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、1 引言

地下水環(huán)境監(jiān)測信息是地下水合理開發(fā)、水資源管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要基礎(chǔ)。總氮、總磷是衡量水質(zhì)的重要指標(biāo)之一，但傳統(tǒng)的采樣、實驗室消解法不僅耗時，且操作過程繁瑣， 無法及時得到現(xiàn)場數(shù)據(jù) 。

其次，大多數(shù)監(jiān)測設(shè)備還不具備無線數(shù)據(jù)傳輸功能，需要定期下載數(shù)據(jù)，不僅費工費力，特別是對于突發(fā)性的污染事件等，不能在**時間掌握現(xiàn)場污染發(fā)展動態(tài)。

此外，很多監(jiān)測設(shè)備需要頻繁維護(hù)，如電池的更換等。有些監(jiān)測設(shè)備雖然配備了太陽能供電系統(tǒng)，但是在南方連續(xù)陰雨天氣下，也會出現(xiàn)系統(tǒng)斷電而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的情況。

因此，迫切需要一套能實現(xiàn)原位測量多種營養(yǎng)鹽及水質(zhì)參數(shù)；測量數(shù)據(jù)可無線傳輸；供電、維護(hù)簡單的地下水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，為地下水污染調(diào)查和防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 觀測系統(tǒng)的設(shè)計

2.1目的

風(fēng)光互補(bǔ)地下水污染原位在線觀測系統(tǒng)主要用于原位在線監(jiān)測地下水的物理和化學(xué)參數(shù)，如水位、溫度、pH值、溶氧、氧化還原、總磷、總氮等營養(yǎng)鹽、葉綠素、鉀、鈉等的變化情況，無需采樣，實時監(jiān)測，采用風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)在太陽能或主電源供電不足的情況下，采用綠色清潔能源－風(fēng)能供電，在監(jiān)測污染的同時，也減少能耗，減少污染。

監(jiān)測數(shù)據(jù)可應(yīng)用于地下水污染調(diào)查、農(nóng)田排放及工業(yè)廢水排放監(jiān)控、地下水修復(fù)、地下水資源管理、濕地養(yǎng)分監(jiān)測等，為相關(guān)決策提供科學(xué)依據(jù)。

2.2觀測內(nèi)容

風(fēng)光互補(bǔ)地下水污染原位在線觀測系統(tǒng)的觀測參數(shù)，包含：

營養(yǎng)鹽：總磷 TP、總氮 TN、NH3、NO2+NO3，、NO2、PO4、葉綠素、藍(lán)綠藻

物理參數(shù)：水位、溫度、電導(dǎo)率、pH值、濁度（TSS）、氧化還原電位

無機(jī)離子：鉀離子、鈉離子、鈣離子、 氟化物、氯化物等

2.3系統(tǒng)組成

風(fēng)光互補(bǔ)地下水污染原位在線觀測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、總磷 TP/總氮/營養(yǎng)鹽探頭、水質(zhì)探頭、風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)、ENVIdata數(shù)據(jù)服務(wù)器及數(shù)據(jù)傳輸平臺等組成。濕化學(xué)法測量總磷、總氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、磷酸鹽，可定制總可溶性鐵 硅酸鹽、硫化物、尿素、及鐵等金屬離子。

數(shù)據(jù)采集器實時將數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)送到遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)服務(wù)器ENVIdata，用戶可在網(wǎng)站上查看系統(tǒng)運行狀態(tài)、下載數(shù)據(jù)。無論用戶在哪里，只要能上網(wǎng)，用戶可隨時查看測點的數(shù)據(jù)。同時，數(shù)據(jù)服務(wù)器ENVIdata也可通過郵件，自動將數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶指定的郵箱。

2.4技術(shù)指標(biāo)

通道：5-15個模擬通道，12脈沖輸入通道，12個數(shù)字通道

采樣：**采樣速度：25Hz；有效采樣分辨率：18位，線性：0.01%

U盤存儲：兼容USB1.1或USB2.0驅(qū)動，每兆約90，000采集數(shù)字點

采樣間隔：10ms至多日，可自定義；

輸出值種類：平均值，**值，*小值，取樣值(Sample)，向量值，累計值(Totalize)等。

報警：高、低，范圍內(nèi)和范圍外，可選擇延遲時間。

葉片直徑：1.15米

起動風(fēng)速：3.58米/秒

輸出電壓：12伏、24伏和48伏直流

額定輸出功率：400瓦(在風(fēng)速12.5米/秒)

數(shù)據(jù)輸出：ENVIdata 數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)頁瀏覽。

傳感器：

NH3：測量范圍0~0.4/1/2/5/mg/l，其它范圍可定制；精度小于10%

NO3+NO2：測量范圍0~0.5/1/5/10 mg/l，其它范圍可定制；精度小于10%

NO2：測量范圍0~0.1/0.2/0.5 mg/l，其它范圍可定制；精度小于10%

PO4：測量范圍0~0.3/1/2/5/ mg/l，其它范圍可定制；精度小于10%

TP：測量范圍0~0.2/0.4/1.5/2 mg/l，其它范圍可定制；精度小于10%

TN：測量范圍0~0.5/2/10 mg/l，其它范圍可定制；精度小于10%

水位：測量范圍0-20/40/100m，**200m；精度±0.1%

溫度：測量范圍-5-50℃；精度±0.1℃

電導(dǎo)率：測量范圍0-200ms/cm；精度±0.5%

TDS：測量范圍0-200000ppm

pH值：測量范圍0-14；精度±0.1pH

濁度：測量范圍0-1000NTU；精度±0.3NTU(0-10NTU)或±3%(10-1000NTU)

氯化物：測量范圍1-35000mg/l；精度±2mg/l(<40mg>40mg/l)

鈉離子：測量范圍0.02-20000mg/l；精度±2mg/l(<40mg>40mg/l)

鈣離子：測量范圍0.5-40000mg/l；精度±2mg/l(<40mg>40mg/l)

鉀離子：測量范圍0.4-39000mg/l；精度±2mg/l(<40mg>40mg/l)

氟化物：測量范圍0.2-20000mg/l；精度±2mg/l(<40mg>40mg/l)

葉綠素：測量范圍0.03-500μg/l；精度±0.1μg/l (<3μg/l)或±3%(>3μg/l)

藍(lán)綠藻：150-2000000 cells/ml；精度+/- 500 cells/ml(0-1500 cells/ml)或+/- 3% (>1500 cells/ml)

4 應(yīng)用案例

4.1慕尼黑國際機(jī)場地下水位水質(zhì)監(jiān)測

德國慕尼黑國際機(jī)場，共布設(shè)了超過300個地下水監(jiān)測點監(jiān)測水位，10個地下水質(zhì)監(jiān)測站，監(jiān)測水位、電導(dǎo)率、溫度、氧化還原電位、DO等參數(shù)。所有數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)綑C(jī)場服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，用于對機(jī)場地下水位水質(zhì)情況的實時監(jiān)控和預(yù)測。

4.2歐洲WARMER研究項目應(yīng)用

WARMER是歐盟的一個水質(zhì)實時監(jiān)控和風(fēng)險管理研究項目。目標(biāo)是要建立一個多水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，用于水質(zhì)風(fēng)險管理，并可應(yīng)用于工業(yè)污染的快速評估。

系統(tǒng)安裝地點位于意大利威尼斯地區(qū)，監(jiān)控參數(shù)主要有NH3-N、PO4-P、NO2-N、（NO3+NO2）-N等，數(shù)據(jù)自動發(fā)送到中心服務(wù)器的網(wǎng)站上。該系統(tǒng)被作為決策工具，幫助管理部門監(jiān)控工業(yè)污染對地下水質(zhì)的影響。