水环境监测预警及管理决策平台建设方案.docx
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水环境监测预警及管理决策平台建设方案
水环境监测预警及管理决策平台
建设方案
第1章概述
第2章建设背景
水是生命之源，是战略资源，与经济社会发展息息相关，与每一个人性命攸关。
水是广西的根本，保护水资源，是政府的重大责任。
然而，随着工业化的进程加快，保护的难度也更大了。
为进一步加强跨行政区域河流责任断面及交接断面水质监测与管理，严格实行水质保护管理考核，全面实现水质自动监测和实时监控，拟建立覆盖地表水环境自动监测系统。
地表水环境自动监测系统结合现代通讯技术，实时的将仪器的测量结果，系统运行状况，各台仪器的运行状况，系统故障，仪器故障等信息自动传送到中心管理单元。
并可接受中心站所发来的各种指令，实时的对整个系统进行远程设置，远程校准、远程清洗，远程紧急监测等控制。
水质自动监测基站管理系统，可以使授权用户可以根据需要对监测子站各种参数进行设置，如仪器监测频次，气洗滤芯频次，气洗管路频次，水洗管路频次，多参数清洗频次，除藻频次，故障报警号码设置，故障报警类型选择等，完成这些操作只须在现场工控机上的监控软件上按提示进行相应的选择与输入，即使没有看过说明书，也能完成操作。
同时，这些设置也完全可以由远程操作来完成。
监控中心管理软件是水质自动监测系统的上层管理软件，它利用现有的通讯技术和计算机网络技术，实现准确、实时、快速的与远程基站进行通讯，是整个系统实现管理、控制、分析、远程维护等的指挥中心。
其主要保证系统的正常运行和将监测的数据进行分析处理，为环境管理服务。
作为全自动的水质监测系统，系统本身运行情况记录的重要性不言而喻，通过整合现有各类水环境信息资源（包括环保、水利等各部门），建立水环境信息资源目录和水环境信息资源整合与共享交换平台，形成数据整合与共享机制，实现多部门数据共享；建立和完善二三维一体化水环境预警系统、以提高水环境管理的智慧化水平。
第3章指导思想
以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，深入贯彻落实科学发展观，紧密围绕环境保护工作，实施“信息强环保”战略，加快推进信息化与环境保护业务工作相融合，以信息网络设施和软件能力建设为基础，以环境保护数据中心和业务应用系统建设为重点，提高信息资源整合和应用效能。
以保护和改善水环境质量为目标，坚持统一规划、统一标准、统一建设、统一管理的原则，全面整合、广泛共享和充分利用水环境信息资源，提升环境保护监测和管理的信息化水平。
以推动水环境综合管理技术发展为突破点，进一步创新信息机制和管理模式，实现水环境管理平台的系统化、标准化、可视化、智能化，使之成为共享信息的资源平台、集成污染防治技术的创新平台和支持环境管理业务的服务平台，为水环境污染综合防治和管理工作提供重要信息支撑，推进水环境保护精细化管理。
第4章建设目标
水环境监测预警及管理决策平台是一个服务于各级环保部门、软硬件一体化的网络信息集成平台，可以实现环境质量数据的在线查看、污染排放的实时监测和远程监控、风险的评估与展示、污染问题成因、污染治理管控与监管等功能，推进水环境管理自动化、信息化、智能化。
项目建设的意义主要体现在以下几点：
1、提升环境监测管理水平
地表水水质水量自动监测系统以在线自动智能分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量和控制技术、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一个综合性的在线自动监测系统，实现了对地表水水质状况、大型引调水工程、重要饮用水水源和重要水库、湖泊的实时自动在线监测和预警，将大大提升地表水监测和管理自动化、科学化水平。
2、提升水环境管理决策科技支撑能力
建立水环境数据管理中心，整合所有环境数据，有利于实时收集大量准确数据，突破环境管理时间和地域的限制，最大程度保障水环境信息的客观性和真实性，为水环境管理决策提供基础数据支持。
建立水环境监控（污染源、水环境质量）、水环境监管、水环境应急、饮用水源地安全管控等各类信息系统，构建综合分析模块，从时间和空间两个角度，定性和定量的研究水环境污染事件，为水环境治理决策提供综合技术支撑。
通过水环境监测预警及管理决策平台的建设，有利于促进水环境管理精细化、信息化，提升水环境管理和科学决策水平，使水环境管理工作具有科学依据和一定程度的规范性。
3、发挥环境管理机关的综合能效
水环境管理需要跨部门、跨学科、跨区域的合作。
通过水环境监测预警及管理决策平台的建设，集成水环境相关各业务数据和系统，统筹发改、财政、水利、农业、住建等跨部门之间的数据与资源，整合环保系统内部污染源、水环境质量、饮用水源地、排污许可证等信息资源，关联各类有价值数据，强化信息共享与协作联动能力，提高水环境综合管理水平，充分发挥环境管理机关的综合能效。
4、满足环境信息公开需求
通过水环境监测预警及管理决策平台的建设，构建信息发布管理系统，将公众关心的水环境质量、水污染排放以及水污染治理项目实施进度与资金使用等信息公开，允许公众对水环境状况进行充分的了解、监督和评价，使得政府的决策和管理更符合民心、民意和实际情况，增强政府决策和管理的公开性、透明度，保障公民在环境保护方面的知情权、监督权和参与权，调动和发挥公众参与环保公共事业的积极性，提升政府与公众的互动、交流，实现政府和公众的“零距离”沟通，满足公众的信息公开需求。
第5章建设依据
《中华人民共和国环境保护法》
《中华人民共和国水污染防治法》
《电力建设施工及验收技术规范热工仪表及控制篇》SDG279-90
《有关量、单位和符号的一般原则》GB3101-86
《工业控制设备及系统的端子板》NEMA—ICS4
《工业控制设备及系统的外壳》NEMA—ICS6
《工业自动化仪表盘、柜、台、箱标准》GB/T7353-1999
《地表水和污水监测技术规范》HJ/T91-2002
《氨氮水质自动分析仪技术要求》HJ/T101-2003
《水质化学耗氧量测定重铬酸钾法》GB11914-89
《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》GB11893-89
《水文自动测报系统技术规范》（SL61-2003）
《河流流量测验规范》（GB50179-93）
《水环境监测规范》（SL219-98）
《水文基础设施建设及技术装备标准》（SL276-2002）
《信息处理数据流程图、程序流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文件编制符号及约定》（GB/T1526-1989）
《水质数据库表结构与标识符规定》（SL325-2005）
《水和废水监测分析方法》（第四版）
《环境水质监测质量保证手册》
《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002）
《水质河流采样技术指导》（HJ/T52-1999）
《pH水质自动分析仪技术要求》（HJ/T96-2003）
《电导率水质自动分析仪技术要求》（HJ/T97-2003）
《浊度水质自动分析仪技术要求》（HJ/T98-2003）
《溶解氧（DO）水质自动分析仪技术要求》（HJ/T99-2003）
《高锰酸盐指数水质自动分析仪技术要求》（HJ/T100-2003）
《氨氮水质自动分析仪技术要求》（HJ/T101-2003）
《总氮水质自动分析仪技术要求》（HJ/T102-2003）
《总磷水质自动分析仪技术要求》（HJ/T103-2003）
《建筑设计负载规范》GB50009-2001
《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-1995
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《安全防范工程技术规范》GB50348-2004
《安全防范工程技术规范》GB50348-2004
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
《建筑工程设计文件编制深度规定》2008
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）
《低压配电设计规范》（GB50054-95）
《供配电系统设计规范》（GB50052-95）
《建筑物防雷设计规范》GB50357-94
《通用用电设备设计规范》（GB50055-93）
《信息系统安全等级保护定级指南》（GB/T22240—2008）
《信息系统安全等级保护实施指南》（GB/T25058-2010）
《水质河流采样技术指导》（HJ/T52-1999）
《水质自动采样器技术要求及检测方法》（HJ/T372-2007）
《环境信息共享互联互通平台总体框架技术规范》（征求意见稿）
《环境信息交换技术规范》（征求意见稿）
《国家应用平台体系技术要求》（试行）
《污染源编码规则》（试行）
《环境信息数据字典规范》（征求意见稿）
《环境信息术语》（HJ/T416-2007）
《环境信息分类与代码》（HJT417-2007）
《环境信息系统集成技术规范》（HJ/T418-2007）
《环境数据库设计与运行管理规范》（HJ/T419-2007）
《环境信息网络建设规范》（HJ460-2009）
《环境信息网络管理维护规范》（HJ461-2009）
《环境信息化标准指南》（HJ511-2009）
第6章总体设计
第7章水环境监测预警管理平台总体框架
根据水环境业务需求，结合当前先进信息技术，提出平台设计总体框架，如下图所示。
总体架构基于电子政务框架标准设计，有感知层、网络层、智慧层、应用层、用户层五个层次及信息标准规范体系、信息安全体系和运维管理体系3个体系。
总体框架图
第8章水质自动站组成
水质自动站最核心的部分是其控制、通讯及软件系统，概括起来包括如下几个部分：
●现场控制单元
●数据采集与传输单元
●水质监控中心管理系统（监控）
●水质预警系统
现场控制单元采用基于pc/plc的可编程逻辑控制器，按照预设的程序控制现场各种设备运行，实现采水配水、测试、反冲清洗等操作，同时实现实时数据、历史数据、报警信息和用户管理的控制。
数据采集控制单元完成监控数据、环境参数的采集、显示及存储功能、系统控制及参数设置；通讯单元完成现场与监控中心双向数据通讯功能；水质监控中心管理系统实现远程站点管理、数据采集、远程控制及数据分析功能；水质监控WEB发布系统通过Internet/Intranet实现水质监测数据的共享。
水质自动站组成如下图所示：
水质自动站网络架构
第9章安全体系
安全体系建设要做到同步规划设计，根据实际需求由低级向高级安全保障程度逐渐升级，按照信息安全等级保护做好系统的安全保障工作。
平台安全体系
1、网络和物理安全
根据市信息安全等级保护相关要求，加强机房环境安全建设，做好网络系统、机房监控等方面的基础安全防护建设，制定相应的安全技术措施、建立安全管理制度。
2、应用安全
环保信息化建设到一定阶段后，应用系统安全尤为重要，需要进行统一的安全认证，使用者需要经过信任服务，才能使用系统功能。
利用PKI/CA等技术实现业务专网内的身份认证，确保跨地区业务的安全保障。
加强数据安全保密措施，防止数据丢失、破坏或非法窃取等事件发生，认真做好数据存储和备份，若条件允许建立容灾备份中心。
3、数据安全
数据备份类型大致有三种：
完全备份、增量备份和差异备份。
完全备份所消耗的资源比较多，应尽量减少使用。
数据备份应考虑各地资源和信息化状况，采用完全备份+增量备份、完全备份+差异备份的方式。
为了保障数据安全，可以利用冗余服务器作为同步备份机器，最佳效果是做到1:
1实时备份。
数据安全范畴，可以考虑利用备份软件、磁带库、虚拟带库等先进技术和设备，保证数据安全。
第10章运维体系
结合管理的需求分析及环境综合管理的现状，依据运维服务从IT战略到服务管理再到基础监控的思路，提出了以IT战略为引导，基于组织保障和服务资源，通过运维服务支撑系统实现符合环管理的运维服务体系，包括IT战略、运维服务管理、组织保障、服务资源和运维服务支持系统五大部分，具体见下图。
平台运维体系
第11章监测能力建设
第12章地表水常规自动站
常规自动站监测对象主要包括：
河流、湖泊、水库、饮用水源等水质、水文、气象监控预警，常规水质自动站是由取水管理、集成控制部件、分析仪器、采集和传输系统等部分组成，通过互联网或VPN网络与监控中心互联，传输数据和视频信号。
一个标准且具有前瞻性的水质自动站应包含如下部分内容：
自动站建设内容
第13章分参数预处理
针对地表水中水质参数不同的检测环境要求，水样要分类预处理，自动站建设系统集成时建设相应的配水系统，保证不同参数检测时水样的代表性，如下图所示：
图分参数预处理
第14章模块化设计
为能使水质自动站建设资源利用最大化，建议新建水质自动站采用模块化设计的分析仪器，实现了一台仪器能监测多种参数。
仪器具备通用的控制传输模块，可以更换任意的流路监测模块，方便事故应急监测需要。
仪器控制单元
配置不同流路监测模块
切换仪器控制程序
实现同一控制单元监测多个参数
两种不同的监测参数切换方式
共用流路监测模块只需在仪器使用过程中只需要更换仪器所需要的试剂，切换所对应的程序后便能实现所对应的参数，切换十分方便。
模块化多参数水质在线分析仪能有效的减少在线监测购置成本，能方便的监测不同场合下所需的参数，满足了用户的不同需求。
系统可根据实际需要配置不同监测分析模块，可选的监测参数如下表所示：
监测分析模块
监测参数
备注
多参数监测模块
电化学阳极溶出伏安法监测模块
总锌、总镉、总铅、总铜
可同时监测四个参数
吹气比色模块
砷、总砷、硫化物
根据用户需要进行流程切换，实现对应参数的监测
直接比色模块
总铬、六价铬、总铁、总锰、总镍、总锑、总银、总磷、磷酸盐、甲醛、苯胺类、余氯总氯
离子选择性电极监测模块
氨氮、氟化物、氯化物
单参数监测模块
化学需氧量、氨氮、高锰酸盐指数、总氮、总氰、总汞、挥发酚
配置该模块只能监测单个参数
常规五参数监测模块
pH、电导率、温度、溶解氧、浊度
—
第15章自动质控
现场分析仪器具备自动质控功能，自动质控模块可以集成在分析仪器内部，也可以集成至水质自动站中心控制柜，主要用来检测分析仪测试水样数据结果的一致性和准确性。
自动质控建设至少包含以下一项内容：
1）能由自动站控制系统控制采集已知浓度的标准样品测试并输出检测结果；
2）能对已检测出结果的实际水样进行自动加标回收率测试；
第16章多模式采样
集成采样模块具备多模式采样功能，包括：
等时采样、等比例采样、混合采样功能；且自动站控制系统能接收远程监控中心的指令控制集成采样模块执行不同的采样动作。
第17章水质留样
自动站必须具备水质样品存储设备，每一个水样在监测的同时按照样品保存的标准环境保存到样品存储设备中，循环存样，样品保存时间不少于12个小时。
第18章门禁系统
建立门禁管理系统，进入水质自动站的任何人员均需通过监控中心管理软件统一授权才能进入站房，人员出入情况实时记录并传输至监控中心，异常情况现场门禁系统具备远程报警功能。
第19章视频监控
自动站需建立全站、站房和取水点三个区域视频监控，实时监控自动站运行现状。
第20章分析仪工况检测
指现场中控系统实时检测分析仪状态，对于异常信号系统实时记录，特别是分析仪检测水样时的过程记录，均统一上传至监控中心管理平台。
第21章数据交互
主要指中控系统除了能向上传输现场所有采集的数据信息之外，还能接收远程监控中心下达的各项指令并执行相应的动作。
第22章小型箱柜式水质在线监测站
小型箱柜式水质在线监测站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、自动控制技术与计算机应用技术相结合组成的综合水质在线监测系统。
该系统采用一体化设计，占地面积小，方便移动，可替换传统的水站建设模式，为用户有效节省站房建设成本、减少工期。
配套完善的供电方案、智能化的监测仪器与数据采集传输系统，实现监测数据信息传输，远程监控。
系统可自动启动及停止，自动进行数据储存和上传，完美实现全天候无人值守的自动监测功能，满足河流断面、城市内河、湖泊、水库、潮位站、企业、污水处理厂等水质在线监测的需求。
第23章系统流程图
第24章技术优势
●占地面积小，建站无需土建设施；
●监测参数全，可测数十种水质参数，如总磷，氨氮，cod，总氮等；
●监测方法大部分采用国标或等同于国标，数据真实可信；
●一体化设计，安装简单，无需吊装即可移动；
●各运行单元模块化设计，抽拉式组合，运行维护简单方便；
●仪器自带运行储备水箱，无需接自来水管路；
●高度智能化设计，实现远程监控、系统故障报警与记录、停电保护与来电自动恢复等功能；
●监测仪器结实耐用，适合野外严苛环境；
●具备联网防盗预警功能，实现无人值守；
●适应各种气候、地理及水质条件下全天候正常运行，与已有的在线监测系统完美兼容；
第25章整体机柜结构组成
●整机尺寸：
825mm×400mm×1655mm（长×宽×高），占地面积小于1m2；
●材质：
外柜采用玻璃钢，内置芯材，侧板外表平整美观，芯材采用聚苯乙烯高密度保温材料，达到保温、隔热、隔音的效果；
●扩展性：
上机柜可向上拓展监测模块，下机柜预留有探头式监测模块；
●供电：
220V市电；
●恒温系统：
仪器可根据实际需求，进行整体恒温控制；
●防雷等级：
三级，标准避雷针接地；
●安装方式：
整机模块化安装。
第26章检测模块技术特点
●整套系统监测项目门类齐全，可监测项目高达二十多种；
●传统检测方法与传感器光学法相结合，适应用户不同需求，任意组合监测项目；
●模块化集成组合，安装简易、维护简单，成本低；
●检测系统具有定期自动清洗、自动校准、故障报警等功能。
●内置时间设置功能，可根据需要任意设定监测频次。
●兼容性及扩展性，后期可根据需要增加监测模块，无需返厂修改整体机柜。
第27章智能控制
●智能控制单元能对仪器进行如待机控制、工作模式控制、校准控制、清洗控制、停水保护等操作。
●具备自动启动和自动恢复功能，可进行断电、断水或设备故障时的安全保护性操作。
●具备自检及死机自动恢复功能；
●可任意设定监测频次，监测频次1次/2h，设备发生故障时能够对异常值自动报警；
●数据存储涵盖数据采集时间、测量值、该测量值的标记、标注信息（如电源故障、校准、设备维护、仪器故障、正常等），并向上位机传输上述数据；
●存储容量：
24个月以上（所有的数据输入端口全部使用，并按每分钟记录一组数据计算）监测数据通过无线方式向数据中心实时传送，数据中心可以及时接受到水质信息并进行分析；
●通信协议符合国家环保总局《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》规定的要求。
●当无法进行通信时，仪器能将数据信息以及通信状况信息进行储存，通信恢复时进行发送，同时可在维护人员维护时读取分析；
第28章微型水质在线监测站
微型水质在线监测站是一套全自动、实时水生态监测系统，具有多参数、高精度、低维护的特点。
适用于河流断面、城市内河、湖泊、水库、潮位站、企业、污水处理厂等水质在线监测的需求。
水质在线监测系统可选择要测得的参数包括溶解氧、pH、温度、电导率、浊度、余氯、COD、氨氮等。
使用Rs485接线方式，Modbus/RTU通讯协议。
传感器测得的信号可直接传输给数据采集平台，技术人员可以使用触摸屏，手机和电脑等多种方式进行数据采集，方便快捷。
本系统采用一体化设计理念，产品可靠易用。
传感器上配备自动清洁装置，中间伸出清洗电机的转轴，转轴的另一端连接刷子。
电机可以设定时间和转速，这样可适应不同清洁程度的水质，比如水质污染程度大杂质多可以设定转速快转动时间长。
自动清洁装置可以有效的清除传感器表面沾污，防止微生物的生长，极大的减少维护成本。
每支连接上的传感器配备快速插拔防水接头，拆装方便。
最外圈的螺纹配合不同口径的连通池可以进行管道连接。
前端的传感器罩用来保护内部四支传感器，四周均匀的开有槽孔引入待测液体，多个小尺寸的槽孔可以防止大的悬浮颗粒和生物对传感器探头的破坏。
第29章技术参数
产品名称
量程
精度
分辨率
防护等级
溶解氧
0～20mg/L
±0.6mg/l
0.01mg/l
IP68
电导率
1μs/cm～600ms/cm
±1.5%
0～1000uS/cm:
1uS/cm；
1～600mS/cm:
0.1mS/cm
IP68
浊度监
0.1～1000NTU
±3%
0.1NTU
IP68
pH
0-14PH
±0.01PH
0.01PH
IP68
温度
0～50℃
±0.5℃
0.1℃
IP68
余氯
0-20mg/L
±1.5%
0.01mg/l
IP68
COD
0.15～75mg/L
0.75～370mg/L
2.5～1000mg/L
±5%
0.01mg/l
IP68
氨氮
（0～100）mg/l
±5%
0.1mg/L
IP68
第30章产品特点
●数字传感器，Rs485输出，支持MODBUS；
●所有校准参数存储在传感器内，每支探头带有防水接头，可方便插拔替换；
●配备自动清洁装置，可以有效的清除传感器表面沾污，防止微生物的生长，更准确，更低维护；
●可选荧光法溶解氧、电磁式电导率、浊度、pH、温度、余氯、COD、氨氮等传感器，适合长期在线监测；
●一体化设计，可以同时接多个探头，测量多个参数；
●可选220V市电与太阳能供电方式。
第31章水环境移动监测站
移动监测站主要用突发性污染事故应急监测和辖区日常环境巡测。
以便携式仪器和移动监测系统为主要手段，结合现场移动监测的需求特点，研发出移动监测系统。
主要特色在以下几个方面：
●对样品的自动取样、预处理、在线消解、各种检测部件等进行了合理配置，形成便携式水质自动分析仪，完全不同于传统意义上的需要人工参与的便携式分析仪器。
●将在线监测仪器进行模块化设计，实现了方便快捷的监测参数切换，实现了一台仪器能实现监测多种参数。
如共用流路监测模块化设计，仪器使用过程中更换仪器所需试剂，切换对应程序后便能实现所对应的参数，切换十分方便。
模块化多参数水质在线分析仪能有效的减少在线监测购置成本，能方便的监测不同场合下所需的参数，满足了用户的不同需求。
●开发出便携式的生物综合毒性仪，利用发光细菌进行生物综合毒性检测，操作简单，快速、灵敏，仪器带有数据上传功能，轻便小巧，配套全面，携带方便适合在野外和实验室使用。
该系统适用于水体综合毒性监测，在出现水质污染的紧急事故时，能快速评估水样的化学污染和生物污染程度。
●集成视频图像采集与传输、GPS全球定位系统。
第32章移动监测车
车载水质自动监测系统，使得水质监测分析工作更加简便、机动、快捷、可靠。
针对性的移动式水质自动监测技术可丰富水质监测手段，为水环境保护与管理提供更加全面、准确和及时的监测结果。
在机动车上配置水质自动监测系统及其他辅助设施，通过控制单元实现监测分析过程的自动化，系统能形成完整的监测数据质量控制体系，应用该系统可以在监测现场迅速方便的得到准确的水质分析结果。
系统能实现全自动监测，分析过程灵敏快速，可配置我国主要污染物总量减排中规定的三十多种参数，可以迅速到达水环境污染现场进行监测分析，可为突发性污染事故现场监测提供可靠的技术保障，使得应急监测工作可以迅速在污染现场开展。
●基本结构
MODBUS协议通讯
监测仪器及辅助系统
系统运行控制模块
监测数据采集与传输模块
现场即时水质分析统计模块
监测数据分析报告
现场控制
现场控制软硬件模块
自动监测分析模块取样测试
RS232/485通讯接口
自动
取水
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