农田面源污染监测评估

面源污染的监测我们应该区别不同尺度开展——区域尺度监测、流域尺度面源污染监测和种植小区尺度监测,其中区域尺度需要应用遥感技术,流域尺度面源污染监测可以参考最新发布的《 流域农业面源污染监测技术规范》,种植小区尺度监测方案参考上海环科院和中科院南京土壤研究所的成果。其中流域尺度是重点关注的,数据应该和遥感区域的数据对应起来进行评估,而种植小区尺度是追溯源污染的来源和控制污染源的主要工具。

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图1:淞泽科技在面源污染监测设计上的逻辑框架图

以上内容及以下内容归淞泽®科技版权所有©2022

区域尺度

参见淞泽科技组织的《ArcGIS 常用操作培训3天班》启动会。

流域尺度

流量监测方案:

三角堰/矩形堰 巴歇尔槽 翻斗式 声学多普勒 雷达式
行业应用 水利 环保 农田 广泛 广泛
测量范围 3.6~40000m3/h 30~15000m3/h 0~30 m3/h 20~1600mm/s 0.1~20m/s
不确定度 1~7%FS(计算) 3~5%FS(计算) 2~15%FS(实验) 未知 未知
价格区间 10000RMB 35000RMB 50000RMB
使用状况 会沉淀,需要定时清理 不会沉淀,随水排泄 可能沉淀,需要定时清理 水下,需要定时清理,防止干扰 非接触测表面流速,不会沉淀,随水排泄
参照标准 ISO1438-2017 SL 24-91 Q/SMTCGQ002-2019 T/CHES 31-2019
SL 24-91 HJ/T15 2007

水质监测方案:

多电极一体化传感器 在线分析仪 光谱仪 自动取样器 质控仪
行业应用 环保、水利 环保 水利 环保、水利 环保
测量参数 pH、电导率、浊度、溶解氧、硝酸盐、氨盐等 高锰酸钾指数、氨氮、总氮、总磷、总有机碳、重金属 化学需氧量、SAC254、总有机碳、溶解有机碳、生化需氧量、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮浊度、溶解氧、色度、浊度、透明度、总悬浮物、叶绿素 a、蓝绿藻、臭氧、水中油、苯系物(酚类)等参数
不确定度 <10% <10% 5% ~30%
关键技术 离子选择、电化学法 光学分析、电位分析、色谱分析 光谱测量、光谱大数据 计量取样 远程质控
价格区间 2W ~5W RMB 5W ~20W RMB 10W ~80W RMB 1W R~10W RMB 10~20W RMB
维护期投入 定期换电极(按月) 定期换试剂 (按月) 定期清理 定期取样 随时远程质检
参考标准 HJ/T 96-2003、HJ/T 97-2003、HJ/T 98-2003、HJ/T 99-2003等 HJ/T 101-2003、HJ/T 102-2003、HJ/T 103-2003、HJ 609-2011等 T/CWEC 13—2019 HJ T372-2007 HJ 355-2019
典型产品 AP2000 哈希/德林的产品 S-CAN 哈希 哈希
  • 当前水质参数在线测量方式主要为2大类:
  1. 取样式过程分析——样品从原流体中提取并输送到分析器测量;
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  2. 插入式过程分析——直接在源流体中测量。
    在农田水质监测中插入式的过程分析很难保证数据可靠性,暂时还没有可行被大家共同认可的在线测量方案。
  • 当前淞泽科技推荐的水质参数在线测量方案是怎么样的?

淞泽科技对水质参数在线测量分为3类,分别是:

  1. 水质自动取样模块
  2. 水质自动监测模块
  3. 水质质控模块

我们推荐水质自动取样器和水质自动监测结合的方案,这样在预算不足的情况下,选择标准水质自动取样器结合分析实验室进行按照规定测量,如果在未来预算补充的情况下就可以在标准水质自动取样器的基础上进一步升级为水质自动监测和水质质控仪的观测站,以至于不浪费前期基础设施的投入。在预算充足的情况下,可以直接配置水质自动取样模块+水质自动监测模块,这样重点维护好水质监测的数据质量控制,有些站预算非常充足的情况下完全可以配置高配水质监测站,含水质自动取样模块+水质自动监测模块+水质质控模块。

  • 为什么淞泽科技基础版本是自动取样器/自动取样单元,取样器有那么重要吗?

在线分析仪器能否用好,除了分析仪自身,还取决于样品处理系统的完善程度和可靠性。因为分析仪无论如何先进和精密,分析精度也要受到样品的代表性、实时性和物理状态的限制。事实上,样品处理系统使用中遇到的问题往往比分析仪还要多,样品处理系统的维护量也往往超过分析仪本身。

  • 何时取样或监测?

T3824规定流量监测周期:<6h,我们要求30min,甚至可以在汛期远程控制监测周期调至到最小5min;
T3824规定水质监测周期: 6h 或 1d 或 2 周,这方面我们根据具体面源污染前期调研进行设置周期;

参考附件:

134明渠流量_Parshall水槽_思摩特20200215.pptx

多参数水质传感器.pdf

S-CAN2020 Chinese Flyer V7 final.pdf

种植小区尺度

特点:暂无标准规范
主体多: 比如上海市,家庭农场4500多个,合作社7800多家规模小:基本为50-200亩;
监管困难:肥料来源多样,监管难度大:统一管理的农资渠道和村镇分散农资店并存,肥料来源、销售、使用信息未统一肥料施用和上网登记不完全一致,监管难度大;
入河复杂:农田、水系错综复杂,土地利用高度破碎化,入河方式多样,没有清晰的排污口(退水口),缺乏系统化监测方法,监管缺乏依据。

Metrics Cloud 501在线式水土气原位观测站
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一、需求分析:
针对种植小区尺度的特点,我们建议在待评估区的农田进出口重点获取农田气象数据和地表土壤地下水文水质数据进行监管,其中重点关注的水质氮磷在预算不足的情况下,选择标准水质自动取样器结合分析实验室进行按照规定测量,如果在未来预算补充的情况下就可以在标准水质自动取样器的基础上进一步升级为水质自动监测和水质质控仪的观测站,以至于不浪费前期基础设施的投入。在预算充足的情况下,可以直接配置水质自动取样模块+水质自动监测模块,这样重点维护好水质监测的数据质量控制,有些站预算非常充足的情况下完全可以配置高配水质监测站,含水质自动取样模块+水质自动监测模块+水质质控模块;水文部分标准配置自动监测含地下水位、进出口地表水位、进出口流量;气象部分标准配置自动监测含空气温度、空气湿度、大气压力、风速、风向、降雨和太阳辐射,带地面拍照抓取地表信息功能进行植被参数的RGB测量;土壤部分标准配置自动监测含土壤水分、温度、电导率、pH和氧化还原电位,其他如土壤氮磷应周期性的进行人工取样送至实验室进行化学分析,自动监测方面可以选配测量土壤氧气、土壤容重、土壤热特性等。

何时取样或监测?
所有自动监测的周期:我们要求30min,甚至可以在汛期远程控制监测周期调至到最小5min;

二、参数配置要求:选择SS-ET2专业7参数气象站+SS-EU7专业土壤参数观测站+SS-EV0专业水文参数观测站+水质自动取样模块/ 水质自动监测模块/ 水质质控模块(按需定制)+安装费,一般1天可以安装4~6个站(水质站不计在内)。
为了确保供应产品的测量准确性和可靠性,其生产厂家应具备ISO9001-2015相关传感器或仪器仪表的质量管理体系,所配置的土壤三参数传感器应具备计量CNAS认证检测证书,出厂时附带厂家传感器和电极的测试报告,并保证整机含传感器质保时长不小于3年。

Metrics Cloud 501在线式水土气原位观测站
传感器规格
分辨率
空气温度 0.1℃
空气湿度 0.5%
风速 0.1m/s
风向
降雨量 0.2mm
太阳辐射 1W/m2
大气压 0.1hPa
土壤温度 0.1℃
土壤湿度 0.1%
土壤电导率 0.001mS/cm [0-5dS/m],0.01mS/cm [5-15dS/m]
土壤pH 0.05
土壤氧化还原电位 1mV
测量范围
空气温度 -40 ~ +80℃
空气湿度 0~100%
风速 0.5~89m/s
风向 0~359°
降雨量 0.2mm/h ~ 100 mm/h
太阳辐射 0~1800W/m2
大气压 500~1100hPa
土壤温度 -40~65℃
土壤湿度 0~100%(cm3/cm3)
土壤电导率 0~15dS/m
土壤pH 2 ~ 14
土壤氧化还原电位 -500mV ~ 500mV
精度
空气温度 10℃-50℃范围内:±0.5℃,全量程范围内:±1.5℃
空气湿度 10%-90%范围内±2%, 全量程范围内±4%
风速 1m/s或±5%中较大值
风向 ±3°
降雨量 0.2mm/h~50mm/h范围内±4%,50mm/h~100m/h范围内 ±5%
太阳辐射 ±5%
大气压 ±0.5hPa ( 25℃)
土壤温度 0.5℃
土壤湿度 0~50%范围内为±2%
土壤电导率 5%FS
土壤pH 0.1
土壤氧化还原电位 ±5%FS
记录仪性能
基本功能 支持以上所有传感器接入,主机可自动计算实时值、平均值、最大值(含出现时间)、最小值(含出现时间)、累积值。测量和存储周期可设置,最短间隔1分钟。
▲防盗要求:设备发生位移时,可在PC 云端地图中査看设备位置、移动轨迹等数据,被盗可追踪。
▲网络查看:可通过手机微信端、PC浏览器查看数据和曲线图,曲线和数据都可下载到本地电脑中进行存储和分析,且在服务器中永不丢失。
▲远程控制:可通过云端软件设置采集间隔时间、传感器校准、报警手机卡及流量控制等。
可按指定传感器在某一时间范图内分析其变化趋势,从而得到其走势分析。
▲后台设备管理:支持传感器故障信息、电池电压、太阳能电压、设备信号强度等信息可发送至设备绑定人和管理平台。
▲可查看某个站点指定传感器在指定时间范围内的数据报表信息,支持数据导出。
可查看某个站点在指定时间月份、年份的数据报表信息。
按管理权限分为多个管理级别,上级可浏览到下级所有信息,同级不能浏览他人信息,下级不能浏览上级信息。
▲内置GPS定位,可远程实时查看设备位置信息。
▲异常报警:设备通信异常、传感器数据超出预设的上限或下限、传感器电量过低(平台可设置门限)时,通过微信进行报警,提醒用户处理异常情况。
物联网云监测平台 1.支持PC端、手机微信端;
2.集成地图系统,直观显示监测站位置等信息;
3.支持用户自定义视图;
4.支持列表和图表两种不同的数据查看方式;
5.支持用户权限管理功能;
6.数据可永久存储;
7.支持测量值上下限报警设置功能
通讯 设备内置移动通信功能,可以自动上传测量数据以及远程设置参数。当出现网络故障时,后台将存储数据,网络恢复后,缓存数据将自动补发。具有USB接口,可以通过USB接口进线采集器配置、数据下载。
结构 为保证在恶劣环境中使用,采集器应该全封闭。
记录仪最大变量 32变量
记录仪存储空间 32M,大约3万条;支持不小于8G SD卡。
记录周期 最小1分钟
内部电池容量 20Ah@3.7v,聚合物锂电池,工作温度范围-20℃到70℃
外部太阳能板 255mm345mm17mm,10W
功耗 休眠:每个探头 0.1mA;活动:每个探头 1mA;测量:每个探头 68mA@150ms
故障和过压保护 可承受 16 V,最小电压6V
工作温度 -20~60℃
存储温度 -20~85℃
工作湿度 5~95%,无凝结
标准配置
SS-ET0 空气温度、空气湿度、风速、风向、大气压和太阳辐射
SS-ET1 空气温度、空气湿度、风速、风向、大气压、降雨和太阳辐射
SS-ET2 空气温度、空气湿度、大气压力、风速、风向、降雨和太阳辐射
SS-ET3 空气温度、空气湿度、大气压力、风速、风向、降雨和太阳辐射,带地面拍照抓取地表信息功能
SS-ET4 空气温度、空气湿度、光照强度、降雨、风速、风向
SS-EU0 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层
SS-EU1 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个
SS-EU2 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个、土壤pH1层、土壤氧化还原1层
SS-EU3 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层
SS-EU4 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个
SS-EU5 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个、土壤pH2层、土壤氧化还原2层
SS-EU6 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个、土壤pH1层、土壤氧化还原1层、带地面拍照抓取地表信息功能
SS-EU7 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个、土壤pH2层、土壤氧化还原2层、带地面拍照抓取地表信息功能
SS-EV0 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)
SS-EV1 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元
SS-EV2 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元、水质自动监测单元
SS-EV3 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元、水质自动监测单元、水质质控单元
选购附件
N5401 数字传感器延长线
N5102 430mm*430mm*25mm,20W太阳能板
N5701-001 ST-3-20三脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包
N5701-002 ST-3-20-D三脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包
N5701-003 ST-4-20四脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包
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