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、1 引言

地下水環境監測信息是地下水合理開發、水資源管理和生態環境保護的重要基礎。總氮、總磷是衡量水質的重要指標之一，但傳統的采樣、實驗室消解法不僅耗時，且操作過程繁瑣， 無法及時得到現場數據 。

其次，大多數監測設備還不具備無線數據傳輸功能，需要定期下載數據，不僅費工費力，特別是對于突發性的污染事件等，不能在**時間掌握現場污染發展動態。

此外，很多監測設備需要頻繁維護，如電池的更換等。有些監測設備雖然配備了太陽能供電系統，但是在南方連續陰雨天氣下，也會出現系統斷電而導致數據丟失的情況。

因此，迫切需要一套能實現原位測量多種營養鹽及水質參數；測量數據可無線傳輸；供電、維護簡單的地下水環境監測系統，為地下水污染調查和防治提供基礎數據。

2 觀測系統的設計

2.1目的

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

監測數據可應用于地下水污染調查、農田排放及工業廢水排放監控、地下水修復、地下水資源管理、濕地養分監測等，為相關決策提供科學依據。

2.2觀測內容

風光互補地下水污染原位在線觀測系統的觀測參數，包含：

營養鹽：總磷 TP、總氮 TN、NH3、NO2+NO3，、NO2、PO4、葉綠素、藍綠藻

物理參數：水位、溫度、電導率、pH值、濁度（TSS）、氧化還原電位

無機離子：鉀離子、鈉離子、鈣離子、 氟化物、氯化物等

2.3系統組成

風光互補地下水污染原位在線觀測系統由數據采集器、總磷 TP/總氮/營養鹽探頭、水質探頭、風光互補供電系統、ENVIdata數據服務器及數據傳輸平臺等組成。濕化學法測量總磷、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。

數據采集器實時將數據通過GPRS發送到遠程的數據服務器ENVIdata，用戶可在網站上查看系統運行狀態、下載數據。無論用戶在哪里，只要能上網，用戶可隨時查看測點的數據。同時，數據服務器ENVIdata也可通過郵件，自動將數據發送到用戶指定的郵箱。

2.4技術指標

通道：5-15個模擬通道，12脈沖輸入通道，12個數字通道

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驅動，每兆約90，000采集數字點

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，范圍內和范圍外，可選擇延遲時間。

葉片直徑：1.15米

起動風速：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(在風速12.5米/秒)

數據輸出：ENVIdata 數據傳輸，網頁瀏覽。

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)

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

4 應用案例

4.1慕尼黑國際機場地下水位水質監測

德國慕尼黑國際機場，共布設了超過300個地下水監測點監測水位，10個地下水質監測站，監測水位、電導率、溫度、氧化還原電位、DO等參數。所有數據自動傳輸到機場服務器的數據庫中，用于對機場地下水位水質情況的實時監控和預測。

4.2歐洲WARMER研究項目應用

WARMER是歐盟的一個水質實時監控和風險管理研究項目。目標是要建立一個多水質參數的監控系統，用于水質風險管理，并可應用于工業污染的快速評估。

系統安裝地點位于意大利威尼斯地區，監控參數主要有NH3-N、PO4-P、NO2-N、（NO3+NO2）-N等，數據自動發送到中心服務器的網站上。該系統被作為決策工具，幫助管理部門監控工業污染對地下水質的影響。