况、监控突发性水污染事件, 国家环保保护部在额尔古纳河黑山头建设水质自动监测站, 对额尔古纳河进行实时监测。
2 在线水质自动监测系统的组成
2.1 取水单元
本单元负责完成水样采集和输送功能, 能够自动连续地与整个系统同步工作, 向系统提供可靠、有效水样, 满足在线监测仪器的要求。黑山头水质自动站采用两套采水系统互相切换, 非冰冻期采用栈桥式采水, 桥宽1.2米, 桥长7米。采水管路固定在栈桥边, 采水头通过固定在桥头的绞轮轻松的提起, 非常便于清理、维护。冰冻期采用外加保护钢管的伴热采水系统。
2.2 预处理单元
为保证监测数据的准确性, 延长仪器的使用寿命, 水样在进入仪表以前必须进行预处理。
(1) 设水样杯, 水样在自然沉降30min后, 再进入在线分析仪表。水样杯可以进行排沙和清洗;
(2) 设系统清洗装置, 为防止泥沙或藻类堵塞管路, 影响监测结果, 管路清洗装置在仪器每完成一次分析后, 能够清洗系统管路和反洗外部采水管道;
(3) 灭藻装置采用紫外线灭藻, 防止藻类影响系统工作。
2.3 水质监测分析单元
本单元由一系列的自动分析仪和测量仪器组成, 完成系统水样监测分析任务。在线监测的项目分别为PH、水温、电导率、溶解氧、浊度、高锰酸盐指数、氨氮, 在监测站房内安装有各监测项目的在线分析仪, 并具备数据输出接口。
2.4 数据采集单元
在水质监测站内安装中心控制单元, 通过安装了组态软件的工控机与在线监测仪器连接, 并对测量数据进行存储。
2.5 数据传输单元和处理单元
本单元负责完成数据从监测站到托管站和数据监控中心的传输工作, 安装了中心站软件的PC可以通过无线网络与中央控制单元连接, 完成数据的下载、远程监控、智能仪器状态的控制、系统的控制以及所有仪器设备参数的设置的功能。
3 在线水质自动监测系统的特点与功能
3.1 稳定、可靠、安全
系统采用GPRS无线路由数据传输方式, 彻底摆脱了有线的束缚, 适用范围广、运行成本低, 它将采集到的数据立即发送到数据接入服务器并存入系统数据库, 杜绝了因数据采集终端发生故障而导致丢失数据的现象, 充分保证了数据的安全;数据采集终端可实现数据的远程召唤功能, 避免了因网络故障而导致的数据丢失。用户的登记及口令、权限等管理可以为用户系统管理员提供系统应用的分级管理, 确保系统的安全性。
3.2 实时动态模拟显示与报表统计分析
该系统可以对数据进行流程图显示、趋势曲线图显示、列表显示、仪表成组显示等常规监视。其中流程图上包含模拟量数据显示、液位条形图显示、水质类别、首要污染物和各指标的超标情况等, 趋势曲线图包含实时趋势曲线成组对比显示等。还具备报表统计功能, 能根据有效数据自动生成日报、周报、月报和年报等, 各种报表采用一定的数学方法对数据进行处理汇总, 得到监测项目的浓度值。随时掌握水质动态变化信息, 及时预警预报流域性或重大水质污染事故, 为解决国界的水质污染事件和研究水体中污染物扩散、转移和转化规律提供科学依据。
4 在线水质自动监测系统的运行情况
该在线水质自动监测系统于2004年12月下旬在呼伦贝尔市黑山头水质自动站调试完成后投入运行, 于2005年7月初通过验收。投入运行8年来, 设备运行稳定, 系统数据传输畅通、准确;通过对比实验, 高锰酸盐指数、氨氮的相对误差小于15%, 远程数据传输故障率小于2%, 符合设计和实际需求。顺利通过国家环境监测总站多次对水质自动站的考核, 起到了随时掌握水质动态变化信息, 及时预警预报水质污染作用, 是一套值得推广的先进水质自动监测系统。
摘要：在线水质自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心, 以移动通讯为传输媒介, 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讯网络组成的一个综合性的在线自动监测系统。本文就在线水质自动监测系统在额尔古纳河黑山头水质自动站的应用情况作了介绍和说明。
关键词：水质自动监测,自动站,界河,应用
参考文献
[1]水和废水监测分析方法[M].第四版.北京:中国环境科学出版社, 2002.
[2]王丽伟, 黄亮, 郭正, 等.水质自动监测站技术与应用指南[M].郑州:黄河水利出版社, 2008.
河流监测 篇2
建设情况汇报
江西省水文局 二○一二年七月
一、项目基本情况
我省中小河流水文监测系统建设总规模为新建水文站124处，改建水文站58处，新建水位站162处，改建水位站7处，改建水情信息中心站9处，新建省级应急机动监测能力1处，建设雨量站866处，222条河流的预警预报软件系统，13个水文巡测基地建设。项目规划总投资5.9686亿元，分3年建设完成。
2011我省中小河流水文监测系统建设项目主要为改建水文站58处，新建水位站162处，改建水位站7处，改建水情信息中心站9处，新建省级应急机动监测能力1处，建设雨量站866处。
截止2012年7月1日，我省866处雨量站安装全面完成，22处水文站、84处水位站开工建设，其中20处水位站水雨情信息已入网，可在省中心查询到实时信息，在今年防汛工作中发挥了作用。
目前完成土石方33983立方米，混凝土3438立方米。完成投资约4000万元，其中雨量站标2293万元，土建标约1200万元，其他投资完成约500万元。
二、项目的组织实施
（一）江西省水利厅高度重视中小河流监测系统建设工作。成立了以孙晓山厅长任组长的江西省中小河流水文监测系统建设项目领导小组，负责协调项目建设中存在的重大问题。有四位厅领导任领导小组的正副组长。领导小组办公室设在省水文局，由谭国良局长任办公室主任，成员单位有： 省水文局、省防办、厅计财处、建管处、水资源处、监察室等。省水文局负责项目实施的管理工作。
厅领导十分关心中小河流水文监测系统建设，经常到省项目部检查指导工作，深入工程现场检查工程质量、进度。
为加强厅直属基建工程项目的监督管理，确保工程“四个安全”，水利厅成立了厅直属基建协调工作小组，由杨丕龙副厅长任组长，驻厅纪检书记李东江任副组长，对厅直属基建项目进行每月稽察，重点稽察工程建设项目的审批和基本建设程序，资金管理，工程建设进度、质量及安全保障措施，以及建设项目责任人及重点岗位工作人员的落实情况等。稽察情况每月报厅领导，对存在问题要求落实整改措施。
（二）省水文局组建了江西省中小河流水文监测系统建设项目部，作为项目法人负责项目的实施。从水利厅机关和厅直单位抽调了10余名专职人员组成，项目部内设综合处、工程技术处、财务合同处、安监处。根据我省中小河流建设站点高度分散的实际，在各地市（鄱阳湖）水文局组建了9个二级项目部，做为省项目部的现场管理机构具体负责辖区内项目的实施。项目部明确了内部职责分工，制定了项目部内部管理制度、建设管理办法、财务管理办法、招投标实施细则、设计变更程序管理规定、现场督促检查办法、工程价款结算管理办法、质量管理规定、档案管理办法等规章制度。2012年2月29日，省项目部在南昌和各二级项目部签订了责任书，责任书要求按中央确定的目标，完成2011年建设任务，到2014年底前完成全部建设任务。
（三）严格按照基建程序组织项目实施，加强监督检查力度。省项目部认真执行基建程序，建立健全了项目建设的各项管理制度。规范工程变更，做到依据充分，集体研究，程序规范。强化质量管理，充分发挥监理在质量、进度、资金控制方面的作用，同时采取省项目部有关人员按标段挂点、二级项目部按站点落实专人负责工程质量和进度的办法强化工程质量管理。加强质量监督，加强与省水利工程质量监督站和各设区市水利工程质量监督站的联系，把质量监督落到实处。规范价款结算，做到计量规范、手续齐全、支付规范。
（四）认真做好2012-2013实施方案的编制工作。根据2011年项目实施的经验和部稽察组对我省中小河流水文监测系统2011项目稽察时提出的意见，我们在编制2012-2013实施方案时，加强了测绘、地勘工作。在方案设计时针对水文的实际，对测验方式、方法进行优化比较，组织了专家审查。在设计效果上强调一站一设计，在外观形象上要求突出水文特点，形成符合江西实际的水文形象设计。目前已完成222条河流的预警预报系统软件实施方案送审稿，2012新建水文站实施方案已完成工程设计和概算，7月中旬可完成送审稿。
三、项目建设管理工作
（一）、严格基本建设程序，监理、施工、设备采购均采取公开招标和公开采购。
我省中小河流水文监测系统建设项目严格按照基本建 设程序进行，明确了江西省中小河流水文监测系统建设项目部为项目建设法人，建设过程中严格执行了招投标制。
2011年江西省中小河流监测系统建设按监理、施工、设备采购分别进行公开招标和采购。其中施工分为一般土建7个标段和缆道施工2个标段，设备采购目前进行了雨量水位设备采购，分7个包公开采购。
（二）、加强工程建设技术管理。按程序做好项目划分、施工图审查、开工审批。建立建设管理、设计变更、现场督促检查、工程验收、档案管理等技术管理制度。协助设计部门认真处理工程建设中出现的技术问题，加强工程现场督促检查，建立各类工程档案。
（三）、加强了管理人员培训
由于中小河流建设项目建设任务重，站点多、范围广、专业技术强，为规范建设程序，确保工程质量和资金使用效果，全面提升我省项目建设管理水平，2月份省项目部在南昌举办了我省中小河流水文监测系统建设管理培训班，对省项目部和各二级项目部的负责人和主要技术人员进行了培训。培训内容主要为水利工程项目法人项目管理、水利工程招投标及市场管理相关规定、监理质量控制及工程验收以及本项目建设管理有关情况。派员参加了部水文局举办的全国水文基础设施建设管理培训班学习。
（四）、加强征地协调工作
由于水文站点多面广，虽然征地不多但涉及范围广，为此省厅也专门向省政府行文，要求解决中小河流水文监测系 统水文（位）站建设用地问题。为确保2011年实施项目的顺利推进，省水利厅下发了《关于积极推进我省中小河流水文监测系统建设的通知》（赣水防办字[2012]10号）的文，要求各地市、县水利（务）局要指定专人积极配合水文部门完成中小河流建设工作。
我部以赣水文项目部发[2012]1号文件“关于我省2011年中小河流水文监测系统建设项目征地补偿标准的通知”规范我省2011年中小河流水文监测系统建设项目征地补偿标准。
（五）、加强安全生产
省项目部认真做好项目建设的安全生产工作，多次下文要求各二级项目部加强中小河流水文监测系统建设安全生产和测汛安全工作，建立了《江西省中小河流水文监测系统建设工程安全生产责任制》。组织参建单位落实安全生产措施、尽快上报施工渡汛方案，现在各二级项目部都已向各设区市防办上报并批复施工渡汛方案。根据上级安排组织开展了安全生产检查。
四、系统运行和信息应用
1、系统运行管理。目前我省中小河流水文监测系统的运行管理暂纳入现有水文监测管理体系。由于站点较多，当全部中小河流水文监测站点建设完成投入使用，运行成本将成倍增加，现有管理体系将不堪重负，难以为继。
2、已完建工程调试运行使用情况
目前雨量站866处已全部安装完成，现正在对水雨情数 据接收时效性、准确率及通信畅通率、雨量传感器、RTU、接地系统、太阳级充供电系统等进行了测试，目前数据采集、传输、系统运行正常。新建水位站中有20多个站已完成主体工程，设备已安装到位，信息已入网。这些水雨情信息已纳入省水文局水情信息网，在省水情信息网中可以查询应用。
五、存在问题
1、我省2011年中小河流水文监测系统站点高度分散，据统计58处水文站分布在47个县，169处水位站分布在75个县，866处雨量站分布在99个县中。由于建设地点高度分散，增加了项目建设管理、施工、监理的难度，项目建设管理与一般水利工程有一定差别，为了加强建设管理，省项目部和各二级项目部配备了40多名人员，有时仍然满足不了建设的需要，管理成本高。
2、地方配套资金未到位。到目前为止，中央预算内投资全部到位，但地方投资尚未到位。为此，省水利厅高度重视本项目配套资金情况，已向省政府要求落实地方配套资金，省委省政府已将江西省中小河流水文监测系统建设项目列为省级重点项目，针对地方配套资金缺口问题，孙晓山厅长向常务副省长做了专题汇报，常务副省长批示财政和水利要在省级水利经费投入中落实解决配套资金。目前配套资金正在落实过程中。
3、前期雨水天气较多，入汛后江西省雨水较多，影响工程建设进程。在1月至3月中旬，我省出现持续低温阴雨 天气，全省平均降雨量427毫米，较历年同期偏多5.3成，出现了罕见的全省范围早汛，多条河流出现了超警戒水位的洪水，江河水位持续偏高，从项目1月初开工建设以来，3个月时间中，阴雨天气就达80多天。这些因素严重影响项目的实施，致使项目实施进度滞后。
4、运行费用不足，将影响工程效益的发挥。目前我省国家、省级基本水文站等监测站设施设备的运行维护经费，长期依靠事业费和专项资金补贴，特别是中小河流建设点多面广，巡测站多，设施设备长期在野外日晒雨淋，运行维护至关重要。特别是本次中小河流水文监测项目建成后，必须加强管理力度，加大运行维护费用，才能确保投资效益的充分发挥。
六、建议
1、目前我省国家、省级基本水文站等监测站设施设备的运行维护经费，长期依靠事业费和专项资金补贴。中小河流水文监测站点建设完成投入使用后，运行成本将成倍增加，现有管理体系将不堪重负，难以为继。为推进水文管理体制改革，健全良性运行机制，妥善解决我省水文监测系统项目养护经费短缺问题，建议中央财政按照中央一号文件要求，对我省水文监测系统项目工程维修养护经费给予补助。
2、建议中央对我省水文监测系统项目给予资金支持，确保任务如期完成。我省中小河流水文监测系统建设项目共需投资约6亿元。考虑到我省财力状况，配套50%有困难，应以中央投资为主，地方配套为辅，建议中央投资补助80%，省级以下地方配套20%。
河流监测 篇3
根据2010年10月10日出台的 《国务院关于切实加强中小河流治理和山洪地质灾害防治若干意见》 (国发 [2010] 31号),水利部开展了《全国中小河流治理和中小水库除险加固专项规划》,《全国山洪地质灾害防治专项规划(水利部分)》,《全国易灾地区生态环境综合治理专项规划(水利部分)》的编制工作。为进一步做好流域面积在200~3 000 km2的72条中小河流防洪减灾非工程措施体系建设,针对青海省现有水位站、水文站和雨量站数量偏少且分布不均,不能有效控制洪水的时空分布,以及现有水文站防洪、测洪标准偏低,水文监测站报汛手段与水利部《水文基础设施建设及技术装备标准》规定的要求相差甚远等问题,青海省水文水资源勘测局(以下简称省水文局)在现有水文站网基础上, 以补充完善雨量监测站点为重点,辅以必要的水文站、水位站,对水文监测空白区进行站点布设,并编制了《青海省中小河流水文监测系统项目实施方案》(以下简称《实施方案》)[1]。根据《实施方案》,青海省中小河流水文监测系统(以下简称监测系统)项目分为二期实施,一期工程于2011—2012年实施完成,主要建设内容为新建27处水位站,改建13处水文站,新建322处雨量站,改建82处雨量站,新建1处信息中心、6处分中心,新建1处应急机动测验队;二期工程于2013—2015年实施完成,主要建设内容为新建14处水文站和4个水文巡测基地。目前除14处新建水文站尚未完全建成运行外,其它建设任务均已完成,并投入运行。
1监测系统组织管理
1.1组织管理思路及运行模式
通过项目高效实施和科学运行管理,基本形成技术先进、信息及时、运行可靠、精兵高效、管理科学的自动化水文信息预警预报体系,确保中小河流水文监测仪器设备运行正常,保证雨水情信息传输及时,为防汛减灾提供预警预报服务。
中小河流水文监测系统实行省水文局统一领导,分级负责,分片管理,采取“无人值守、有人维护、站队结合、动态管理”的运行模式;雨量、 水位观测采用自动采集与巡测检查的测验管理模式,流量测验采用巡测为主、驻测为辅,常规监测为主、应急监测为补充的测验管理模式。
在实际工作中,成立了中小河流水文监测系统办公室,办公室设在站网勘测建设处,主要负责督促并检查项目运行管理和监测技术指导,完善相应的技术保障体系建设等,同时根据水文监测站点分布情况成立了12支水文巡测队,由各巡测队负责辖区内监测站点的信息采集、处理及设备维护,巡测人员根据所辖水文站人员状况进行科学调配,信息中心负责信息接收、处理、报送,并监控各站点设备运行状况[2]1-6,[3]。
1.2质量控制
中小河流水文监测系统是完善青海省河流预警预报体系的重要组成部分,长期以来为政府防汛抗旱决策提供了科学依据,因此做好组织保障工作显得尤为重要。为确保各项工作的顺利开展,实施过程中主要开展如下工作:
1)精心组织,在前期编制完成了《青海省中小河流水文监测系统新建水文(水位)站及雨量站管理办法》和《青海省中小河流水文监测系统新建水文(位)及雨量站运行维护管理方案》,同时建立并完善管理、考核制度和质量评估体系,做到组织、 责任、设备、方案的落实,确保安全生产和水文监测系统正常运行;
2)依托与流域机构、科研院所有关单位建立的良好研讨咨询关系,采取聘请有关专家、技术人员和外派技术人员相结合的方式,组织开展形式多样的水文技术培训,累积培训人员约300人次;
3)在运行过程中和整编时严格执行国家现行颁布的水文行业规范的要求,如SL 21—2006《降水量观测规范》、SL 460—2009《水文年鉴汇编刊印规范》等,保证了监测数据成果质量,提高了中小河流水文信息采集、传输,及洪水预警、预报能力, 在青海省防洪减灾中发挥着不可替代的作用。
1.3设备检查维护
中小河流水文监测系统监测设备主要有水位计、雨量计及通信模块等,鉴于设备运行正常与否将直接影响水文资料收集的质量和监测数据发送的时效性,因此各巡测队在每年汛前(4月份)组织人员分别对各站仪器进行全面检查和维护,内容包括设备之间数据线的连接、数据传输测试、电源电压量测和模块设置等,发现的问题尽量在现场解决, 不能现场解决的后期反馈到厂家解决,从而确保各监测设备的正常运行[2]。同时根据青海省中小河流水文监测系统平台检查监测数据的传输情况,当监测数据传输出现问题时,及时下站进行检查。
2监测系统信息采集及数据监测与处理
2.1信息采集系统基本组成
信息采集系统由省中心、分中心站和测站3个系统组成。其中省中心、分中心站系统主要由硬件和软件设备组成,硬件设备包括应用和数据库服务器、调度工作站、磁盘阵列、网络交换机、路由器及后备电源等,软件主要由操作、数据库、决策等系统软件组成;测站系统主要安装在现场的监测设备和遥测通信终端,遥测终端以定时自报的方式将采集的数据无线传输至省中心、分中心站。
2.2数据监测与处理
监测数据分为雨量和水位2大类,其中雨量采用翻斗式雨量计自记观测,分辨率有0.1,0.2 mm2种,记录间隔时间为5 min,当有降水数据时采取每5 min发送1次数据至中心站,当无降水数据时采取每1 h发送1次数据到中心站;水位采用雷达水位计观测,观测间隔时间为6或20 min/次,水位平稳时每日8时发送1次数据至中心站[2]7。
监测时间为每年5月1日至9月30日,由于监测数据传输质量受测站附近地形地貌、天气状况、 卫星移动和移动基站覆盖程度等综合影响,中心站接收数据时常有数据传输不及时或缺失等现象,因此为确保资料的整编质量,汛后(10月份)组织人员下站对监测数据进行现场下载,条件允许时也可以采用召测下载数据。监测数据采用南方片软件进行整编,整编时严格执行国家现行颁布的水文整编规范的有关要求。
3监测系统取得成效及存在问题
3.1取得成效
1)中小河流水文监测系统监测数据采用自动采集、固态存储、远程传输的方式,改变了原有以驻测为主的监测方式,进一步优化了人员机构和配置,为青海省艰苦地区水文测验方式改革开启了新篇章。
2)中小河流水文监测系统建设,提高了青海省水文监测装备和技术水平,增加了监测站点,弥补了定位观测的局限性,增强了水文资料的完整性, 扩大了水雨情信息采集范围,能及时掌握水雨情动态,为防汛减灾提供了预警服务。
3)项目引进了先进设备和监测技术,通过技能培训和实践操作,提高了水文职工的业务技能水平,培养锻炼了一大批勇于创新、善于思考、敢于开拓、综合素质较高的业务技术骨干力量,使青海省水文水资源监测能力水平得到了提高。
3.2存在问题
1)由于青海省中小河流水文监测系统建设规模大、任务紧,项目论证时间短,造成个别区域雨量监测站点过于密集。
2)由于监测站点全部为无人值守站,加上个别站看护人员责任心不强等问题,致使部分监测设备组件(如太阳能电池板、北斗通信终端机、水位计探头等)偷盗严重。
3)大多数河流河床为砂砾石组成,河床在各水位级存在不同程度的摆动影响,致使在某一段时间内雷达水位计无法监测到相应的水位或监测的水位数据代表性不足。
4)由于本工程专业综合性强,涉及的技术含量高,加上个别工作人员对新仪器的应用不熟练,仪器出现故障往往不能及时排除,特别是当出现设备恢复出厂设置时,经常需将设备组件拆除后返回厂家进行解决。
5)青海省环境气候条件特殊,如受云雾、地形的遮挡等影响,致使部分站点的监测数据传输不畅或无法进行远程召测下载,监测数据需现场下载。
6)个别站点位置相对偏远,藏汉语言交流不畅,车辆通行路段条件差,天气变化频繁且极端恶劣等,对青海省水文监测系统的运行管理带来诸多不便。
7)多数采用北斗卫星通信方式的设备故障频发,故障主要集中在设备模板设置自动恢复成出厂设置、通信模块自动断电、受天气影响数据传输不及时或数据缺失等。
由于青海省站点多面广,加之地区的特殊性, 针对上述问题,主要开展如下工作:1)加大与看护人员的联系沟通力度,督促做好设备的日常管护工作;2)加强与相关科研院所的沟通,同时通过中小河流水文监测系统监测平台及时了解仪器运行状态,发现问题及时处理;3)加大有关技术人员的培训力度,使广大职工摸清设备的参数设置,提高常见问题的处置能力;4)每次检查维护前充分考虑地区的特殊性,提前做好充足的准备,规划行车路线,给足行车时间,不计时间代价等。通过这些工作的开展,确保各年度监测工作的顺利完成。
4结语
通过2年多的工作开展,青海省中小河流水文监测系统的运行管理模式是成功的,加上自动监测远传数据设备的成功应用,解决了青海省偏远艰苦地区开展水文监测技术上的难题和工作人员不足的问题,达到了预期目标。为进一步提高今后青海省中小河流站点运行管理的质量,更好地为地区防汛减灾决策提供科学依据,建议做好以下几方面工作:
1)开展维护工作前,要结合考虑区域特殊性, 充分了解当地的治安情况和路段通行条件,配备相应的防寒防暴和应急装备,以确保工作人员的人身安全;要与相关部门进行沟通,并通过中小河流水文监测系统信息平台实时掌握设备数据的报送、运行等情况,备足相关配件,如蓄电池、太阳能板、 GSM/GPRS卡等,以便及时发现问题并处理。
2)现场维护时,应坚持“逐项检查、就地解决”的原则完成相关工作,当现场不能解决的,应与相关单位技术人员及时进行沟通解决,一时不能解决的带回来集中进行解决。
3)鉴于采用GSM/GPRS通信方式的设备运行稳定性较好,随着地区网络信号覆盖范围的扩大, 本着保证监测数据传输和经济的原则,建议在移动或联通信号较好的地区将北斗卫星通信方式改为GSM/GPRS通信方式。
4)积极探讨在现有水文管理机构和体制下, 深化管理体制改革,做好水文测验方式改革创新工作,同时完善巡测队人员管理调配方案,积极探索精兵高效的水文测报模式,开展水文巡测,推进水文测报自动化发展,更好地为防汛减灾提供预警预报服务。
河流监测 篇4
河流是工农业发展的重要资源,同时对区域生态资源有着重要影响。伴随着自然条件的变化以及工业发展,频发的洪涝灾害和各种水污染问题严重影响河流的健康状况。因此建立实时有效的河流监测系统对防洪及水污染治理有着重要意义。
目前,河流自动监测系统主要由前方的自动监测站点和后方的控制中心组成[1,2]。自动监测站负责对河流的各项指标进行监测,并使用移动通信网络,计算机网络、数传电台等传输方式将监测数据发送到控制中心。
现有自动监测站大多由传感器、数据采集器和传输设备组成,体积较大。监测站不同设备之间采用有线方式连接。河流监测点大多位于偏僻地区,受到布线和环境因素限制,自动监测站监测范围有限、灵活性差,无法大量部署站点。因此,监测系统无法提供大量有效数据覆盖河流流域。本文提出一种基于无线传感器网络的河流自动监测站设计方案,扩大现有自动监测站的监测面积,提高灵活性,及时提供监测区域河流的水文、水质状况。
1 系统结构及组成
系统采用两级结构:数据采集层和数据汇聚层。数据采集层具有采集和传输功能,负责采集监测区域内数据并选择有效的路由将数据传输到汇聚层;数据汇聚层具有数据汇集、封装、传输功能,汇聚不同通道的数据,根据通信协议封装原始数据并发送出去。
基于无线传感器网络的河流自动监测站由无线传感器网络和自动监测站组成,分别实现数据采集和数据汇聚功能。系统组成如图1所示。
无线传感器节点具有可扩展、易部署的特点。可以根据监测方案的需求,携带不同的水文、水质传感器,部署在河流监测断面及沿岸。这些节点以自组织的方式形成多跳网络,监测信息以逐跳传递到自动监测站的汇聚节点。自动监测站由汇聚节点和RTU组成,是整个河流监测系统的通信枢纽。自动监测站接收无线传感器网络发送的河流信息,并传输到各级主控中心;接收控制中心命令,启动无线传感器网络并监测网络运行状况。
2 无线传感器网络
无线传感器网络作为原有自动监测站的一路扩充信号,可以根据需求调整节点部署位置和密度,提高原有监测站的监测范围和灵活度。无线传感器网络设计包括节点硬件设计、软件设计以及路由协议三个方面。
2.1 节点硬件
传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元,并且实现网络终端和路由器双重功能。节点一般具备信息采集、数据存储和简单处理、无线通信功能,并且可以与其他无线传感器节点协作,完成指定的任务。传感器节点通常由处理器模块、传感器模块、无线通信模块和电源模块组成。
处理器是硬件平台的核心,负责节点各个模块的控制,数据处理和传输等重要任务。无线传感器节点的处理器应具有功耗低、集成度高、性能良好、成本低的特点。ATmega公司开发的ATmega128L是一款低功耗、高性能的AVR 8位芯片。内部有128 KB的系统内可编程FLASH,适合反复烧写程序。该芯片提供电源管理及睡眠模式,可以通过寄存器设置关闭MUC不使用的模块,方便实现节点在休眠和工作状态的切换,降低能耗。可提供8个通道的10位ADC转换功能以及外部中断功能,便于外部扩展。
传感器模块的选择依据水文、水质常规监测项,主要包括水位、雨量、流速、含氧量、pH值等。由于节点部署在户外,要考虑到能量供应、寿命等因素选择低功耗,稳定性好的传感器。设计中使用了雨量传感器与水位传感器。
Delta-T Devices生产的RG2翻斗式雨量传感器的工作原理是,在计量翻斗承受的降水量到一定量(0.2 mm)时,计量翻斗会把降水倾倒至计数翻斗,计数翻斗翻转一次送出一个开关信号。雨量计提供两根连接线,一根线和电源相连,另一根是信号线。传感器的信号线与处理器的INT1引脚连接。
雨量传感器提供数字量输出,因此使用处理器提供的外部中断方式采集信号。ATmega128L的中断可以由下降沿、上升沿,或者是低电平触发,设置外部中断寄存器EICRA的ISC11位和ISC10位均为1,即开启INT1引脚的上升沿异步中断请求。SREG寄存器的1标志位以及外部中断屏蔽寄存器EMISK的INT1置1,当INT1引脚产生电平跳变时,雨量计产生一个量程式触发中断。
水位传感器采用Global Water的WL400水位传感器。它适合用于严酷外部环境,具有极好的线性和较弱的滞后效应,能够及时监测到微小的水位变化,提供4～20 mA电流输出,温度与电压自动补偿。该传感器接口简单,总共有两个引脚,分别是电源和信号输出。由于ATmega128L的ADC端口是对电压信号采样,因此先使用转换电路将传感器的输出信号转换为0.5～2.5 V的平稳电压信号。将转化后的电压信号与芯片的ADC引脚相连,通过软件编程对相应引脚采样读取水位值。
无线传感器网络工作时,能量消耗主要由节点间通信产生。因此通信芯片的性能、功耗对整体能量消耗、网络寿命至关重要。TI-Chipcon公司生产的CC2420芯片具有低电压、低功耗的特点,使用IEEE 802.15.4协议能确保短距离通信的可靠性。CC2420芯片通过SPI针脚与处理器连接,处理器工作在主机模式,CC2420 则是从设备。
2.2 节点软件设计
考虑到传感器网络本身特性和应用需求,传感器网络部分软件开发采用专门研发的TinyOS操作系统。其模块化设计降低了程序规模,适用于存储资源少和处理能力有限的传感器。TinyOS采用事件驱动模式,任务队列为空时,节点处于休眠状态,有效降低能量消耗。TinyOS支持的nesC语言是对C语言的扩展,实现了组件化/模块化思想与事件驱动执行模型的结合,开发方便。
采集节点的软件流程如图2所示。
系统上电后首先完成各个模块的初始化及对通信模块、外围电路、电源的检测等。因要采集节点的数字信号和模拟信号,因此分别采用中断和轮询两种方式采集感知信号。节点启动后,设置外部中断寄存器开启外部中断,设置INT1引脚的中断为上升沿触发,以中断方式记录数字传感器的感知事件。连接模拟传感器的节点启动后开启Timer,当时间Timer.fire()触发抛出Datdtask()任务,进行ADC采样、封装数据并将数据包发送到簇头节点。
2.3 路由协议
河流监测属于数据聚集应用,是无线传感器网络的一类重要应用模式。网络的惟一目的节点是汇聚节点,所有监测节点的数据都要发送到汇聚节点。因此设计中选用LEPS(Link Estimation and Parent Select)协议,适用于数据聚集应用的TinyOS多跳路由协议。
LEPS路由协议建立以汇聚节点为根节点的树形拓扑,每个节点维护自己与邻居节点间的双向链路质量评估,并以此为依据选择链路质量最好、跳数最小的邻居节点作为父节点。数据转发时网路层应用程序根据LEPS路由协议完成路由决策,选择有效路径将数据传输到汇聚节点。
3 自动监测站设计
自动监测站在原有河流监测系统中只负责数据采集,而基于无线传感器网络的河流监测系统中的自动监测站既要实现原有的数据采集功能,还要充当无线传感器网络的网关实现协议转换和通信功能。
3.1 自动监测站硬件设计
自动监测站位于整个监测系统的中部,是信息传递的枢纽。负责启动、配置监测网络,协调无线传感器网络和原有自动监测,实现ZigBee无线协议与RTU通信协议之间的转换。
自动监测站处理大量监测数据和命令,因此设计中考虑到稳定性、可靠性等因素,自动监测站的汇聚节点使用Micaz节点。其51针扩展接口能够连接I2C,SPI,UART等接口,易与其他设备连接,射频模块还具有高速传输速率和加密功能。将Micaz节点与Mib510板连接即可以构成一个提供RS 232 接口的基站。
RTU是自动监测站的核心设备,既要作为原有系统的数据采集器,还要承担无限传感器网络的网管功能。SIXNET的IPm2m RTU嵌入Linux系统,具有高级编程能力,并具有数据记录功能。接口丰富,不仅提供数字模拟混合I/O,还有RS 232,RS 485,以太网接口各一个。设计中RS 232接口用于和上层的PC机连接。RTU则通过RS 485接口与汇聚节点连接,RTU工作在主机状态,整个无线传感器网络则可看作从设备。
3.2 自动监测站软件设计
自动监测站的主要功能就是实现协议间的转换,将无线传感器网络的数据包格式解析成RTU数据格式并进行存储。
无线传感器网络中传输的主动消息包内容包括地址(Destination Address)、句柄ID(Handler ID)、组ID(group ID)、消息长度(Message Length)和有效数据载荷(Payload)。其中最大长度(29 B)的有效数据载荷中保存监测数据及源节点号这些重要信息。RTU通信消息格式包括包长、源地址、CRC校验位等固定部分,其中数据域内容包括消息类型、寄存器起始地址、占用寄存器的大小。数据域的大小可以根据需要进行调整。
自动监测站接收来自无线传感器网的所有主动消息包,剔除冗余信息提取有效数据,判断数据是否有效,无效则抛弃该数据包,有效则存储到RTU消息包的数据域,完成数据的二次封装,并将数据包发送到主控中心。软件流程如图3所示。
4 结 论
无线传感器网络具有低成本、低功耗、与应用相关、便于部署等特点。适于在恶劣、复杂环境下完成目标监测、跟踪等功能,因此在环境监测,战场目标跟踪方面具有广泛前景。将无线传感器网络与原有河流监测系统结合能够扩大监测范围和精度。在下一步工作中将优化网络,提高网络的监测效率。
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河流监测 篇5
吉林市原水文站网存在诸多不足:一是水文观测站点覆盖面不足, 郊区部分小河流几乎没有观测站点;二是已有的水文监测站点密度较低, 满足不了城市防洪对中小河流水文信息的采集要求;三是水文监测信息的处理、输送技术水平落后, 适应不了城市水资源管理的要求。再加上近几年极端气候的增多, 气象预报技术的制约, 使得中小河流水文的监测工作成为城市预防洪水或山洪的一块短板, 给城市的防灾、减灾工作造成不便。为扭转这一被动局面, 吉林市有关部门加大投入, 紧密配合, 设计和建设了一套适合城市灾害防治的水文监测预警系统, 该系统能有效完善吉林市中小河流的水文监测预警体系, 提高中小河流水文信息的采集、传输、处理水平和洪水预警预报能力为原则, 增建18处水文站, 17处水位站, 120处雨量站。本次建设工程均严格依照《水文基础设施建设及技术装备标准》 (修编) 进行设计。
2 中小河流水文监测预警系统的设计
2.1 设计原则
针对前面的几点不足, 以完善现有水文监测预警体系, 提升水文监测信息的处理技术, 有效增强洪涝灾害的预报能力为总体设计原则。
2.2 设计标准
土建工程建设和技术装备的采购与配置以《水文基础设施及技术装备标准》 (修编) 为标准, 综合资金、环境等条件, 尽量提升站点的自动化、智能化水平。
3 中小河流水文监测预警系统的建设
在国家的“十二五”规划和水利部的“总体规划”中, 对中小河流水文监测预警系统的建设都做了详细而又科学的部署。整个系统的建设不但包括水文站、雨量站、水位站的基础设施建设, 还包括灾情预测、应急处理、洪水预报以及水情服务等技术的更新换代, 实现水文信息采集的自动化、输送和存储的数字化、灾害预报智能化以及水情监测的可视化, 需要综合应用多种技术手段, 例如流域蒸散发估算技术、数字高程模型生成数字流域技术等, 建立适合本城市的中小河流山洪预警预报原型系统, 并规范其结构、功能、接口、数据库, 实现更大范围的联网监测。北京“7·21”洪水灾害事件的发生, 说明我国城市中小河流水文监测预警以及灾害预报、处理系统还存在严重不足, 需要加大加快水文监测预警系统的建设, 将洪水灾害造成的损失降至最低。下面以吉林市中小河流水文监测预警系统的分系统为例, 阐述吉林市该系统的组成和基本运作原理。
4 中小河流水文监测预警系统的主要分系统
4.1 水文数据采集系统
其功能主要是实现流量、水位、雨量等数据的采集。在选购采集系统的硬件装备时要充分考虑劳动强度、检测时长、采集速度和站点的特性, 该市中小河流水文监测预警系统综合评价这些要素, 流量数据的采集采用的是走航式声学多普勒流速剖面仪, 走航式声学多普勒流速剖面仪通过借助桥梁或缆道上绳子牵引, 能直接显示河流断面的流量。水位数据采集选用雷达水位计, 雷达水位计是通过发射电磁波对目标进行照射并接收其回波, 由此获得水位水流至电磁波发射点的距离、距离变化、方位、高度等信息, 它具有抗干扰、无人值守、成本低、寿命长等优点。在安装雷达水位计时要充分考虑安装所处地段的施工条件以及方便设备的检修、保养, 做好防雷防盗防损坏措施。雨量数据采集建设方式根据当地实际情况采用一体化杆式雨量装置、雨量观测场等方式。观测场地面积设雨量观测仪器和普通蒸发观测仪器时为6 m×6 m。观测场地应平整, 场地四周设置栅栏防护, 场内铺设观测人行小路。栅栏高度一般为1.2~1.5 m, 杆式雨量器 (计) , 可在其半径为1.0 m的范围内设置栅栏防护。栅栏条的疏密以不阻滞空气流通又能削弱通过观测场的风力、不产生雪堆为准。
4.2 水雨情自动监测预报系统
该系统主要包括两部分, 一是和联网的中心站, 二是由雨量计、水位计等传感器和通信设备、工控设备等组成的遥测站。选用先进传感技术的传感器以及规划合理科学的通信方式, 为中心站传送准确、及时以及科学的基础数据, 中心站通过接受、处理、分析这些数据, 采用智能化方式对整个城市的水雨情进行综合分析, 为城市管理决策提供依据。采用先进的通信方式能保障遥测站数据的准确传送。该市采用GSM系统的点对点短消息平台组网, 其特点是通过短消息中心 (服务器) 完成信息的存储和传送。同时附属配备了PSTN系统, 利用电路交换来实现信号的传送。
4.3 供电、防雷等后勤支持、保障系统
中小河流水文监测预警系统不但要求监测预警设备的先进, 还要求能长期、无故障运行, 这就需要对系统的供电、防雷等辅助系统进行科学合理的规划和建设。系统中心站采用UPS电源, 可以防止因突然断电造成处理数据的丢失;遥测站需要因地制宜, 积极采用太阳能光电技术, 保障遥测站的设备连续、环保运行需求。因为遥测站一般在室外, 并且装有精密仪器仪表, 在建设时必须充分考虑防雷要求。现代防雷技术已经相当成熟, 防雷方式多种多样, 可以根据遥测站的特点选用合适的防雷设备、方式。在进行河流监测预警系统时, 除了供电、防雷设施外, 还要对重点设备采取一定的保护措施, 例如在雨量观测场 (站) 的建设时, 在场地四周需要设置围栏, 在内部合理规划人行观测小道, 设置围栏时要注意栏与栏之间的空隙间隔, 不能造成空气阻塞以避免大风力对围栏的破坏。
5 结语
水文监测预警是城市防御洪涝灾害的重要组成部分, 但我国大部分城市水文站点偏少, 设备陈旧, 技术落后, 不能满足城市防洪、水资源管理、水生态和环境保护等对水文信息的迫切需求, 给城市管理决策带来挑战。吉林市通过梳理旧有的中小河流水文监测站点, 充实监测网络体系, 提升系统的技术水平, 切实提升了中小河流水文信息的采集、传输、处理以及预警、预报能力, 使得水雨情信息能及时、快速的传达到中心站, 为城市管理者防御可能的洪涝灾害采取应急措施提供了科学决策依据。
摘要：随着社会的发展进步, 人类活动对自然环境的影响越来越大, 自然灾害对社会经济生活的破坏力也越来越强。加强自然灾害特别是城市的洪涝灾害的预防与治理成为城市水资源管理的重要内容。本文以我国吉林市的中小河流水文监测预警系统的设计和建设为例, 详细阐述了水文监测系统的原理、功能以及各相关子系统的设计、建设, 为兄弟城市类似系统的设计与建设提供借鉴、参考。
关键词：城市灾害预防,水文监测预警系统,设计与建设
参考文献
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河流监测 篇6
1 河流水质自动监测系统的建设
1.1 水质监测站
水站集成需要通过3个原则来实现, 第一是智能化原则;第二是实用性原则;第三是统一性原则。
首先是智能化, 在目前水站的正常运行中, 集成技术仍在原有基础上不断加以升级。但因为一些水站集成没有较高的现代化技术, 河流水质的运行状况没有及时得到了解, 导致所产生的监测数据精准性产生怀疑, 对于异常情况的处理也不能及时采取措施。在信息技术的带动下, 水站建设积极引进了“全面感知”理念, 通过升级改造水站现场, 有效整合了控制流程, 将传感器加装到自动分析仪, 以实现对水质的自动化分析和运行状态参数采集, 有效的监控措施成为判断数据的有效参考, 以有效保证水站的运行水准和数据准确性。其次是实用性, 水站建设会因为各种外在因素而产生影响, 为了有效改善这些情况可以从几个方面着手:第一是预处理单元的适当增加, 通过非拦截式过滤装置, 实现过滤和精密过滤的有效方式;第二是反冲洗能力的加强, 以达到无附着和防淤的作用;第三是对保温套管进行加装, 以有效降低样品代表性受到的影响;第四是传感器和采样泵支架的安装, 其能保证数据的准确性, 并使水泵使用周期延长。最后是统一性原则, 其应当是实现四个方面的统一, 第一是数据传输方式的统一;第二是数据确认的统一;第三是设备调试校正的统一;第四是监测指标的统一, 以使自动监测系统运行能够实现整体的顺畅。
1.2 水质自动监测软件的平台建设
在思路的整体设计上, 其应当是以实现实时监测仪器和系统的运行状态为主要目的, 经过信息传递将收集到数据传输到上级管控中心, 其具体操作流程见图1。通过检测软件来对异常数据进行自动判断和分析处理, 并在应用数据库对数据进行审核, 再通过环境管理的需求整理成为相应的报告和图表。所以, 水站运行维护管理系统的理念是在线管理水站运营单位的运维行为, 将系统维护管理软件形成一站式的管理模式。
2 河流水质自动监测系统运行中存在的问题
自动监测系统的运行维护包括几个方面, 第一是巡检维护;第二是对比测试;第三是试剂;第四是备品备件变更;第五是故障维护;第六是年度检修等, 其属于水站正常运行基础技术。目前, 大多数水站的巡检和日常看护都是由各地自行承担, 发现问题时再联系技术人员进行维修。这种方式对地方工作能起到调动积极性的作用, 虽然能保证水站的基本监测水平, 但极易出现问题。因为自动站需要很高的技术水平, 而地方工作人员由于个人专业水平和素质等不能有效保证运行维护的落实。同时, 没有正确约束到承建商对售后服务的履行, 加上售后服务态度和水平的差异, 经常不能及时维修, 预防性检修更不能定期进行。一些水站自身资金条件有限, 在自动监测系统维护上花费了大量资金, 而忽视了更换备品备件, 这对水站的正常运行将造成极大影响。
3 监督管理的有效策略
3.1 监管机制的提高
在信息时代, 河流水质监测系统正快速向着信息化、自动化方向发展, 因此, 需要采取有效的措施, 加强其监督管理, 才能真正发挥该系统的作用。根据河流水质监测系统的具体应用情况可知, 其在为河流水质和环境决策作出有效参考数据时, 自动监测系统还能对水质改善程度作出准确评判, 有利于促进地方政府的环保工作。所以在对监督管理机制进行确立时, 可以采取分级监测和分级管理的模式, 确保其实时监测效果, 才能避免水站的运行受到地方利益的影响。比如我国某地区共有55个省级水质自动监测系统, 大多数是在各市出境河流断面进行检测, 而每个市政府会将监测数据来作为环境改善的重要考核依据。同时, 结合各个流域的情况, 省级对环境监控中心的成立给予高度重视, 以便对各市水质自动监测系统的建设和运行实行统一负责, 并审核确认监测数据。同时, 在河流水质监测系统科学运用的基础上, 利用市级及以下的相关数据发挥基础作用, 可以实现对各个监测中心进行监督管理。由此可见, 通过省市县这种上下管理模式, 各个部门可以很好的履行自身的职责, 能够有序的开展各项工作, 并能使监测数据准确性有效提高。
3.2 数据的严格审核
根据河流水质监测系统的运用情况可知, 对自动监测数据的有效性进行检测, 人工对比是最直接的措施。例如:在对河流水质情况进行综合分析后, 可以采取随机抽查和定期对比, 并对河流水质自动监测数据进行核查和比对, 以实现人工与自动数据的有效对接, 从而避免自动监测数据产生的误差。同时, 如果人工比对中发现与自动监测数据产生较大差异, 需要及时对其进行调试校正。在这种情况下, 相关工作人员可以设置能够有效判别系统数据的软件, 以便在获取监测数据的时候, 还能对相关仪器的状态参数进行获取, 甚至将其作为评判数据有效性的参考。另外, 如果发现监测结果有不符合规律的情况, 相关工作人员需要马上进行人工对比, 以确认实际数据的有效性。同时, 结合国家相关规范要求和当前的先进科技技术, 处理缺失数据, 即由系统自动完成相关操作, 甚至直接剔除无效数据并修正异常数据。由此可见, 河流水质监测系统的有效利用, 是一种智能化模式, 不仅能够确保实现数据的准确性和规范性, 还减轻员工工作压力、减少工作量等。
3.3 监测数据的应用
在环境管理中, 要充分利用自动监测数据, 就必须合理利用自动监测的功能, 以确保数据的有效质量。所以, 自动监测系统还需要注重建设运行管理的不断完善, 并积极改进操作技术, 以不断提高监测数据的可靠性。在实践过程中, 一旦出现环境质量超标或者水质污染等情况, 必须及时按照国家和地方标准措施进行整改, 如果超标情况严重, 需要马上采取紧急预案, 以将污染源快速锁定。由此可见, 自动监测数据的应用, 在不断提升自动监测运行的管理水平, 并充分体现出其对环境效益的有效作用, 这也促使自动监测工作必须在重要使命中不断累积经验, 以产生更加有效的作用。
4 结束语
在当前环境管理中, 水质自动监测系统是最重要的一项技术, 其也在不断拓展应用范围。所以, 相关技术人员应当加强对水质自动监测系统的优化和运行管理, 保证监测数据质量的有效性, 并通过人工对比来进一步效验监测数据的准确率, 同时将监测数据充分发挥到环境保护等项目中, 以充分发挥出水质自动监测系统的作用。
参考文献
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河流监测 篇7
2014 年3月13日上午, 水利部水文局局长、中小河流水文监测系统项目建设监管组组长邓坚主持召开中小河流水文监测系统项目建设监管组全体会议, 局领导、监管组副组长蔡建元、杨燕山和其他成员以及顾问专家参加了会议。
会议听取了计划处关于中小河流水文监测系统建设监管组近期工作的汇报, 讨论了《中小河流水文监测系统项目建设监管组工作方案》, 研究部署了下一阶段有关工作。
会议认为, 中小河流水文监测系统项目涉及范围广、建设任务重、投资规模大, 管理要求高, 进一步加强监督管理工作十分必要。会议要求, 中小河流水文监测系统项目建设监管组要充分发挥监督和指导的作用, 加强监督检查和业务培训等工作, 跟踪督促稽察问题的整改和落实, 指导帮助各地规范项目建设程序, 提高项目建设管理水平, 推动中小河流水文监测系统建设项目的顺利实施。会议要求, 中小河流水文监测系统项目建设监管组要进一步细化工作安排, 切实做好近期各项工作。
河流监测 篇8
1 基于MATLAB地表水环境系统模拟模型简介
MATLAB诞生于20世纪70年代, 它的编写者是Cleve Moler博士和他的同事。当时, 他们利用Fortran开发了两个子程序库——EISPACK和LINPACK。这两个子程序库是求解先行方程的程序库。Cleve Mole给EISPACK和LINPACK的接口程序取名为MATLAB, 意为矩阵 (Matrix) 和实验室 (Laboratory) 的组合[3]。
对于一段长河流而言, 在这里我们只研究其纵向扩散忽略横向扩散。因此, 一维模拟模型更加适用, 更能反映出污染物在河流中的变化情况。由于突发性污染事故中污染源均是瞬间排放, 应用瞬时点源模型比较合适[4]。下面介绍两种适用于河流突发性污染事故的一维扩散模型[5]。
1.1 静止水体瞬时点源模型
该模型用于描述瞬时释放的一个点污染源到静态水体中的污染物扩散规律, 此时污染物浓度随时间t和空间位置x发生变化[6]。
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式中:
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;C0为瞬时释放的污染源在单位面积上形成的浓度, 可表示为C0=M/A, M和A分别为瞬时释放质量为M的污染物在单位深度的面积A上。
应用Fourier变换, 可以得到该模型的解析解为
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式中:Dx表示x方向的扩散系数, m2/s。
1.2 有水流瞬时点源的模型
对于河流而言, 水体经常有一个主导流向, 如果在x=0的地方瞬时投放污染源, 在投放点形成浓度C0, 则描述其下游污染物浓度时空变化的数学模型可以表述为[4]
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式中:K为污染物降解速率常数, S-1。
同样应用Fourier变换, 可以得到该模型的解析解为
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2 河流应急监测布点原则
突发性环境污染事故应急监测是指在发生环境污染事故的紧急情况下, 为发现和查明环境污染情况 (污染物种类、污染范围和污染程度等) 而进行的环境监测, 包括现场定点监测和动态监测。根据了解的事故信息及事故发生地点河流周围的地形地貌, 选用适用的污染物泄漏模型, 结合当地的气象水文等参数, 根据MATLAB预测事故范围, 并在电子地图上显示事故可能影响的范围;在影响范围内标识出环境敏感点。
环境敏感点是指事故发生后, 需要特别保护的区域, 如人群稠密区、学校、医院、水源地等。河流监测一般应布设对照断面、控制断面和削减断面。设置监测断面后, 应根据水面的宽度确定断面上的采样垂线, 再根据采样垂线处水深确定采样点的数目和位置。
3MATLAB在松花江污染事故中的应用
2005年11月13日13时40分左右, 中石油吉林石化公司101双苯厂发生爆炸。事故造成100 t余笨及硝基苯泄露。自发生爆炸事故, 到23日中央有关部委各部门开始组建专家组讨论并相继赶到哈尔滨处理水污染事件, 共10 d, 就是在这几天里, 随着时间的推移和上游来水的稀释混合作用, 污染带由原来的数千米延长到80 km余。
该问题分别利用式 (1) 和式 (3) 求解, 其中水体的流速, 河流宽度和水深均取污染物流经主河段的平均值, 污染物投放质量100 t。运行结果如图1和图2[7]。
4 结论
由图1可见, 污染物的模拟结果与实际扩散情况基本吻合, 污染物扩散距离长达150 km, 扩散时间长达15 d, 当到达哈尔滨市时, 苯仍然超标, 故应提前做好应对准备, 启动突发性水污染事故应急预案。从图1中还可以看出, 污染物在排污口附近浓度居高不下, 因此要在这一附近设置多个监测断面, 布设多个监测点, 作为重点监测, 随空间的变化经过水体的自净、稀释等作用, 浓度逐渐减小。由图2可见, 在10 d时瞬时点源在下游形成的浓度随空间呈线性变化, 对于整个江段而言, 一维时空变化更能正确地反应实际情况, 根据污染事故当时的监测数据, 污染物到达哈尔滨市时的浓度为0.024 mg/L, 超标0.4倍, 小于模拟结果, 是由于苯在迁移过程中会受到很多影响, 如支流或河流补给, 生物降解等。但不影响判断到达哈尔滨超标的结论, 因此根据地表水应急监测布点原则在敏感点, 例如市区、取水点、水库附近设置多个应点位, 及时准确监测浓度变化情况。
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