關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)助力多水源格局下的從源頭到龍頭的供水安全

2014年12月南水北調(diào)中線工程通水后，京津冀區(qū)域，特別是京津特大城市群，形成了“南水北調(diào)來水和本地水資源互聯(lián)互調(diào)”的多水源供水新格局。南水北調(diào)中線工程在一定程度上緩解了京津冀區(qū)域嚴(yán)重缺水的局面。與此同時(shí)，其供水安全保障也面臨了巨大挑戰(zhàn)。2017年國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(簡(jiǎn)稱“水專項(xiàng)”)設(shè)置了“多水源格局下城市供水安全保障技術(shù)體系構(gòu)建”科研項(xiàng)目，以保障北京市多水源格局下的安全供水為核心，優(yōu)化、集成既有水專項(xiàng)相關(guān)研究成果。探明丹江口水源超長(zhǎng)距離輸送過程中水質(zhì)變化規(guī)律，突破南水北調(diào)中線原水水質(zhì)預(yù)警技術(shù)、生態(tài)型水源地保護(hù)管理技術(shù)。以多水源水質(zhì)水量變化和水廠工藝適應(yīng)性為約束條件，形成基于水源-水廠-管網(wǎng)聯(lián)動(dòng)的水質(zhì)安全保障集成技術(shù)；以智慧供水建設(shè)為切入點(diǎn)，建設(shè)多層次、全方位預(yù)警決策和風(fēng)險(xiǎn)管控平臺(tái)，構(gòu)建基于在線監(jiān)測(cè)和智能決策的大型管網(wǎng)節(jié)水節(jié)能、水質(zhì)提升的優(yōu)化調(diào)度技術(shù)，進(jìn)而全面提升北京市供水安全保障。

“多水源格局下城市供水安全保障技術(shù)體系構(gòu)建”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由北京市自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司、南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局等16家單位近350名科研人員組成，北京市自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司董事長(zhǎng)、教授級(jí)高級(jí)工程師劉鎖祥為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

1 背景

自2014年12月“南水北調(diào)”中線工程通水以來，“南水”的取用量從初期每日70萬(wàn)m3增加到后期每日近250萬(wàn)m3(2019年夏季供水高峰期)，日供水量占北京城區(qū)近70%。北京市已形成以外調(diào)水源和本地水源結(jié)合的互聯(lián)互調(diào)的多水源供水系統(tǒng)，這為北京市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的協(xié)調(diào)快速發(fā)展提供了重要的水資源支撐。與此同時(shí)，多水源供水格局以及由此帶來的水源水質(zhì)復(fù)雜多樣化和水源切換新常態(tài)化對(duì)水處理工藝、供水管網(wǎng)運(yùn)行和龍頭水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)提出了更高的要求。因此，在飲用水源趨向多樣化和復(fù)雜化的條件下，以保障北京市多水源格局下的安全供水為核心，需完善集水源水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警、水廠工藝運(yùn)行優(yōu)化、安全輸配與智能化調(diào)控于一體的供水安全保障技術(shù)體系，解決從源頭到龍頭全過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題和管理問題，提高用戶終端供水安全保障度。

2 加強(qiáng)原水水質(zhì)監(jiān)測(cè)和預(yù)警

2014年12月南水北調(diào)中線工程全線通水，中線干線總長(zhǎng)1 432 km(含天津干線)，涉及京、津、冀、豫4個(gè)省、直轄市，北京、天津、石家莊、鄭州等130余座大小城市。根據(jù)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《南水北調(diào)工程總體規(guī)劃》，要求中線工程全線輸水水質(zhì)不低于國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。為了加強(qiáng)對(duì)中線總干渠全線水質(zhì)監(jiān)測(cè)，工程設(shè)計(jì)之初就規(guī)劃建設(shè)13座水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站、30個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面、4座水質(zhì)化驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室。能全程監(jiān)測(cè)中線總干渠水溫、pH、電導(dǎo)率、渾濁度、溶解氧、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、溶解性有機(jī)物、綜合生物毒性、總磷、總氮、葉綠素等關(guān)鍵指標(biāo)。通水以來，水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，中線輸水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到或優(yōu)于地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 探明南水北調(diào)中線工程運(yùn)行過程中藻類增殖規(guī)律

依托水專項(xiàng)課題，項(xiàng)目組在中線干渠全線常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)南水北調(diào)中線運(yùn)行過程中的藻類增殖問題進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)，南水北調(diào)中線總干渠共鑒定出浮游植物7門140種，其中，硅藻(45.71%)>綠藻(35.00%)>藍(lán)藻(10.71%)>隱藻(3.57%)，裸藻、甲藻、金藻種類較少，所占比例較小。藻類種類從春季到秋季逐漸增加，自秋季到冬季，種類數(shù)開始下降。空間分布上，陶岔渠首處的物種數(shù)目最低，團(tuán)城湖處最高，從南到北呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)。中線總干渠浮游植物細(xì)胞密度的年平均值為6.96×106cell/L，按大小的季節(jié)排序?yàn)橄募?春季>秋季>冬季。葉綠素a濃度為0.260～27.681 μg/L，分布存在明顯的時(shí)空異質(zhì)性。季節(jié)上，春夏季是生物量偏高的季節(jié)，藻類異常增殖現(xiàn)象明顯；空間上，從陶岔到穿黃工程呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，隨后沿程到團(tuán)城湖呈現(xiàn)波動(dòng)性遞減的趨勢(shì)。通過對(duì)中線總干渠浮游植物、著生藻類以及生態(tài)環(huán)境因子的周年同步調(diào)查，結(jié)合水文因子的分析：確認(rèn)春夏季是藻類異常增殖的敏感季節(jié)，硅藻和綠藻是異常增殖的主要藻類；溫度、硝態(tài)氮是影響中線總干渠以硅藻為優(yōu)勢(shì)種的浮游植物群落時(shí)空分布的關(guān)鍵因子；總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、流速也對(duì)群落結(jié)構(gòu)分布產(chǎn)生一定的影響。

2.2 實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)中線總干渠著生藻類和浮游藻類在線監(jiān)測(cè)

基于南水北調(diào)中線總干渠著生藻類監(jiān)測(cè)需求，項(xiàng)目組開展了著生藻在線監(jiān)測(cè)設(shè)備原創(chuàng)性研發(fā)。采用計(jì)算機(jī)視覺的方法，將拍攝并回傳的著生藻生長(zhǎng)情況實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行計(jì)算，獲取藻類的生長(zhǎng)信息，并在中線沙河渡槽附近實(shí)施在線監(jiān)測(cè)設(shè)備示范，構(gòu)建著生藻類在線監(jiān)測(cè)模型(圖1～圖3)。實(shí)現(xiàn)了中線著生藻類在線監(jiān)測(cè)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外無著生藻類在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的空白，具有理論及技術(shù)的原始創(chuàng)新性。針對(duì)中線浮游藻類的監(jiān)測(cè)需求，項(xiàng)目組開展了中線浮游藻類AI識(shí)別設(shè)備研發(fā)。采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與專家知識(shí)融合的全新算法，在多通路藻類樣本進(jìn)樣、聚焦、拍攝、識(shí)別及計(jì)數(shù)等方面突破性實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，能在無人值守條件下實(shí)現(xiàn)藻類的種類、比例、藻密度等多指標(biāo)自動(dòng)分析輸出，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，近年來藻類增殖得到一定的控制。

圖1 著生藻類在線監(jiān)測(cè)設(shè)備

圖2 水上攝像頭監(jiān)測(cè)畫面

圖3 水下攝像頭監(jiān)測(cè)畫面

2.3 實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)中線工程沿線水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與預(yù)警

通過建立基于機(jī)器視覺的?；奋囕v流量、類別監(jiān)控識(shí)別與統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，辨識(shí)?；愤\(yùn)輸車輛，實(shí)現(xiàn)?；奋囕v出入橋梁的信息登記和流量統(tǒng)計(jì)。對(duì)危化品車輛偏離車道、停車、翻車、沖入渠道等異常事件能第一時(shí)間進(jìn)行信息報(bào)告與自動(dòng)預(yù)警；對(duì)橋上人員往干渠道內(nèi)拋物等動(dòng)作進(jìn)行跟蹤識(shí)別并記錄和預(yù)警，完成中線風(fēng)險(xiǎn)源自動(dòng)識(shí)別與智能監(jiān)控技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)中線水質(zhì)預(yù)報(bào)與預(yù)警，項(xiàng)目組建立了總體一維-局部三維的水動(dòng)力水質(zhì)模擬模型，實(shí)現(xiàn)干渠總體水質(zhì)模擬的基礎(chǔ)上，以三維模擬深入挖掘沿線重點(diǎn)構(gòu)筑物對(duì)水質(zhì)和藻類增殖的影響(圖4～圖5)?？偢汕|(zhì)變化成因涉及多種因素，在機(jī)理模型之外，還采用了先進(jìn)的小波分析算法耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)總干渠水質(zhì)變化進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，通過深度學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)算法實(shí)現(xiàn)水質(zhì)及藻類的預(yù)測(cè)，對(duì)于大數(shù)據(jù)技術(shù)在水質(zhì)預(yù)測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用具有引領(lǐng)性。在實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的預(yù)測(cè)后，通過主成分分析對(duì)預(yù)警指標(biāo)及其等級(jí)進(jìn)行了設(shè)定，并利用布谷鳥算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)快速、精準(zhǔn)的評(píng)估。依托武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)預(yù)警模型的研發(fā)，將機(jī)理模型和大數(shù)據(jù)算法同時(shí)嵌入南水北調(diào)中線輸水水質(zhì)預(yù)警與業(yè)務(wù)化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)水質(zhì)預(yù)警的集成化和可視化。同時(shí)，以實(shí)景重現(xiàn)為目標(biāo)，通過反射成像等數(shù)字場(chǎng)景呈現(xiàn)技術(shù)，對(duì)模擬和實(shí)測(cè)情況進(jìn)行實(shí)景顯示，可以對(duì)藻類的漂浮實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景顯示，具有較強(qiáng)的先進(jìn)性。

項(xiàng)目組依托水專項(xiàng)充分考慮輸配過程中水質(zhì)的穩(wěn)定性對(duì)出廠水水質(zhì)指標(biāo)的要求，從水廠-管網(wǎng)協(xié)同控制的龍頭水水質(zhì)保障理念，提出系列水廠-管網(wǎng)協(xié)同控制技術(shù)措施。為南水北調(diào)水源進(jìn)京后管網(wǎng)水質(zhì)的穩(wěn)定性保持提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持，是實(shí)現(xiàn)龍頭水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的必經(jīng)之路。

圖4 一維水質(zhì)模擬與可視化模塊

圖5 渠道局部三維可視化仿真

2.4 構(gòu)建應(yīng)對(duì)多水源和季節(jié)性高藻的強(qiáng)適應(yīng)性節(jié)能型凈水技術(shù)系統(tǒng)

南水水源進(jìn)京后，南水硅藻在春季時(shí)占比較高(80%)，水廠濾池雖可以截留硅藻，但硅藻給濾池帶來了很大的負(fù)擔(dān)，造成濾池嚴(yán)重堵塞。為了提高水廠混凝沉淀單元對(duì)藻類的去除效果，項(xiàng)目組從混凝劑種類、助凝劑選擇以及預(yù)處理方法上提出技術(shù)措施：在混沉單元應(yīng)用聚合氯化鋁(PACl)和三氯化鐵(FeCl3)雙藥投加方式，同時(shí)適當(dāng)采用預(yù)氯化或預(yù)臭氧技術(shù)。通過強(qiáng)化水廠混凝沉淀效果可以去除消毒副產(chǎn)物前體物，將三鹵甲烷生成量控制在較低的水平。冬季時(shí)，南水水源出現(xiàn)藻類較高、渾濁度較低的水質(zhì)特性，混凝反應(yīng)形成的絮體較為松散，后續(xù)沉降效果不佳。項(xiàng)目組通過1年多的生產(chǎn)性試驗(yàn)研究，確定可以考慮投加高分子絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)，以加速絮體沉降；在一定范圍內(nèi)，PAM投加量越大，污泥沉降速度越快，可起到壓縮泥層的作用，增加回流的污泥濃度。因此，項(xiàng)目組提出將PAM應(yīng)用于機(jī)械加速澄清池的建議，一方面可以作為應(yīng)急手段解決冬季低溫、低濁、混凝效果差的問題，另一方面提高污泥濃度、降低排泥能耗。該技術(shù)已經(jīng)在項(xiàng)目示范工程郭公莊水廠進(jìn)行了應(yīng)用。為了提高水廠的運(yùn)維效率，項(xiàng)目組開發(fā)了一種取代傳統(tǒng)人工檢測(cè)沉降比的機(jī)械加速澄清池污泥沉降速度自動(dòng)分析裝置，該設(shè)備能夠自動(dòng)配制不同濃度的污泥，得到同種機(jī)加池循環(huán)污泥不同濃度時(shí)的沉降速度，從而預(yù)測(cè)最佳的排泥時(shí)機(jī)，為機(jī)械加速澄清池的精準(zhǔn)排泥及穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)保障。該研究成果為北京市40余座機(jī)加池實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排泥創(chuàng)造了可行性條件。為了綜合評(píng)價(jià)項(xiàng)目組建立的多水源供水格局下水質(zhì)凈化多級(jí)屏障技術(shù)體系，對(duì)郭公莊水廠的工藝單耗在不同季節(jié)、不同原水水質(zhì)波動(dòng)的變化規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出了滿足出廠水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水廠節(jié)能降耗運(yùn)行方案，并在郭公莊水廠進(jìn)行技術(shù)示范，2019年—2020年示范水廠平均凈水能耗(包括凈水和進(jìn)水提升泵能耗)均控制在0.099 29～0.091 23 kW·h/m3。

圖6 機(jī)械加速澄清池監(jiān)控平臺(tái)

自主研發(fā)的機(jī)加池多參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)提出水廠-管網(wǎng)協(xié)同策略，確保北京市公共龍頭水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。為了充分了解北京市供水管網(wǎng)水質(zhì)情況，項(xiàng)目組深入北京市公共供水區(qū)域內(nèi)的住宅小區(qū)、公共場(chǎng)所等地大量采集龍頭水樣品。利用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)相結(jié)合、常規(guī)化學(xué)/微生物分析與現(xiàn)代大型儀器/分子生物學(xué)等手段相結(jié)合，針對(duì)不同水源、水廠、管網(wǎng)等情形診斷識(shí)別了引起管網(wǎng)輸配過程水質(zhì)變化的關(guān)鍵影響因子，通過向居民下發(fā)調(diào)查問卷獲取大量關(guān)于用戶龍頭水水質(zhì)的數(shù)據(jù)信息，提出了北京市各主力水廠及其供水管網(wǎng)的水廠-管網(wǎng)協(xié)同控制策略。

項(xiàng)目組研究發(fā)現(xiàn)，在水廠控制方面，除了保證出廠水滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的基本要求外，還應(yīng)通過水源調(diào)度、強(qiáng)化/優(yōu)化常規(guī)工藝和深度處理工藝等提升出廠水的化學(xué)和生物穩(wěn)定性，使出廠水的pH、總堿度、拉森指數(shù)、總有機(jī)碳、消毒劑含量、殘余鋁/鐵等主要指標(biāo)達(dá)到合理的限值水平，從而降低水在輸配過程中對(duì)管網(wǎng)管材的腐蝕性，抑制管網(wǎng)中微生物的生長(zhǎng)繁殖，減少管網(wǎng)內(nèi)顆粒物生成和沉積物累積，降低管網(wǎng)輸配過程消毒副產(chǎn)物的生成。在管網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)方面，提出了針對(duì)水力停留時(shí)間長(zhǎng)、管網(wǎng)沉積物累積嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行定期放水沖洗，對(duì)水質(zhì)影響較大的老舊管材(特別是腐蝕嚴(yán)重的灰口鑄鐵管)進(jìn)行及時(shí)淘汰更新等措施建議。項(xiàng)目牽頭單位根據(jù)研究結(jié)果，2019年—2020年持續(xù)加大了老舊小區(qū)改造和自備井置換工作力度。改造后的供水管線采用安全度更高的球墨鑄鐵管和不銹鋼管，這2種材質(zhì)的抗腐蝕能力強(qiáng)，管內(nèi)不易結(jié)垢；同時(shí)，由于市政自來水水質(zhì)硬度大大低于自備井水，自備井置換后的自來水口感明顯改善，水壓更加平穩(wěn)，水質(zhì)更加安全可靠。根據(jù)各水廠、管網(wǎng)系統(tǒng)安裝的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)分析結(jié)果，證實(shí)了南水進(jìn)京之后，項(xiàng)目牽頭單位采取的凈水工藝調(diào)整、水廠布局優(yōu)化、老舊管網(wǎng)改造等系列工程技術(shù)措施，切實(shí)保障了北京市龍頭水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了供水水質(zhì)品質(zhì)進(jìn)一步的提升。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)不斷融入傳統(tǒng)行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，智慧城市作為人們對(duì)于美好生活的向往已被列入國(guó)家“十三五”發(fā)展計(jì)劃，供水管理的智慧化和綜合化作為其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容也越來越得到人們的重視。供水管理的智慧化和綜合化是實(shí)現(xiàn)供水安全的必然途徑。

2.5 管網(wǎng)分區(qū)計(jì)量提升了市區(qū)供水系統(tǒng)精細(xì)化漏損管控

北京市區(qū)供水管網(wǎng)長(zhǎng)度達(dá)到9 900余km，為了實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)漏損管控的精細(xì)化，項(xiàng)目牽頭單位探索并實(shí)踐“分區(qū)調(diào)度、區(qū)域控壓、小區(qū)計(jì)量”管網(wǎng)精細(xì)化管理模式，逐漸構(gòu)建形成3個(gè)調(diào)度分區(qū)、4個(gè)壓力控制區(qū)和923個(gè)獨(dú)立計(jì)量區(qū)(DMA)，實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)壓力的精準(zhǔn)管控。針對(duì)DMA漏損狀況評(píng)估問題，項(xiàng)目組通過DMA現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，獲得了在當(dāng)前管網(wǎng)運(yùn)行條件下DMA可以達(dá)到的最低漏損水平，并采用數(shù)學(xué)建模方法，建立了LMNF與DMA基礎(chǔ)屬性(管材、管長(zhǎng)、管齡、戶數(shù)、壓力)之間的關(guān)系。采用該方法，可以獲得任意DMA在其當(dāng)前運(yùn)行條件下最低可達(dá)到的最小夜間流量。當(dāng)實(shí)際最小夜間流量大于該值時(shí)，說明該DMA有漏損降低空間；在此基礎(chǔ)上對(duì)全市范圍的DMA進(jìn)行了漏損狀況評(píng)價(jià)后，明確了漏損嚴(yán)重的DMA，提高了漏損控制的針對(duì)性。針對(duì)DMA漏損監(jiān)測(cè)問題，項(xiàng)目組建立了基于管網(wǎng)流量趨勢(shì)異常診斷與聽音檢漏法檢測(cè)極限分析相結(jié)合的管網(wǎng)漏損預(yù)警技術(shù)，有效提高了漏損檢測(cè)能力。首先，采用日均流量和最小夜間流量同步比較的方法，提高了對(duì)流量異常的判斷準(zhǔn)確率；然后，分析了北京市供水管網(wǎng)聽音法檢出的近5 000個(gè)漏水點(diǎn)的流量分布特征，確定了DMA流量異常的報(bào)警閾值；最后，將上述流量趨勢(shì)異常判斷與聽音檢漏法確定的流量異常預(yù)警閾值結(jié)合，形成了高效的DMA漏損監(jiān)測(cè)技術(shù)，并基于成本效益分析，提出了DMA漏損管控的優(yōu)化控制策略，該方法顯著提高了漏損控制的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)系列研究成果，項(xiàng)目牽頭單位逐步提升管網(wǎng)安全運(yùn)行水平，漏損率連續(xù)10年持續(xù)下降，2020年市區(qū)管網(wǎng)漏損率達(dá)到“水十條”規(guī)定的要求(圖7)。

圖7 2011年—2020年管網(wǎng)漏損率

2.6 供水系統(tǒng)智慧化管理進(jìn)一步提升了飲用水安全保障水平

智慧供水系統(tǒng)旨在通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)和現(xiàn)代信息平臺(tái)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)中各項(xiàng)信息之間的互聯(lián)互通，使整個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)反應(yīng)、協(xié)調(diào)運(yùn)作，最終實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、科學(xué)化、智慧化的供水調(diào)度和運(yùn)行管理。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)模擬，分析管網(wǎng)系統(tǒng)中各個(gè)構(gòu)成部分的運(yùn)行功能，優(yōu)化管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。項(xiàng)目組通過對(duì)市區(qū)管網(wǎng)近萬(wàn) km的20多萬(wàn)條管段和節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析，利用相關(guān)軟件系統(tǒng)建立全網(wǎng)水力模型，通過狀態(tài)分析，確定近期、遠(yuǎn)期的管網(wǎng)改造和改擴(kuò)建方案，為管網(wǎng)系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行提供輔助決策支持。在此基礎(chǔ)上，采用遺傳算法等智能算法，對(duì)管網(wǎng)壓力、配水機(jī)泵能耗等運(yùn)行工況進(jìn)行模擬分析，科學(xué)合理地制定多水廠聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方案。在滿足供水水量、水壓及水質(zhì)要求的前提下，最大限度地提高供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，不僅節(jié)省了大量能源，而且能使管網(wǎng)在合理的狀態(tài)下運(yùn)行，管網(wǎng)的壓力也更為合理，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水、節(jié)能的雙重目標(biāo)：近年年均節(jié)水達(dá)3 000余萬(wàn)m3，節(jié)電達(dá)200余萬(wàn)kW·h(圖8)。

圖8 2011年—2020年市區(qū)配水單耗

為了實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)全流程的精細(xì)化、智慧化管理，項(xiàng)目組整合了現(xiàn)有凈水工藝智能調(diào)控、供水智能調(diào)度、管網(wǎng)漏損管控等子系統(tǒng)，開發(fā)了綜合性的數(shù)據(jù)接口中心服務(wù)，結(jié)合基于微服務(wù)集群架構(gòu)技術(shù)的供水平臺(tái)應(yīng)用，形成了一體化、可擴(kuò)展的供水智慧化解決方案，實(shí)現(xiàn)了供水全流程關(guān)鍵數(shù)據(jù)的深度分析，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)強(qiáng)化了管網(wǎng)流量、壓力、水質(zhì)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)收集與管理，為項(xiàng)目牽頭單位實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程低碳化、水質(zhì)監(jiān)控全程化、調(diào)度運(yùn)行智能化、漏損控制精細(xì)化提供技術(shù)支撐。