楊凌示范區(qū)供水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

劉珍 王黨輝 姚海濤

摘? 要：針對人工巡檢管網(wǎng)供水指標(biāo)存在的數(shù)據(jù)獲取時滯長、測點(diǎn)不全面、數(shù)值不準(zhǔn)確等一系列問題，通過對目前國內(nèi)水質(zhì)檢測現(xiàn)狀的總結(jié)與對楊凌區(qū)供水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)（PNOMS）的應(yīng)用中監(jiān)測點(diǎn)及數(shù)據(jù)的分析，為改善和探索信息化手段下的城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng);信息化;在線監(jiān)測;管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)（PNOMS）

1. 引言

供水管網(wǎng)在使用中難免出現(xiàn)管道及其附屬構(gòu)件、設(shè)施等的老化和損壞。由于管材質(zhì)量、水壓變化及環(huán)境等因素出現(xiàn)漏水等問題，從而不利于水資源的節(jié)約并威脅供水安全，管網(wǎng)的維護(hù)和日常巡檢就顯得尤為重要^[1]。而原始的人工定期定點(diǎn)對供水管網(wǎng)進(jìn)行巡視檢查與記錄的方式在供水需求激增的現(xiàn)代社會不但無法滿足人們的生活用水安全，也無法適應(yīng)飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)模式^[2]。城市供水管網(wǎng)壓力監(jiān)測系統(tǒng)是供水管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的重要基礎(chǔ)，其監(jiān)測點(diǎn)的分布位置都建立在管網(wǎng)信息完全的基礎(chǔ)上^[3]。

為保證城鎮(zhèn)供水安全和對出現(xiàn)的損壞進(jìn)行及時的監(jiān)測和維修，迫切的需要可以適應(yīng)城鎮(zhèn)用水需求、準(zhǔn)確快捷、智能全面的管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)。楊凌區(qū)作為我國唯一的國家級農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，近年經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展^[4]。但原有的管網(wǎng)漏損率平均在14%左右，為滿足供水需求、降低管網(wǎng)漏損率，楊凌新華水務(wù)有限公司開發(fā)了管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)（PNOMS）以進(jìn)行當(dāng)?shù)毓┧芫W(wǎng)的監(jiān)測工作，本文對該監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測運(yùn)行進(jìn)行分析，以期為同類型城市及地區(qū)的供水管網(wǎng)監(jiān)測提供有效的經(jīng)驗(yàn)參考。

2. 國內(nèi)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

目前我國大部分城市對于城市供水管網(wǎng)的水質(zhì)監(jiān)測仍以人工檢測為主，而供水管網(wǎng)檢測系統(tǒng)在一些較發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)開始建設(shè)運(yùn)行。北京市、成都市、杭州市、西安市、上海市等地均已建設(shè)水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)^[5，6]。

在我國江浙一帶的城市中，基于獨(dú)立計量區(qū)域（DMA）的供水管網(wǎng)漏損在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展日趨成熟^[2]，該系統(tǒng)能夠及時掌握水量變化規(guī)律與趨勢并發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行中存在的安全隱患與漏水點(diǎn)，積極主動、有針對性的實(shí)施檢漏的定位和管理，提高管網(wǎng)運(yùn)行安全保障與實(shí)現(xiàn)漏損控制。哈爾濱市應(yīng)用的管網(wǎng)水質(zhì)自動在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由現(xiàn)場檢測設(shè)備、GPRS無線信號傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理軟件管理平臺組成，能夠?qū)芫W(wǎng)水質(zhì)進(jìn)行有效的監(jiān)測，使管網(wǎng)運(yùn)維人員及時高效的掌握水質(zhì)的實(shí)時情況，保證供水安全和質(zhì)量^[7]。重慶市在對管網(wǎng)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測中應(yīng)用SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)平臺在現(xiàn)場設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)以GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至水務(wù)公司服務(wù)器進(jìn)行進(jìn)一步分析。該系統(tǒng)平臺改變了傳統(tǒng)的模糊管理模式，通過在線數(shù)據(jù)信息，及時反映管網(wǎng)運(yùn)行情況，保障供水安全^[8]。

在線監(jiān)測系統(tǒng)在較發(fā)達(dá)城市中的良好應(yīng)用為其向中小城鎮(zhèn)普及提供了良好的借鑒和參考，整體供水系統(tǒng)在線監(jiān)測的發(fā)展完善是時代發(fā)展的迫切需求和必然選擇。

3. 管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)簡介

楊凌新華水務(wù)公司于2019年11月開發(fā)注冊的管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)（PNOMS）已在楊凌區(qū)全面投入使用，其監(jiān)測指標(biāo)包括水質(zhì)、流量、水壓等。系統(tǒng)利用當(dāng)前先進(jìn)的無線傳輸技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)打造供水管網(wǎng)監(jiān)測的智能管理云平臺，利用無線智能數(shù)據(jù)采集終端和移動物聯(lián)卡，將各個監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)上傳至云端，并進(jìn)行儲存、整理和分析。同時由地理信息系統(tǒng)（GIS）的定位功能為管網(wǎng)運(yùn)維人員直觀的呈現(xiàn)出故障點(diǎn)的位置情況。通過互聯(lián)網(wǎng)終端平臺及設(shè)備呈現(xiàn)出實(shí)時數(shù)據(jù)、分析結(jié)果和趨勢預(yù)測，提高對突發(fā)事件的響應(yīng)速度與及時規(guī)避問題發(fā)生的預(yù)警能力。

系統(tǒng)提供了水質(zhì)數(shù)據(jù)情況、流量及壓力數(shù)據(jù)、告警情況及設(shè)備管理情況等項目，對供水管網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)、全面的全方位監(jiān)控與記錄。

3.1 監(jiān)測點(diǎn)布置

楊凌新華水務(wù)公司的管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)（PNOMS）監(jiān)測點(diǎn)分布如圖1。在用水量較集中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)均布置了共計54個監(jiān)測點(diǎn)，分別對應(yīng)監(jiān)測楊凌區(qū)各個街道片區(qū)及用水大戶的供水管道，如城建局水質(zhì)檢測點(diǎn)、楊凌大道城南路交匯處東端、五湖路邰城路交匯處北端、鳳凰路鳳凰小區(qū)、楊職院南校區(qū)南門東側(cè)、高鐵站北側(cè)調(diào)壓閥西、五泉中學(xué)內(nèi)、西北農(nóng)林科技大學(xué)南校區(qū)西門等。由于重要節(jié)點(diǎn)和用水大戶對供水安全性要求更高，能夠承受的斷水沖擊負(fù)荷小，故對這些節(jié)點(diǎn)的實(shí)時監(jiān)測與及時維護(hù)修理尤為重要。

3.2 監(jiān)測內(nèi)容與分析方法

楊凌管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)（PNOMS）不僅對管網(wǎng)各項指標(biāo)的實(shí)時情況進(jìn)行密切觀察監(jiān)測，還能夠?qū)⑺鶛z測到的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，根據(jù)選定的時間范圍自動生成數(shù)據(jù)圖表，以供管網(wǎng)維護(hù)人員對水質(zhì)、流量、水壓情況的歷史追溯、確定出現(xiàn)問題的時間，判斷可能存在的問題類型，做出更加準(zhǔn)確的診斷和應(yīng)對方案。同時，這些歷史數(shù)據(jù)還能形成當(dāng)?shù)氐墓┧芫W(wǎng)工況數(shù)據(jù)庫，而基于大數(shù)據(jù)的分析方法，通過各個監(jiān)測點(diǎn)與歷史運(yùn)行工況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行對照，預(yù)測管網(wǎng)潛在風(fēng)險，可以實(shí)現(xiàn)對管網(wǎng)工況的預(yù)警，從源頭減少甚至避免損失。

以田園山莊監(jiān)測點(diǎn)為例，其水質(zhì)數(shù)據(jù)見圖2，11月8日20點(diǎn)前后的實(shí)時水質(zhì)和歷史數(shù)據(jù)均較穩(wěn)定，pH值、濁度始終分別維持在8.4（弱堿性）、7左右，表明其管網(wǎng)運(yùn)行正常。

（a）田園山莊監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)實(shí)時數(shù)據(jù)

（b）田園山莊監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)歷史數(shù)據(jù)

以鳳凰路鳳凰小區(qū)監(jiān)測點(diǎn)為例，其壓力及流量數(shù)據(jù)見圖3，該監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)均為正常值范圍之內(nèi)，管網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定良好。

（a）鳳凰路鳳凰小區(qū)監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時壓力及流量

（b）鳳凰路鳳凰小區(qū)監(jiān)測點(diǎn)歷史壓力及流量

4. 管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的前景

城市管網(wǎng)系統(tǒng)是城市最基本的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，供水關(guān)系著城市的發(fā)展及千家萬戶的日常生活，供水安全問題不可回避，對供水管網(wǎng)水質(zhì)的監(jiān)測建設(shè)刻不容緩。隨著計算機(jī)、信息科學(xué)和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與日趨成熟，加之地理信息系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)分析技術(shù)的不斷發(fā)展完善，供水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展得到了強(qiáng)有力的科學(xué)支持，逐步建立起管網(wǎng)信息化管理平臺，為供水管網(wǎng)的水質(zhì)管理提供高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。供水管網(wǎng)在線監(jiān)測的信息化、自動化和科學(xué)化，為進(jìn)一步提高供水安全性、可靠性提供了有力的保障，對城市健康可持續(xù)發(fā)展有著積極的意義。

我國較發(fā)達(dá)地區(qū)已基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的供水管網(wǎng)在線監(jiān)測，小城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)仍屬空白，楊凌新華水務(wù)公司開發(fā)的管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)（PNOMS）是楊凌區(qū)供水管網(wǎng)監(jiān)測的首次實(shí)踐應(yīng)用，該系統(tǒng)的良好運(yùn)作和維護(hù)為普及供水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)提供了良好借鑒及經(jīng)驗(yàn)參考，為供水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷縮小地域差距、城鄉(xiāng)差距做出貢獻(xiàn)。更大范圍的供水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方興未艾，擁有龐大的市場和建設(shè)潛力。

參考文獻(xiàn)

[1]? 李冉，畢金強(qiáng)，韓雪. 港區(qū)給水管線實(shí)時監(jiān)測信息技術(shù)研究與應(yīng)用 [J]. 中國水運(yùn)，2019，19（9）：89-90.

[2]? 李紀(jì)波，田秀德，李靜，等. 供水管網(wǎng)DMA在線監(jiān)測系統(tǒng)研究 [J]. 技術(shù)與市場，2017，24（1）：7-10.

[3]? 郭思元，劉遂慶，陳嶸. 給水管網(wǎng)壓力監(jiān)測點(diǎn)的優(yōu)化布置 [J]. 中國給水排水，2004，20（12）：82-84.

[4]? 劉新社. 楊凌區(qū)水資源開發(fā)利用與可持續(xù)發(fā)展 [J]. 水資源與水工程學(xué)報，2012，23（001）：174-176.

[5]? 許陽，祝建平. 杭州管網(wǎng)水質(zhì)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng) [J]. 給水排水，2002，28（002）：91-93.

[6]? 趙洪賓. 給水管網(wǎng)系統(tǒng)理論與分析 [M]. 中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[7]? 舒強(qiáng)，姜旭，紀(jì)峰，等. 管網(wǎng)水質(zhì)自動在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行分析 [J]. 科學(xué)中國人，2015，4）：65.

[8]? 岳敏. 建設(shè)城市供水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng) [J]. 中國科技信息，2016，9）：

作者簡介：劉珍（1980-），女，大專學(xué)歷，研究方向：供水管網(wǎng)監(jiān)測。