地下水水质、地下水污染、地下水水环境

监测系统建设方案1.0

陕西恒瑞测控系统有限公司

概述

1.1背景情况

地下水水质/水环境污染是一个复杂的环境地球化学作用过程，受污染物自身理化性质、水文地质条件、水文地球化学作用、人类活动、土地利用状况等多种因素影响及相互作用，这种干扰加剧了地下水系统的不稳定性，造成了地下水污染的系统复杂性。使地下水污染治理工作难度大、耗资高、耗时长。因此，在地下水资源的保护措施上必须实现从“先污染，后治理”向“预防为主，防治结合”的转变。近些年，我国陆续出台《全国地下水污染防治规划(-年)》、《华北平原地下水污染防治工作方案》和《水污染防治行动计划》，上述国家战略规划均对我国地下水污染防治工作提出了明确的目标和任务。

然而，面对我国日趋严峻的地下水污染形势，以及地下水污染过程的复杂性和污染防治技术的挑战性，为实现“十三五”期间“水十条”中地下水污染防治目标，创建地下水污染监测预警技术体系，成为了地下水污染应急和风险防范的重要科技需求。

因此，立足高科技建成一个先进实用、高效可靠、自动化程度高的地下水水质/水环境监测系统，是保证地下水环境安全生产，高效作业的必然要求。

1.2必要性

地下水作为重要的饮用水源，其保护工作尤为重要，随着地下水监测预警技术的发展，地下水环境技术监测类的规范已经出台，在总结国内地下水监测预警技术的基础上，利用现有陕西恒瑞测控监测设备，判断地下水环境质量状况和危害程度，预测地下水环境质量变化趋势和时空范围，提出预警指标、适时地给出水质变化或恶化的各种警戒信息。系统识别潜在的地下水环境风险、建立完善数据监测预警体系、形成有效的地下水污染风险预警防控技术，实现地下水污染立体多维度预警，为地下水污染风险管控提供数据支撑。

1.3建设目标及内容

1.3.1建设目标

（1）实现对地下水监测井包括但不限于水位、水温、pH值、电导率、浑浊度、氧化还原电位、气温、降雨量等指标相关运行数据的采集、传输、计算、统计，掌握地下水监测井整体运行的安全状态。

（2）直观显示监测数据的历史变化过程及当前状态，为地下水监测井生产管理人员提供简单、明了、直观、有效的信息参考。

（3）一旦地下水水质水环境出现紧急异常情况系统能及时发出预警信息。

（4）能实现地下水监测系统的远程登录、远程访问、远程管理、远程控制和远程维护。

1.3.2建设基本内容

建立地下水水位水质、地下水环境、地下水污染监测系统，保障地下水安全生产。

1.4编写依据

GB/T地下水监测工程技术规范；

HJ25.2场地环境监测技术导则；

HJ25.6污染地块地下水修复和风险管控技术导则；

HJ地下水环境监测技术规范；

DZ/T地下水水质标准；

SZY-《水资源监测设备技术要求》；

SZY-《水资源监测设备现场安装调试》；

GB-《外壳防护等级(IP代码)》；

GB/T-《水文仪器基本环境试验条件及方法》；

GB/T.2-《水位测量仪器第2部分：压力式水位计》；

SL-《地下水监测规范》；

SL-《地下水监测站建设技术规范》；

SL/T-《水文数据固态存储装置通用技术条件》；

SL-《水文监测数据通信规约》；

国家地下水监测工程地下水位监测仪器实验室检测及模拟野外比测方案；

二、系统解决方案

本系统依托传感器技术、计算机技术、物联网技术、4G网络无线通信技术于一体，实现地下水（包括但不限于）水位、水温、pH值、电导率、浑浊度、氧化还原电位、气温、降水量数据的远程监测。对传输距离没有要求。监控中心工作人员足不出户，就可以查看本地区内所有地下水监测井的数据。监测中心系统软件能够实现数据的远程采集、远程监测,返回的所有数据进入数据库，生成各种报表和曲线。系统具有可扩展性，可以方便地增减测站数量和传感器的数量。修改工作将通过密码控制由有关管理人员进行操作，实现系统数据库管理功能。

产品可广泛应用于对地下水监测井、下水道窨井、水库等区域的长期监测，实现对测量介质的全天候、接触式、高精度、连续的远程监测及预警。

2.1系统功能

2.1.1系统组成

边该系统由四部分组成：恒瑞云平台/手机APP、太阳能供电系统（含立杆）、数据采集运算和发送系统、多参量传感器（含雨量）。

云平台/手机APP：整个监测系统的核心，监测每个监测点的实时数据，并将这些数据生成各种报表和曲线。

太阳能供电系统（含立杆）：为现场自动化设备提供不间断供电。

数据采集运算和发送系统：采集前段各类型传感器数据，并通过4G（北斗）网络将信号传输至恒瑞云平台/手机APP。

多参量传感器（含雨量）：整个监测系统的关键，针对介质情况及用户需求，选配多个传感器进行在线监测，包括但不限于水位、水温、pH值、电导率、浑浊度、氧化还原电位、气温、降水量等。

2.1.2系统拓扑图

2.2系统优势

水质样品不经任何处理，无需化学试剂，无二次污染，测量数据更真实可信

水位、水温、水质、雨量一体时时监测，解决了介质扰动对水质的影响；

实时显示各监测站的水位、水质、雨量数据；

配套太阳能供电系统，保障电源常在线，不断电；

完成自动监测数据的统计分析功能，包括统计报表、趋势曲线等

完成对各自动监测站站点类型、设备类型、监测指标等基本信息的编辑功能；

由操作系统提供安全管理，仅允许有权限的操作人员进行操作。

系统实时数据能自动写入监测数据库，可以将实时遥测数据通过计算机广域网让相关部门进行WEB浏览，实现数据共享；

支持软件系统维护，分级管理。

支持手机APP展示，数据查询，测点管理，统计分析等。

系统具有良好的数据接口，方便数据对接

三、现场站点建设

地下水监测井一般都建野外外，交通不变并现场无市电，部分地区无手机网络信号。现场推荐太阳能供电系统，现场如无手机信号的可选北斗通讯。站点安装地笼+立杆，太阳能供电系统安装在立杆上部（方向南），立杆上安装不锈钢机箱（内置采集和发送系统），监测井投放恒瑞多参量传感器，信号引入到机箱内。

3.1设备技术参数

3.1.1：太阳能供电系统：

略，针对工况及采集和发送频率，电池电量充满一次电后可使用不低于3-5天以上。

3.1.2：立杆+地笼

略，针对工况环境，高度一般不低于3m，立杆直径不低于mm。

3.1.3：机箱（遥测终端机）：

1）通讯模块为工业级产品；

2）支持4G电信、联通、移动全网通，双频GSM／GPRS；

3）下位机指令控制按需上、下线；

4）支持虚拟数据专用网、公网、云系统；

5）具有采集雨量、水位、水质等相关的模拟量和数字量的仪表数据能力；

6）具有对累计流量和瞬时流量采集发送功能；

7）具有实时时钟，并具有系统时钟同步功能；

8）支持4G/北斗卫星/GPRS／SMS通讯、超短波通讯、扩展串口通讯等多通道切换功能，支持主备通道切换，多中心上报；

9）接口：2路开关量输入、2路开关量输出、1路RS或1路RSA85、2路4～20mA、1路可控12V输出接口；

10）具有看门狗，可保证死机自动复位；

11）数据传输：具有一站多传功能，且自带校验功能，确保数据传输完整准确；

12）数据存储：终端机内置大容量存储器，存储容量≥IMB；

13）具备补发数据功能：当主、备信道都发送不成功时，数据报文将暂存到本地，在通信恢复正常后需补发全部应发送数据；

14）可定时自动唤醒，以完成定时测报、响应中心站提取固态存储数据和修改等指令；

15）具备人工置数功能；

16）参数远程设置：可远程设置的参数有定时自报时段值、本站站址、中心地址，中心手机号、当前流量水量、测报间隔、当前时间等；

17）环境监控：电池低电压报警等。

18）工作方式：自报、应答；

19）工作电压：6－7.2VDC；

20）自报模式下静态值守电流：≤0.05mA（6VDC）；

21）工作电流：≤30mA（6VDC）；

22）环境温度：－10℃～55℃；

23）相对湿度：95％RH（40℃）；

24）带有电源、连接状态、运行情况指示灯；

25）供电范围：＋5.4V～＋12VDC；

3.1.4：多参量传感器

如需其他水质物理量监测的，订单注明

3.2云平台软件/手机APP（安卓）

系统的设计是基于GPRS数据传输技术和Web网络技术之上的，各部门、各级别管理人员可以通过网络访问管理系统进行相关信息查询、管理。具体功能特点如下：

◆B/S结构软件设计，支持网络（因特网、局域网）浏览、操作。

系统软件采用Web技术，局域网用户可通过内网访问，经认证用户名和密码后进入相应级别管理系统。监测中心具备公网上固定IP时，广域网用户可通过公网访问系统。

◆系统软件支持SQL数据库，可存储不少于三年的各种历史数据。

◆主界面——地图显示

1）主界面以各监测点分布图为背景，显示所有监测点位置分布情况。

2）用户可以通过鼠标拖动自行编辑监测点的位置。

3）将鼠标置于监测点上，可以显示监测点的基本信息及最新监测数据，单击测点可进入该测点的实时监测界面，查看详细数据。

4）系统支持手机APP展示，维护查询，系统管理。

◆软件支持终端设备定时自动上报+定时问询+即时召测

定时自动上报是指测控终端按指定时间间隔定期上报监测数据，自动上报时间间隔可设。

定时问询是指软件定时下发采集命令，采集现场所有监测点数据，采集时钟基准统一为计算机时钟，保证数据同时性。

即时召测是指用户在需要时，通过软件下发命令，采集指定监测点当前数据。

◆软件功能模块化设计，同时支持GPRS、短消息通信方式。

主要功能模块包括：系统信息管理、基础信息管理、实时监控、历史数据查询、图形分析、汇总统计与报表管理等功能模块。在各项功能模块中，均支持根据所在区域、地理位置、规模及测点名称等进行组合查询，查询结果可以表格、图片等形式输出。

系统信息管理：

具备软件授权管理、秘密保护功能，授予不同的操作员不同的级别、不同的操作权限。

基础信息管理：

监测点信息管理：包括通讯信息的设置，计量、测量设备信息的管理。

实时监控（显示最新监测数据）：

1）实时数据：监测显示监测点的基础数据、最新水位监测数据及设备状态。

2）远程召测：按照区域、自定义监测点远程读取当前监测数据。

3）远程设置：远程设置监测点水位计量参数，如：水位计量程、投放深度、井口高程、水位下限等。

历史记录数据存储、查询、输出管理：

具备监控数据、报警数据、信息存储、查询、生成Excel表格、打印输出功能。

图形分析、汇总统计与报表管理：

1）可以生成（某一个时间段的小时、日、月份、季度、年度）水位统计、分析报表并进行存储、输出、生成Excel表格、打印输出。

2）以曲线、柱形图的形式显示时段统计的结果出来。

3）可根据用户需求，由用户提供报表模板，制作用户需要的报表。

◆接收现场报警数据，弹出报警提示信息和声音提示。

水位越限、非法开箱、供电状态变化主动上报等。

◆系统扩展方便

当需要增加监测点时，只需在现场加装一套测控终端，在系统软件上添加一个测点即可。

云平台软件截图

3.3现场施工

3.3.1地下水监测井口保护装置安装

（1）井管高出地面部分修筑水泥基座做为井台，设定井口固定点。井台设计为圆柱体混凝土台，高度根据井管高出地面情况，一般为0.3—0.5m。井口旁预埋铁件做为固定点高程，井台上要有安装仪器标记。井台具体尺寸可根据井房和保护设施尺寸确定，井台典型设计如下图所示。井口保护装置内投放恒瑞多参量传感器，安装时需预留出井口保护装置内恒瑞多参量传感器到立杆机箱内的的穿线孔。

地下水监测井台典型设计示意图

3.3.2地笼立杆太阳能板和机箱安装

地笼立杆太阳能板和机箱安装

3.3.3多参量水质传感器安装

1：安装时，首先使用恒瑞公司便携式电子水位计人工实测水位埋深，方便确定多参量水质传感器线缆的长度。水位变化幅度较小的监测井，线缆长度应多于历史最低水位埋深2~10m；

2：多参量水质传感器应放置历史最低水位以下2-10m以上处且不接触淤泥。压力式水位计在水下是测得的是水深压力和水面上的大气压力之和，因大气压强会随海拔、时间变化，所以需抵消当前大气压值。1是通过水位计自带的导气管将大气压引入水下的测压元件，动抵消了大气压。2是通过使用绝压水位计+单独大气压计方案，得到水深产生的压力，测得水深并转换成水位。

3.3.4验收方法

（1）仪器零点漂移测试：采用零点校正液，连续测定24小时。利用该段时间内的初期零值（最初的3次测定值的平均值），计算最大变化幅度相对于量程值的百分率。

（2）仪器量程漂移测试：采用量程校正液于零点漂移试验的前后分别测定3次，计算平均值。由减去零点漂移成分后的变化幅度，求出相对于量程值的百分率。

水质控样考核

（1）考核项目：常规五参、氨氮、氯离子、COD等。

考核内容：仪器的准确度和精密度

采用仪器检测范围内的高、中、低3种浓度的质量控制样品（经国家认可的质量控制样品或按规定方法配制的标准溶液）对仪器进行测试，仪器经校准后，每种样品连续测定6次,根据测定结果计算仪器的准确性和精密度。

准确度以相对误差（RE）表示，计算公式如下：

式中：x—质控样品6次测定平均值

C—质控样推荐值

精密度以相对标准偏差（RSD）表示，计算公式如下:

比对实验

（1）比对项目和方法（见表1）：

用户应根据系统选择监测项目，按照规定的监测分析方法进行实验室分析，并同一时段与仪器的测定结果相比对。计算公式如下:

式中：xi—自动动监测仪器测定值；

xl—对比方法的测定值；

n—比对实验次数。

（2）样品采集：

实际样品比对实验采集2天，每天采集3次，两个小时采集1次,比对实验样品每次需进行平行样测定。随机2个频次采集平行样，用于比对实验分析。每次于自动监测仪器采样时同步进行手工采样，采样位置与自动监测仪器的取样位置尽量保持一致。若仪器需要过滤水样，则比对实验水样可采用相同过滤材料过滤（但不得改变水体污染物的成分和浓度）。水样静置后测试上层清液或者测定前进行摇匀，手工比对实验与自动监测仪器应保持一致。另外，同步对自动监测仪器和手工分析进行一个盲样考核。

（3）质量保证与质量控制

比对实验的质量保证和质量控制严格按计量认证的有关要求进行。

（4）仪器检出限检查

仪器的检出限采用实际获得的检出限，计算公式如下：

式中：k—常数，取k=3；

b—校准曲线的斜率；

Sb—配制低浓度标准溶液的（Xb）标准偏差，按仪器3倍检出限浓度配制

标准溶液，测定次数为8次。

（5）校准曲线检查

按仪器规定的测量范围均匀选择5个浓度的标准溶液（包括空白）按样品方式测试，并计算其相关系数。

系统有效数据累计捕捉率及通讯及组态软件检查等。

验收标准

（1）仪器零点漂移：电极法≤5%，光度法≤10%

（2）仪器量程漂移：电极法≤5%，光度法≤10%

（3）仪器的准确度和精密度质控样相对误差≤±10%，相对标准偏差≤±5%。

（4）比对实验:通过计算水样6对数据相对误差的平均值（A）来判定比对实验的好坏。A不大于±15%为合格,检出限3倍以下A不大于±30%为合格。

（5）仪器的检出限：按标书要求。

（6）校准曲线检查：相关系数≥0.。

四、应用案例:

——青海大学柴达木盆地地下水监测工程

通信网络：

地下水监测中心具备可上外网的固定IP,系统采用GPRS+INTERNET的公网专线组网模式。远程监测设备按照恒瑞通信协议上报软件平台。

设备选择：

地下水观测井分布于海拔青海省格尔木地市，均在室外或野外，远程监测设备采用了自供电、IP68防水的地下水遥测终端机。

水位监测设备采用恒瑞压力式水位计。

现场展示：

——中国地质调查局沈阳地质调查中心地下水位监测

为加强地质灾害防治和水环境变化监测，中国地质调查局沈阳地质调查中心于为沈阳多个地下水观测井安装了远程监测设备，实现了地下水水位的远程监测。

通信网络：

监测中心不具备可上外网的固定IP,系统采用了GPRS-VPN的专网组网模式。

设备选择：

地下水观测井分布在全市范围内，多数位于野外，远程监测设备选用了地下水遥测终端机。

水位监测设备选用恒瑞投入式水位计。

监测中心配置了GPRS数据传输模块,用来接收多个地下水遥测终端机传送回来的数据；服务器上安装了我司配套的地下水监测系统软件。

现场展示：

—大批量参与国家地下水监测工程

国家地下水监测工程是由自然资源部和水利部共同建设的工程，年陆续启动设备地下水监测设备（一体化遥测压力式水位水温计）安装，总投资22亿元，全国共建设完成69个监测站点。

恒瑞地下水监测设备在此项目中大批量参与了20多个省市万余个站点的设备供应，集成商、用户业主评价良好。

自6年起恒瑞测控地下水监测设备在水利、国土、环保行业应用广泛，在国家级和省市级地下水监测、水库水雨情监测、河道灌区水位监测、海绵城市窨井市政管网液位监测等项目中年平均出货套加。已优异成绩通过水利部质检中心检测，被水利部推广中心作为优秀技术产品推广。

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五、相关资质及用户评价:

略

六、报价清单

略

附录1：关于陕西恒瑞测控系统有限公司

企业介绍

陕西恒瑞测控系统有限公司十吴年坚持不懈，专注于研发更稳定、更可靠、更先进的产品和系统，在水位、流量、温度、沉降、水质传感测控领域与先进水平同步，在国内处于行业领先地位。是高品质、可信赖的传感器和监测系统解决方案提供商

陕西恒瑞测控系统有限公司是国家科技部火炬中心评定的科技型中小企业，也是国家认证中心认定的高新技术企业。公司拥有近百项行业专利，已通过最新版国际质量体系认证，拥有CE、ROHS等电子产品国际认证，产品通过了IP68、高低温环境、盐雾等测试，通过了水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心、国家水运工程检测站，陕西省计量科学研究院等国家级计量机构的严格检测，被水利部推广中心作为优秀产品推广，入选了全国水利系统优秀产品招标推荐目录，是智慧水利和河长制优秀产品，被陕西省质量中心评为陕西省AAAAA级信誉单位和陕西省重质量创品牌示范单位。

十余年的研发、生产和制造经验的沉淀。国内三十多个省份及全球二十多个国家，总共千余家企业把恒瑞测控作为长期优质的合作伙伴，累计供货数十万套。

工业进入4.0时代，这是基于先进的传感技术、物联网技术、云计算技术、移动互联网技术的新时代，我们愿与志存高远的众多企业通力合作，共同推出改变传统作业方式的高新产品，引领行业进入数字化时代，推动人类社会在测量领域的进步。

企业资质

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附录2：合作伙伴（部分企事业单位）

略