淺談河北省農(nóng)村飲水安全智能化系統(tǒng)建設(shè)與管理

李月霞，苗慧英，劉長燕

（河北省水利科學(xué)研究院，河北 石家莊 050051）

1 農(nóng)村飲水供水工程形式特點(diǎn)

根據(jù)水源、地形、區(qū)域位置，供水形式也有著不同，河北省供水形式有城鄉(xiāng)供水一體化、水廠集中供水、分散供水。在南水北調(diào)受水區(qū)，以引江水為主、地表水為補(bǔ)充、地下水應(yīng)急備用的用水結(jié)構(gòu)，實(shí)施“南水北調(diào)受水區(qū)江水置換項(xiàng)目”推行城鄉(xiāng)供水一體化工程建設(shè)，通過修建地表水水廠+加壓泵站+村供水站+村管網(wǎng)+用水戶。其他區(qū)域，平原區(qū)，實(shí)施聯(lián)村供水機(jī)井+集中水廠+村外管網(wǎng)+村內(nèi)管網(wǎng)+用水戶，單村供水，機(jī)井+水塔+村內(nèi)管網(wǎng)+用水戶；山丘區(qū)，地表水/泉水+高位蓄水池+管網(wǎng)+用水戶，機(jī)井/大口井+水泵+管網(wǎng)+用水戶。供水類型繁多，特別是分散供水工程，點(diǎn)多面廣，規(guī)模小，運(yùn)維管理難度大。

引進(jìn)飲水安全智能化系統(tǒng)又稱飲水安全監(jiān)測系統(tǒng)，承擔(dān)著農(nóng)村供水監(jiān)測管理的全過程。水利監(jiān)理部門可以掌握農(nóng)村飲水安全工程的運(yùn)行狀況，通過監(jiān)控中心軟件實(shí)現(xiàn)供水保證率和水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。加強(qiáng)項(xiàng)目的運(yùn)行管理是該系統(tǒng)促進(jìn)高效配置的重要途徑，也對提高農(nóng)村飲用水安全監(jiān)督水平起有效作用。

2 農(nóng)村飲水安全系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

省級農(nóng)村飲水安全智慧化管理平臺通過這套新型的智能化飲水安全化系統(tǒng)，實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，另外下級縣水利局或農(nóng)村供水公司通過互聯(lián)網(wǎng)和光纖等通訊方式，對縣區(qū)內(nèi)所有農(nóng)村供水工程實(shí)行著各環(huán)節(jié)監(jiān)控，其中各環(huán)節(jié)有著不同的監(jiān)控設(shè)備，如水源地智能測控終端、水廠或泵站智能測控終端、高位水池監(jiān)控終端、管網(wǎng)智能監(jiān)測終端。

2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測供水各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)信息化管理

遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集縣區(qū)所有農(nóng)村供水工程中從水源地水廠、泵站、高位水池到管網(wǎng)等各環(huán)節(jié)的設(shè)備數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)，再通過光纖/4G/5G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳至監(jiān)控中心軟件，全面實(shí)現(xiàn)供水信息化管理。

2.2 自動控制泵閥運(yùn)行，提升供水保障

監(jiān)測系統(tǒng)按預(yù)設(shè)邏輯自動控制或者遠(yuǎn)程手動控制水泵啟停和閥門開關(guān)，根據(jù)管網(wǎng)壓力自動調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行頻率，真正實(shí)現(xiàn)水廠和泵站無人值守運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)無人化管理監(jiān)測，從而提高農(nóng)村供水高質(zhì)量保障水平。

2.3 全流程水質(zhì)監(jiān)測，強(qiáng)化水質(zhì)監(jiān)管

從水源水廠、泵站到管網(wǎng)末梢，實(shí)行全流程監(jiān)測水質(zhì)，如對水源的濁度、余氯、PH溫度、電導(dǎo)率等數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，主要是運(yùn)用高級氧化法、電解法、化學(xué)氧化法和超臨界技術(shù)，并且根據(jù)當(dāng)?shù)夭煌奈廴緺顩r和不同的污染物，運(yùn)用不同的處理方法來解決這些問題，能從根源解決水污染問題。

2.4 全方位視頻監(jiān)控，加強(qiáng)安全防護(hù)

對水廠、泵站、水源地、高位蓄水池的重要生產(chǎn)地點(diǎn)和安防點(diǎn)進(jìn)行全方位視頻監(jiān)控，有人非法闖入時(shí)立即報(bào)警并觸發(fā)拍照，現(xiàn)場監(jiān)控終端將報(bào)警信息和抓拍照片遠(yuǎn)傳至監(jiān)控中心軟件。

2.5 異常自動報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理

當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力異常、流量不足、設(shè)備故障、水質(zhì)超標(biāo)、安防異常等問題時(shí)，現(xiàn)場監(jiān)控終端會立即自動報(bào)警至監(jiān)控中心，通知到有關(guān)人員緊急處理危機(jī)事件，減少水資源被破壞的次數(shù)。

3 農(nóng)村飲水智能化安全系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容

水質(zhì)診斷是指在一定范圍內(nèi)對水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合分析評價(jià)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測分析，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測和投影。通過實(shí)時(shí)的監(jiān)測分析來對突然出現(xiàn)或累積的污染物濃度的現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展情況進(jìn)行分析預(yù)測，確定水質(zhì)的變化趨勢及達(dá)到某一限值的預(yù)測時(shí)間等，給出其可能產(chǎn)生的危害，適時(shí)的給出相應(yīng)的綜合對策。

根據(jù)農(nóng)村各水源地的實(shí)際情況，水質(zhì)診斷按照它的響應(yīng)過程，分為以下幾個(gè)部分：水質(zhì)的現(xiàn)狀實(shí)時(shí)監(jiān)測→發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，綜合分析后上報(bào)→現(xiàn)場查看核實(shí)，采集樣品→實(shí)驗(yàn)室分析比對，確定無誤→發(fā)布警報(bào)→應(yīng)急預(yù)案啟動→排除隱患→災(zāi)害評估。

3.1 水質(zhì)自動監(jiān)測站

對應(yīng)上述響應(yīng)流程，整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)需要一個(gè)監(jiān)測水站，能夠?qū)崿F(xiàn)對儀器運(yùn)行、設(shè)備和系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一使用、實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)測中心必須滿足以下要求：

（1）穩(wěn)定高效率的信息技術(shù)的采用使監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)施傳輸更加準(zhǔn)確及時(shí)。在上位端建立相應(yīng)的水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)管理平臺，對所有站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和應(yīng)用。（2）采用標(biāo)準(zhǔn)體系和開放的技術(shù)框架指導(dǎo)項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)、異構(gòu)接口、異構(gòu)數(shù)據(jù)的規(guī)范化集成和管理，并確保數(shù)據(jù)采集完整準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)管理安全高效、數(shù)據(jù)應(yīng)用便捷靈活。（3）平臺需要充分利用已有設(shè)備和已有系統(tǒng)的成果，實(shí)現(xiàn)已有數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的利用和保護(hù)以及現(xiàn)有工作人員知識的利用。（4）具有良好的兼容性，系統(tǒng)必須兼容各自動站儀器設(shè)備資源和各類基礎(chǔ)設(shè)施。（5）具有良好的擴(kuò)展性，滿足今后擴(kuò)展各類自動監(jiān)測系統(tǒng)的要求，如擴(kuò)展集成移動監(jiān)測設(shè)備、便攜式監(jiān)測儀器等。（6）具有較高的安全性，靈活的權(quán)限管理和配置功能，提供統(tǒng)一的用戶管理，系統(tǒng)角色權(quán)限管理，系統(tǒng)配置管理，滿足不同層次，不同部門用戶的授權(quán)訪問，防止過度，非法使用。

水站監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)信息集成和信息應(yīng)用的角度，將整個(gè)系統(tǒng)抽象為3個(gè)層次，即數(shù)據(jù)訪問層，數(shù)據(jù)中心層和應(yīng)用服務(wù)層。因此，縣級創(chuàng)建了一個(gè)具有分層縱向特征和良好水平可擴(kuò)展性的框架結(jié)構(gòu)。水廠處理提供相應(yīng)的預(yù)警，保障水廠出水的安全性和可靠性，從而保障人民群眾的安全用水。

3.2 人工巡視

在線監(jiān)控的同時(shí)通過對主要出入湖河道、飲用水源地、引（排）水通道的人工巡查監(jiān)測，動態(tài)的掌握水質(zhì)情況，為確保飲用水源地水質(zhì)安全提供科學(xué)依據(jù)及技術(shù)支撐。巡視需要交叉進(jìn)行，由監(jiān)測站和周邊街道管理部門同時(shí)進(jìn)行，做好巡視記錄，發(fā)現(xiàn)違法違規(guī)行為及時(shí)制止，防止出現(xiàn)遺漏。

3.3 應(yīng)急預(yù)案

應(yīng)急預(yù)案需要包括污染源的來源確認(rèn)，分析污染物的擴(kuò)散和趨勢，能提出有效的控制措施。構(gòu)建現(xiàn)代應(yīng)急污染事故應(yīng)急響應(yīng)與監(jiān)控系統(tǒng)，需要建立快速反應(yīng)小組并加強(qiáng)演習(xí)，同時(shí)配置快速反應(yīng)監(jiān)測和分析儀器，提高監(jiān)測能力，在污染物類型的緊急水污染事故中盡可能短的時(shí)間，濃度，污染范圍和可能的損害，及時(shí)準(zhǔn)確地提供污染動態(tài)數(shù)據(jù)，為決策和后果提供科學(xué)依據(jù)。二是要建立專業(yè)的應(yīng)急救援隊(duì)，配備完善的防護(hù)和救援隊(duì)，定期組織實(shí)戰(zhàn)演練。水污染事故報(bào)告一經(jīng)收到，即可第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場，并實(shí)施應(yīng)急措施。

4 農(nóng)村飲水智能化安全系統(tǒng)管理

4.1 異常數(shù)據(jù)的判斷

需要確定一個(gè)限值，當(dāng)常規(guī)監(jiān)測參數(shù)瞬時(shí)數(shù)據(jù)超過這一限制時(shí)，判定為異常。這一限值可以是取水口3天內(nèi)該指標(biāo)平均值的0.5倍。毒理學(xué)指標(biāo)相對的發(fā)光率連續(xù)3天以上小于70%，即可判定為異常。在設(shè)定的區(qū)間內(nèi)的值，出現(xiàn)負(fù)值或重復(fù)一定次數(shù)時(shí)發(fā)出報(bào)警，判定為異常。

4.2 異常數(shù)據(jù)確認(rèn)

監(jiān)控人員趕至現(xiàn)場，確認(rèn)現(xiàn)場浮標(biāo)站監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行情況，如確認(rèn)儀器出現(xiàn)故障，進(jìn)行檢查維修。自動監(jiān)控設(shè)施的維修、更換，必須在48h內(nèi)恢復(fù)自動監(jiān)控設(shè)施正常運(yùn)行，設(shè)施不能正常運(yùn)行期間，要采取人工采樣監(jiān)測的方式報(bào)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)報(bào)送每天不少于4次，間隔不得超過6h。

4.3 質(zhì)量控制要求

根據(jù)水站運(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)際監(jiān)測情況，制定相關(guān)的質(zhì)量控制管理方法；把握“儀器運(yùn)行率”兩個(gè)重點(diǎn)和“數(shù)據(jù)效率”，考慮維護(hù)管理和質(zhì)量控制，使用運(yùn)營資金進(jìn)行定量評估和最終評估結(jié)果，在保證預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的前提下，有效提高工作的積極性和主動性。同時(shí)，采用多種質(zhì)量控制手段，包括盲樣評價(jià)，標(biāo)準(zhǔn)溶液驗(yàn)證，水樣實(shí)驗(yàn)室比對，標(biāo)準(zhǔn)回收，試劑驗(yàn)證等，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.4 預(yù)警等級設(shè)定

可以根據(jù)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的數(shù)量和頻次，給異常數(shù)據(jù)的預(yù)警進(jìn)行分級，進(jìn)行區(qū)分重要性，比如可以以不同顏色進(jìn)行區(qū)分3個(gè)級別。

5 結(jié)語

通過建立農(nóng)村智能飲用水系統(tǒng)，促進(jìn)城鄉(xiāng)供水一體化，以縣為單位，統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一監(jiān)督，擴(kuò)大城市供水網(wǎng)絡(luò)和規(guī)模供水。集中供水和分散式供水工程供水系統(tǒng)，進(jìn)一步提高供水保證率，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，建立良性運(yùn)行機(jī)制，提高運(yùn)行管理水平和監(jiān)督能力，實(shí)現(xiàn)全民覆蓋，城鄉(xiāng)共享供水服務(wù)。