Online-Überwachungslösung für die Sicherheit der Wasserqualität von Stauseen und Wasserquellen: Aufbau einer intelligenten Barriere für die Sicherheit der städtischen Wasserversorgung

Schwachstellen der Branche und die Notwendigkeit der Online-Überwachung

Da Stauseen und Wasserquellen die Lebensader des städtischen Trinkwassers sind, steht die Sicherheit ihrer Wasserqualität in direktem Zusammenhang mit der Gesundheit Tausender Haushalte und der sozialen Stabilität. Allerdings stehen traditionelle Managementmodelle vor beispiellosen Herausforderungen.

Branchenprobleme

• Großer Raum, geringe Effizienz der manuellen Inspektion: Wasserquellen sind normalerweise riesig und haben ein komplexes Gelände. Sich auf die manuelle Probenahme zu verlassen, ist zeit- und arbeitsintensiv, da die Probenahmehäufigkeit gering ist, wodurch plötzliche Verschmutzungen leicht übersehen werden.

• Schlechte Pünktlichkeit, keine Frühwarnung möglich: Laboranalysen dauern oft Stunden oder sogar Tage. Wenn Anomalien in der Wasserqualität festgestellt werden, kann es sein, dass sich die Verschmutzung bereits ausgebreitet hat und der beste Zeitpunkt für eine Behandlung verpasst wurde.

• Erhöhtes Risiko einer neuen Verschmutzung: Landwirtschaftliche Verschmutzung aus nicht punktuellen Quellen, plötzliche chemische Lecks und Algenblüten (Cyanobakterien-Ausbrüche) aufgrund der Klimaerwärmung treten häufig auf und stellen höhere Anforderungen an herkömmliche Überwachungsmethoden.

Warum ist eine Online-Überwachung erforderlich?

Das moderne Wasserressourcenmanagement muss dringend von der „passiven Reaktion nach dem Ereignis“ zur „aktiven Frühwarnung im Voraus“ übergehen. Durch die Online-Überwachung können kontinuierlich dynamische Daten zur Wasserqualität in Echtzeit bereitgestellt werden. So können Verwaltungsabteilungen reagieren, wenn erstmals eine Verschmutzung auftritt, und mithilfe der Daten wertvolle Pufferzeit für die Sicherheit der Wasserversorgung gewinnen.

Was kann das Online-Überwachungssystem für die Wasserqualitätssicherheit von Stauseen und Wasserquellen lösen?

Das von YEXsensor entwickelte System zur Überwachung der Sicherheit von Stauseen und Wasserquellen setzt hochpräzise Multiparameter-Wasserqualitätssonden und drahtlose intelligente Bojen ein, um ein digitales Schutznetzwerk bei jedem Wetter aufzubauen. Das System kann automatisch subtile Veränderungen in der Wasserqualität erfassen, das Risiko einer Algenblüte genau vorhersagen und im Falle einer böswilligen Verschmutzung Alarme der zweiten Ebene auslösen, wodurch die Schwachstellen vieler toter Winkel und langsamer Reaktionen vollständig behoben werden und Technologie zum Schutz der Quelle lebendigen Wassers eingesetzt wird.

Anwendungsszenarien für Reservoir- und Wasserquellen-Wasserqualitätssicherheit, Online-Überwachungslösung

Diese Lösung ist für komplexe Feld- und Wasserumgebungen konzipiert und lässt sich umfassend auf die folgenden Kernszenarien anwenden:

• Städtische zentrale Schutzgebiete für Trinkwasserquellen: Kontinuierliche Überwachung der Wasserqualität, die in den Wassereinlass gelangt, um die Rohwassersicherheit zu gewährleisten.

• Große Stauseen und Seen: Dynamische Verfolgung der Wasserqualität im gesamten Becken auf mehreren Ebenen für Tiefwassergebiete und Bereiche in der Mitte von Seen.

• Zuflussflüsse und Wasserübertragungskanäle: Richten Sie Schutzmaßnahmen an wichtigen Kontrollabschnitten ein, um Verschmutzungen aus nicht punktuellen Quellen durch flussaufwärts einströmendes Wasser abzufangen und zu überwachen.

• Ökologische Feuchtgebiete und Landschaftsgewässer: Bewerten Sie die Auswirkungen der wasserökologischen Wiederherstellung und überwachen Sie Eutrophierungstrends.

Komponenten des Online-Überwachungslösungssystems für Reservoir und Wasserquelle, Sicherheit der Wasserqualität

Das System verfügt über ein modulares, stromsparendes Design, das perfekt an raue Umgebungen ohne Strom oder Netzwerkkabel im Feld angepasst ist. Es besteht im Wesentlichen aus den folgenden fünf Kernteilen:

1. Erfassungsterminal (intelligente Boje/Überwachungsstation)
Als schwimmende Basis auf dem Wasser verwendet es UV-beständige und korrosionsbeständige Polyethylenmaterialien, integriert mit einem Solarstromversorgungssystem und einer wartungsfreien Batterie, was einen stabilen Betrieb auch bei anhaltendem Regenwetter gewährleistet.

2. Wasserqualitätssensoren (Datenquelle)
Tauchfähige Online-Sensoren werden direkt in den Wasserkörper eingetaucht und sind mit automatischen Reinigungsbürsten ausgestattet, um Biofouling und Sedimentverschmutzung zu verhindern und so eine langfristige Online-Messgenauigkeit zu gewährleisten.

3. Datensammler (Edge Computing)
Eingebauter Hochleistungs-Mikroprozessor mit geringem Stromverbrauch, verantwortlich für die Hochgeschwindigkeitsdatenerfassung von verschiedenen Sensoren, die Verarbeitung von Filteralgorithmen, die lokale Datenzwischenspeicherung und die Steuerung der Betriebszyklen der Sensorreinigungsbürste.

4. Drahtloses Übertragungsnetzwerk
Unterstützt 4G-Vollnetzwerk oder lokale drahtlose LoRa-Übertragung. In Gebieten mit Basisstationsabdeckung werden die Daten über 4G direkt in die Cloud hochgeladen; In abgelegenen Stauseegebieten mit schwachen Signalen können Daten über LoRa-Netzwerke an landbasierten Gateways aggregiert und dann einheitlich übertragen werden.

5. Cloud-Frühwarnplattform
Daten werden letztendlich auf der YEXsensor-Cloud-Plattform aggregiert und bieten Visualisierungs-Dashboards, historische Trendanalysen, Algenblütenrisikomodellierung, WeChat/SMS-Alarme und andere Funktionen, um einen geschlossenen Geschäftskreislauf zu erreichen.

Überwachungsparameter und Funktionsprinzip

Funktionsprinzip des Systems

Das System basiert auf einem geschlossenen Prozess „Wahrnehmung-Übertragung-Analyse-Alarm“:

Sensoren erhalten regelmäßig Weckanweisungen vom Datensammler. Die eingebaute automatische Reinigungsbürste läuft zunächst tangential, um Anhaftungen vom optischen Fenster des Sensors oder der Elektrodenoberfläche zu entfernen. Anschließend führt der Sensor eine physikalische Messung durch und wandelt analoge Signale in digitale Signale um (Protokoll RS485/Modbus-RTU). Nach dem Auslesen der Daten sendet der Collector verschlüsselte Datenpakete über das 4G/LoRa-Netzwerk an den Cloud-Server. Die Cloud-Plattform nutzt voreingestellte Schwellenwertalgorithmen und Trendmodelle, um die Daten in Echtzeit zu analysieren.

Funktionsmerkmale des Systems

• Keine Sekundärverschmutzung durch Reagenzien: Alle Leitungen nutzen physikalische und elektrochemische Sensoren, ohne chemische Reagenzien zu verbrauchen oder Abfallflüssigkeit zu produzieren, wodurch die Ökologie der Wasserquelle absolut geschützt wird.

• Selbstreinigend mit hoher Anpassungsfähigkeit: Um die Eigenschaften des leichten Wachstums von Moos und Algen in Wasserquellen zu erreichen, sind die Sensoren mit intelligenten selbstreinigenden Bürsten ausgestattet, wodurch sich die Wartungszyklen auf mehrere Monate verlängern.

• Stereoskopische mehrdimensionale Frühwarnung: Durch die Kombination eines abnormalen pH-Anstiegs, einer übermäßigen Sättigung mit gelöstem Sauerstoff und einem starken Anstieg von Chlorophyll a kann das System 3–5 Tage im Voraus Algenblütenwarnungen mit mittlerem Risiko ausgeben.

• Energiesparender, umweltfreundlicher Betrieb: Dank der innovativen Energieverwaltungsstrategie können Sensoren automatisch in den Tiefschlaf wechseln, wenn sie nicht messen. Der Gesamtstromverbrauch ist äußerst gering und allein mit Solarenergie kann ein perfekter geschlossener Kreislauf erreicht werden.

Systemarchitektur

Die Topologie des Systems zeigt die vollständige Kette von der physikalischen Unterwasserwahrnehmung bis zur wolkenintelligenten Entscheidungsfindung:

[Unterwasserwahrnehmungsschicht] → [Netzwerkübertragungsschicht] → [Anwendungsverwaltungsschicht]

YEX-S1-RDO Fluoreszenz DO Sensor, YEX-S1-PH Industrial Online pH Sensor, YEX-S1-ZS Infrarot-Trübungssensor, YEX-S1-NHN Ammoniak-Stickstoff-Sensor, YEX-S1-CHL Chlorophyll/COD Sensor (optional) → Intelligenter Datensammler (mit Solarmanagement) → YEXsensor Cloud Computing-Plattform (4G/LoRa) → Dashboard, APP, SMS Alarm

Kundennutzen und -nutzen

• Politische und soziale Vorteile: Wechsel von „passiver Rettung“ zu „aktiver Prävention“, wodurch die Möglichkeit ausgeschlossen wird, dass sich Trinkwasserverschmutzungsereignisse zu Vorfällen im Bereich der öffentlichen Sicherheit entwickeln.

• Kostenreduzierung und Effizienzsteigerung: Im Vergleich zu herkömmlichen festen Küstenstationen, die Hunderttausende kosten, entfällt durch das Bojensystem die Landgenehmigung, der Bau von Bauarbeiten und die Verlegung von Pipelines, wodurch die Einsatzkosten um mehr als 60 % gesenkt werden.

• Wissenschaftliche Forschung und Datenbestände: Langfristig gesammelte kontinuierliche Wasserqualitätsdaten können eine wissenschaftliche Entscheidungsgrundlage für die ökologische Wiederherstellung von Wasserquellen und die vollständige Kontrolle der Wassereinzugsgebietsverschmutzung liefern.

Empfohlene Produktkombinationen

1. Kernüberwachungskit: Enthält eine Vier-in-Eins-Sensorgruppe aus YEX-S1-RDO (DO), YEX-S1-PH (pH), YEX-S1-ZS (Trübung), YEX-S1-NHN (Ammoniakstickstoff).

2. Multifunktions-Datenerfassungsterminal: RS485-Kollektor in Industriequalität, unterstützt das Modbus-Protokoll, Schutzart IP67.

3. Hochfeste kleine Boje für Wasserqualität: PE-Bojenkörper mit 0,8 m oder 1,2 m Durchmesser, einschließlich 60-W-100-W-Solarpanel und hochzuverlässigen Festmacherkomponenten.

Projektfälle

Fall 1: Frühwarnprojekt für Algenblüte in einem großen städtischen Trinkwasserreservoir in Südchina

Projekthintergrund: Der Stausee ist bei hohen Sommertemperaturen anfällig für saisonale Ausbrüche von Cyanobakterien, was den Geschmack und die Sicherheit der Wasserversorgung beeinträchtigt.

Einsatzlösung: Einsatz von 5 Sätzen intelligenter YEXsensor-Bojensysteme mit integrierten YEX-S1-RDO-, YEX-S1-PH- und Chlorophyll-a-Sensoren unter Verwendung von 4G-Übertragung.

Betriebseffekt: Im Laufe von zwei Jahren Dauerbetrieb gab das System durch kombinierte abnormale Anstiege der pH- und Chlorophyll-Indikatoren unter mehreren Bedingungen mit hohen Temperaturen und schwachem Wind vier Tage im Voraus erfolgreich Warnungen vor Algenblüten mit mittlerem Risiko aus und unterstützte die Managementabteilungen dabei, rechtzeitig Maßnahmen zu ergreifen, wie z.

Fall 2: Überwachung des Kontrollabschnitts eines Wasserumleitungsprojekts im nördlichen Einzugsgebiet

Projekthintergrund: Lange Wassertransportkanäle mit dem Risiko, dass entlang der Trasse landwirtschaftliche Verschmutzungen aus nichtpunktuellen Quellen einströmen.

Bereitstellungslösung: Bereitstellung von 5 Gruppen von LoRa-vernetzten Wasserqualitätsüberwachungspunkten an wichtigen Zuflussabschnitten mit Schwerpunkt auf der Überwachung von YEX-S1-NHN (Ammoniakstickstoff) und Trübung.

Betriebseffekt: Das Problem, dass in einigen Canyon-Gebieten entlang der Route kein Mobilfunknetzsignal vorhanden ist, konnte mithilfe der Rückführung der LoRa-Serie effektiv überwunden werden, um die Qualität des Zuflusswassers in Echtzeit zu steuern.

FAQ

Q1: Wie oft müssen Sensoren in Außenbecken manuell gereinigt werden?
Antwort: Unsere Sensoren der YEX-S1-Serie (z. B. Trübung, gelöster Sauerstoff usw.) können mit automatischen mechanischen Reinigungsbürsten ausgestattet oder ausgestattet sein. Bei herkömmlichen Staugewässern reinigen die Bürsten vor jeder Messung automatisch das Fenster. Normalerweise kann der Zyklus für manuelle Inspektion und gründliche Wartung bis zu 3 bis 6 Monate dauern.

Q2: Leidet der Ammoniak-Stickstoff-Sensor (YEX-S1-NHN), der die ionenselektive Elektrodenmethode verwendet, unter starken Störungen durch andere Ionen im Wasser?
Antwort:Die ionenselektive Elektrodenmethode ist in der Tat anfällig für Störungen durch Ionen gleicher Ladung, wie z. B. Kaliumionen (K⁺). Aus diesem Grund integriert unser Sensor intern Interferenzkompensationsalgorithmen und sorgt so für eine extrem hohe Messgenauigkeit unter Standardbedingungen für die Wasserqualität von Trinkwasserquellen. In Bereichen mit hohem Salzgehalt oder komplexen industriellen Abwasserzuflüssen wird empfohlen, sich für eine individuelle Kalibrierung an unsere Ingenieure zu wenden.

Q3: Warum wird die Temperatur in dieser Lösung nicht als separates Sensormodell aufgeführt?
Antwort: Weil Wasserqualitätsparameter (insbesondere pH und gelöster Sauerstoff) äußerst stark von Temperaturänderungen beeinflusst werden. Um absolute Messgenauigkeit zu gewährleisten, verfügen unsere Sensoren YEX-S1-PH und YEX-S1-RDO über intern integrierte hochpräzise Temperatursensoren zur Echtzeit-Temperaturkompensation. Daher muss das System keine zusätzlichen separaten Temperatursonden kaufen und kann genaue Temperaturdaten direkt ausgeben.

Q4: Wie lange kann das Solarstromversorgungssystem an anhaltenden Regentagen den Bojenbetrieb unterstützen?
Antwort: Bei der Systemkonstruktion haben wir eine strikte Budgetierung für einen niedrigen Stromverbrauch eingeführt. Im vollen Batteriezustand kann das System dank der eingebauten wartungsfreien Hochleistungsbatterie auch ohne direkte Sonneneinstrahlung einen kontinuierlichen, stabilen Betrieb von mehr als 15 Tagen bei einer Erfassungsfrequenz von einmal alle 15 Minuten unterstützen.

Q5: Was tun, wenn die Oberfläche des Stausees im Winter gefriert?
Antwort: Wenn der Stausee in nördlichen Kälteregionen im Winter großflächig tiefgefroren ist, empfehlen wir dringend, die Bojen und Sensoren vor dem Einfrieren zur vorübergehenden Lagerung an Land zu holen. Denn die Extrusions- und Frostkräfte der Eisschicht können das Sensorgehäuse beschädigen oder das Verankerungssystem der Boje zerstören. Nach der Eis- und Schneeschmelze im Frühjahr erneut einsetzen.

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