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水量水質監(jiān)測系統(tǒng)技術演進:從人工采樣到實時在線監(jiān)測的跨越
水量與水質是衡量水環(huán)境狀況的核心指標,其監(jiān)測技術的發(fā)展始終與社會對水環(huán)境管理的需求緊密相連。從早期依賴人力的人工采樣,到如今依托科技的實時在線監(jiān)測,水量水質監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了質的跨越,不僅大幅提升了監(jiān)測效率與精度,更為水環(huán)境治理與保護提供了強有力的技術支撐。

在工業(yè)革命后至 20 世紀末,人工采樣是水量水質監(jiān)測的主要方式,這一階段的監(jiān)測技術帶有明顯的 “人力依賴" 特征。工作人員需攜帶采樣容器、測量工具前往監(jiān)測點位,定期采集水樣并記錄水量數據,再將水樣帶回實驗室進行分析。例如,監(jiān)測河流斷面水質時,采樣人員需乘船至指定位置,用采樣器采集不同深度的水樣,同時用流速儀測量水流速度以估算水量。這種方式雖能獲取基礎監(jiān)測數據,但存在諸多局限:一是監(jiān)測頻率低,通常為每日一次或每周數次,難以捕捉水質水量的瞬時變化,若突發(fā)污染事件,往往因錯過最佳監(jiān)測時機導致數據滯后;二是誤差較大,人工采樣過程中,采樣操作規(guī)范性、樣品運輸與儲存條件等因素,均可能影響水質分析結果的準確性,而水量估算也會因人工測量流速的隨機性產生偏差;三是覆蓋范圍有限,受人力、時間成本限制,監(jiān)測點位數量較少,無法形成全域性的監(jiān)測網絡,難以全面反映流域或區(qū)域的水環(huán)境整體狀況。
20 世紀末至 21 世紀初,隨著電子技術與通信技術的初步發(fā)展,水量水質監(jiān)測系統(tǒng)進入 “半自動監(jiān)測" 過渡階段,開始逐步擺脫對純人力的依賴。這一時期,部分監(jiān)測點位開始部署簡易的自動監(jiān)測設備,如自動水位計、雨量計等,可實現(xiàn)水量相關數據的自動采集與記錄;水質監(jiān)測方面,便攜式水質分析儀逐漸普及,工作人員可在現(xiàn)場快速檢測 pH 值、溶解氧等常規(guī)指標,無需再將所有樣品帶回實驗室。同時,數據傳輸也開始采用有線網絡或短信模塊,實現(xiàn)監(jiān)測數據的半自動上報。但過渡階段的技術仍存在明顯短板:水質監(jiān)測仍以現(xiàn)場快速檢測或實驗室分析為主,未實現(xiàn)真正的實時監(jiān)測;自動監(jiān)測設備功能單一,多針對單一指標,且穩(wěn)定性較差,易受惡劣環(huán)境影響;數據處理仍需人工干預,難以形成完整的自動化監(jiān)測閉環(huán)。
進入 21 世紀 10 年代后,物聯(lián)網、大數據、傳感器等技術的飛速發(fā)展,推動水量水質監(jiān)測系統(tǒng)邁入 “實時在線監(jiān)測" 新階段,實現(xiàn)了從 “點式間斷監(jiān)測" 到 “全域連續(xù)監(jiān)測" 的跨越。如今的實時在線監(jiān)測系統(tǒng),通過在水源地、管網、河流、湖泊等關鍵節(jié)點部署一體化監(jiān)測設備,可同時實現(xiàn)水量與水質多參數的實時采集 —— 水量監(jiān)測方面,超聲波流量計、電磁流量計等設備能精準測量瞬時流量與累計水量,并自動上傳數據;水質監(jiān)測方面,集成式智能傳感器可實時監(jiān)測濁度、COD、氨氮、重金屬等多項指標,測量精度達微克級。在數據傳輸與處理環(huán)節(jié),系統(tǒng)依托 5G、LoRa 等無線通信技術,實現(xiàn)監(jiān)測數據的實時上傳;后臺管理平臺借助大數據分析與 AI 算法,能對海量數據進行實時處理、分析與可視化展示,不僅可自動生成水質水量變化曲線,還能對異常數據進行智能預警,并快速定位污染源頭或水量異常原因。
從人工采樣到實時在線監(jiān)測的技術跨越,不僅是監(jiān)測手段的革新,更推動水環(huán)境管理從 “被動應對" 向 “主動預防" 轉變。未來,隨著技術的持續(xù)迭代,水量水質監(jiān)測系統(tǒng)將朝著更智能、更精準、更高效的方向發(fā)展,為守護水環(huán)境安全提供更堅實的技術保障。
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