一、方案背景

随着工业化和城市化进程的加速，河道水污染问题日益严峻，直接威胁到生态环境安全和居民用水健康。实时、准确地掌握河道水质状况，对于及时采取污染防控措施、保障水环境可持续发展至关重要。五参数（水温、pH 值、溶解氧、电导率、浊度）作为反映河道水质基本状况的关键指标，能够有效监测水体的物理化学性质，为水质评估和污染治理提供重要依据。因此，制定一套科学、高效的河道水质在线监测方案，利用先进的传感器技术对五参数进行实时监测，成为河道水质管理的迫切需求。

二、监测参数与目标

（一）监测参数

本方案重点监测五参数，各参数意义如下：

水温：影响水体中化学反应速率、气体溶解度及水生生物生存环境。水温的异常变化可能反映工业废水排放或热污染情况。pH 值：衡量水体酸碱度的重要指标，直接影响水中生物的生存和代谢，也会改变某些污染物的存在形态和毒性。溶解氧：表征水体自净能力的关键参数，是水生生物生存的必要条件。溶解氧含量过低会导致水体富营养化，引发水生态系统失衡。电导率：反映水体中各种离子的总浓度，可用于判断水体的污染程度和盐度变化，如工业废水、生活污水排放会使电导率升高。浊度：表示水体中悬浮颗粒的含量，与水体的透明度和清洁程度相关，浊度升高可能意味着水土流失、泥沙淤积或污染物排放增加。

（二）监测目标

实现对河道五参数的连续、实时、准确监测，数据采集频率不低于每 15 分钟一次；监测数据传输至数据中心的延迟不超过 5 分钟，确保数据的时效性；数据测量误差控制在国家标准允许范围内，为河道水质管理和污染预警提供可靠的数据支持。

三、监测方式选择

（一）投入式传感器

投入式传感器是将传感器探头直接投入到水体中进行监测的方式。其优点在于结构简单，安装方便，适用于水深较浅、水流相对稳定的河道区域；成本相对较低，维护相对容易；可直接获取水体不同深度的水质数据，有助于分析水质垂向分布特征。缺点是在水流湍急、漂浮物较多的环境下，传感器容易受到碰撞损坏，且清理维护较为频繁；监测范围相对固定，难以实现大范围的水质监测。

（二）浮标法

浮标法是将集成了多种传感器的浮标放置在河道中，通过浮标的漂浮特性，实时监测水体表面及一定深度范围内的水质参数。其优势在于可实现大面积、动态的水质监测，适用于宽阔、水流复杂的河道；浮标配备太阳能供电系统和数据传输模块，能够运行，无需依赖外部电源和通信线路；部分浮标还具备自主移动功能，可根据设定的路线对河道进行巡查监测。然而，浮标法的成本较高，包括浮标设备采购、安装调试以及后期维护费用；受天气和水文条件影响较大，如大风、暴雨等极端天气可能导致浮标移位甚至损坏。

（三）综合选择

综合考虑河道的实际情况（如河道宽度、水深、水流速度、周边环境等）、监测需求（监测范围、数据精度、实时性等）以及成本预算，对于河道狭窄、水流平缓、水深较浅且对监测范围要求不高的区域，优先选择投入式传感器；对于宽阔河道、重点监测区域以及需要实时掌握大范围水质动态变化的场景，采用浮标法更为合适。在实际应用中，也可将两种方式结合使用，以达到更多方面、准确的监测效果。

四、系统组成与功能

（一）数据采集层

传感器设备：选用高精度、稳定性强的五参数传感器。投入式传感器采用防护等级高的不锈钢外壳，具备抗腐蚀、防撞击能力；浮标搭载的传感器采用模块化设计，便于更换和维护。所有传感器均具备自动校准功能，确保测量数据的准确性。数据采集器：负责收集传感器采集到的原始数据，并进行初步处理和存储。数据采集器具备多种通信接口（如 RS485等），可根据实际情况选择合适的通信方式将数据传输至数据传输层。

（二）数据传输层

通信网络：根据监测区域的网络覆盖情况，选择4G等通信技术。在网络信号良好的区域，优先采用 4G网络，实现高速、稳定的数据传输。数据传输协议：采用标准的 Modbus 等协议进行数据传输，确保数据在不同设备和系统之间的兼容性和互操作性。

（三）数据处理与管理层

数据中心：搭建水质监测数据中心，配备高性能服务器和数据库管理系统，用于接收、存储、处理和分析监测数据。数据中心具备数据备份和恢复功能，确保数据安全可靠。数据分析软件：利用专业的数据分析软件，对采集到的五参数数据进行统计分析、趋势预测和异常报警。通过绘制数据曲线、生成报表等方式，直观展示河道水质变化情况；当监测数据超过设定的阈值时，系统自动发出报警信息，并通过手机、电脑等方式通知相关管理人员。

（四）用户展示层

Web 端平台：开发基于 Web 的水质监测管理平台，管理人员可通过浏览器登录平台，实时查看河道水质监测数据、历史数据查询、生成各类统计报表等功能。平台支持多用户权限管理，确保数据的安全性和保密性。移动端应用：开发手机端，比如公众号，方便管理人员随时随地查看河道水质信息，接收预警通知，实现对河道水质的移动化管理。

五、设备安装与调试

（一）投入式传感器安装

根据监测点的选择原则（如污染源下游、饮用水源地、重要断面等），确定传感器的安装位置。在河道底部安装固定支架，将传感器探头通过电缆连接到支架上，并确保探头处于合适的深度（一般距离水面 0.5 - 1 米）。电缆敷设应采用防水、防鼠咬的保护管，沿河道岸边隐蔽铺设，并与数据采集器连接。安装完成后，对传感器进行现场校准和调试，确保其正常工作。

（二）浮标安装

在选定的河道区域，利用船只将浮标运输至安装位置。通过锚链和锚将浮标固定在河道中，确保浮标在水流和风力作用下保持稳定。检查浮标上的太阳能板、传感器、通信模块等设备的连接情况，进行通电测试和功能调试。调整浮标上传感器的安装角度和深度，使其能够准确监测水质参数。

（三）系统联调

完成设备安装后，对整个监测系统进行联调测试。检查数据采集、传输、处理和展示的各个环节是否正常运行，确保监测数据能够准确、及时地传输至数据中心，并在用户展示层正确显示。对系统的各项功能进行多方面测试，如数据查询、报表生成、预警报警等，确保系统满足设计要求。

六、效益分析

（一）环境效益

通过实时监测河道五参数，能够及时发现水质污染问题，为污染治理提供科学依据，有效改善河道水质状况，保护水生态环境，维护生物多样性。

（二）社会效益

提高河道水质管理的科学性和效率，增强公众对水环境的信心，保障居民用水安全；为相关部门制定环境保护政策和规划提供数据支持，促进区域可持续发展。

（三）经济效益

减少因水质污染导致的经济损失，如渔业资源破坏、水处理成本增加等；通过及时发现和处理水质问题，避免污染范围扩大，降低环境治理成本。