寧夏沙坡頭區(qū)“互聯(lián)網(wǎng)＋城鄉(xiāng)供水”一體化工程關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

李桂云

（中衛(wèi)市水利勘測設(shè)計院（有限公司），寧夏中衛(wèi) 755000）

0 引言

實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，要堅持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展，有序推進(jìn)各類村莊的農(nóng)村供水工程建設(shè)，加快農(nóng)村供水轉(zhuǎn)型發(fā)展，推動發(fā)展方式從飲水安全向農(nóng)村供水保障轉(zhuǎn)變，用水方式從粗放用水向高效節(jié)約、精細(xì)管水轉(zhuǎn)變，投入方式從政府投資為主向多元投資、市場投資轉(zhuǎn)變。按照“規(guī)劃建設(shè)一體化、運行管理專業(yè)化、供水服務(wù)智慧化”的原則，重點依托可靠和優(yōu)質(zhì)大水源，通過“大水源、大水網(wǎng)、大聯(lián)通、大水廠”建設(shè)，著力“城鄉(xiāng)一體、水源互通、豐枯互濟(jì)”的現(xiàn)代化城鄉(xiāng)供水工程網(wǎng)、信息網(wǎng)、服務(wù)網(wǎng)“三張網(wǎng)”，逐步實現(xiàn)城鄉(xiāng)供水服務(wù)均等化。為加快補(bǔ)齊沙坡頭區(qū)城鄉(xiāng)供水基礎(chǔ)設(shè)施短板，加快建立城鄉(xiāng)供水工程網(wǎng)、信息網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)，全面提升全區(qū)城鄉(xiāng)供水安全保障能力和管理服務(wù)水平，確保城鄉(xiāng)居民喝上“放心水”，落實自治區(qū)推廣“互聯(lián)網(wǎng)+人飲”的號召，推廣建設(shè)沙坡頭區(qū)“互聯(lián)網(wǎng)+城鄉(xiāng)供水”項目。

1 項目概況

1.1 自然條件

中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)中西部寧夏、內(nèi)蒙古、甘肅交界地帶，東鄰中寧，南鄰吳忠市同心縣、海原縣及甘肅省靖遠(yuǎn)縣，西接甘肅景泰縣，北與內(nèi)蒙古阿拉善左旗接壤。地處東經(jīng)104°17′～105°42′、北緯36°40′～37°44′之間。沙坡頭區(qū)土地總面積6 877.25 km2，是中衛(wèi)市的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。據(jù)2019年末統(tǒng)計，全區(qū)戶籍總?cè)丝?1.73萬人，其中城鎮(zhèn)人口18.49萬人，鄉(xiāng)村人口23.25萬人。根據(jù)沙坡頭區(qū)地理位置分布特點，將沙坡頭區(qū)城鄉(xiāng)供水分為三個片區(qū)，分別為河北片區(qū)、河南片區(qū)和香山興仁片區(qū)。本項目設(shè)計范圍為沙坡頭區(qū)10鎮(zhèn)1鄉(xiāng)147個行政村15.00萬戶46.16萬人，其中城鎮(zhèn)人口23.41萬人，農(nóng)村人口22.75萬人。其中河北片區(qū)包括沙坡頭區(qū)主城區(qū)及文昌鎮(zhèn)、濱河鎮(zhèn)、鎮(zhèn)羅鎮(zhèn)、柔遠(yuǎn)鎮(zhèn)、東園鎮(zhèn)和迎水橋鎮(zhèn)共6鄉(xiāng)鎮(zhèn)9.72萬戶28.93萬人。河南片區(qū)包括沙坡頭區(qū)常樂鎮(zhèn)、永康鎮(zhèn)及宣和鎮(zhèn)共3鄉(xiāng)鎮(zhèn)4.47萬戶12.49萬人。香山、興仁片區(qū)包括香山鄉(xiāng)、興仁鎮(zhèn)1鎮(zhèn)1鄉(xiāng)1.58萬戶4.73萬人。

1.2 工程現(xiàn)狀

1.2.1 工程建設(shè)方面

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，結(jié)合廁所革命、農(nóng)村“陽光沐浴”等戰(zhàn)略的提出，40 L/d的供水定額已無法滿足實際用水需要，局部地區(qū)存在供水水量不足的問題。根據(jù)《寧夏回族自治區(qū)“十四五”城鄉(xiāng)供水規(guī)劃》，確定的沙坡頭區(qū)農(nóng)村人飲供水定額為70 L/人·d，過去的建設(shè)項目人均供水定額基本采用40 L·人/d的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，供水定額提高后，現(xiàn)狀部分供水管網(wǎng)流量已無法滿足供水要求，急需提升改造。此外，部分管道、建筑物年久失修，有安全隱患。

1.2.2 自動化與信息化方面

用水戶末端計量仍以機(jī)械水表為主，不滿足“互聯(lián)網(wǎng)+城鄉(xiāng)供水”建設(shè)要求；各級管道分水口和骨干管道關(guān)鍵部位缺少自動化量測及監(jiān)控設(shè)備，不利于及時發(fā)現(xiàn)故障、搶修維護(hù)，無法提高供水保障率；各供水工程水源、水廠、泵站等站點供水調(diào)度各自獨立，且管理站點較為分散，不利于統(tǒng)一調(diào)度；部分站點通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備老舊、通信技術(shù)落后，數(shù)據(jù)傳輸延時高，且易受環(huán)境影響，無法保障遠(yuǎn)程監(jiān)控的實時性及安全性；現(xiàn)狀信息化軟件系統(tǒng)功能不完整，且部署較為分散，不滿足“互聯(lián)網(wǎng)+城鄉(xiāng)供水”管理要求。

1.2.3 工程管理與服務(wù)方面

管理方面短板從宏觀方面分析主要有三點：①現(xiàn)狀管理難以實現(xiàn)國家和寧夏水利行業(yè)對保障城鄉(xiāng)供水安全要求的體制和機(jī)制；②現(xiàn)狀管理方式難以實現(xiàn)人飲高質(zhì)量保障供水的可持續(xù)發(fā)展；③難以讓老百姓感受到先進(jìn)的技術(shù)、現(xiàn)代化的管理為用水戶提供的便捷的服務(wù)方式。

2 “互聯(lián)網(wǎng)＋城鄉(xiāng)供水”一體化工程關(guān)鍵技術(shù)

2.1 工程網(wǎng)項目關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 閥井結(jié)構(gòu)形式比選

由于聯(lián)戶閥井?dāng)?shù)量多、分布廣，是土建部分制約工程投資和工期的主要因素，初設(shè)階段為合理優(yōu)化聯(lián)戶閥井選型，現(xiàn)目前常用閥井型式有現(xiàn)澆鋼筋混凝土閥井、預(yù)制鋼筋砼方形閥井、預(yù)制鋼筋砼圓形閥井、磚混結(jié)構(gòu)閥井等4種型式，下面分別從聯(lián)戶閥井造價、耐久性、施工工期、施工難度、防水性能等方面進(jìn)行綜合比選。具體如表1所示。

表1 閥井型式比選表

經(jīng)比選，雖然鋼筋砼現(xiàn)澆閥井結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，防水效果最好，但由于投資較高，施工占地面積較大、施工工序繁瑣、耗時長，且本工程閥井?dāng)?shù)量多、片區(qū)分散，采用現(xiàn)澆閥井無法滿足工期要求；預(yù)制鋼筋砼圓形閥井與磚混圓形閥井都不是整體式閥井，防水效果不佳，且內(nèi)部空間小。經(jīng)多方面比選，考慮到工期與整體效果要求，設(shè)計采用預(yù)制鋼筋砼方形閥井，投資相對適中，防水效果較好，并且施工方便。

2.1.2 管道穿路方案比選

本次設(shè)計包括供水管網(wǎng)提升改造，大部分管道沿道路敷設(shè)，供水干管、供水支管及入村管大部分采用開挖敷設(shè)。沙坡頭區(qū)現(xiàn)狀村鎮(zhèn)巷道98%以上都是混凝土硬化路面，故本次入巷管道敷設(shè)提出兩種方案。

采用拉管施工方法。拉管施工可在閥井處開挖工作坑，各個閥井之間的管段敷設(shè)直接采用拉管敷設(shè)，該施工方法可減小對交通的影響，但是管徑越大投資越高。優(yōu)點是回避了開挖施工中存在的對交通、周邊建筑及地下管線影響大，路面、房屋等需要大面積拆除并恢復(fù)而導(dǎo)致的資源浪費；缺點方面，對拉管管材的質(zhì)量要求高，要求環(huán)剛度在12.5 KN/m2以上的管材，從而使大于DN800 mm以上的大管徑管道管材目前還無法保證此環(huán)剛度而不具備拉管施工條件。

采用破路開挖施工方法。此方案為在硬化路的一側(cè)拆除一定的寬度，然后開挖把管道埋入，回填夯實后把路面恢復(fù)原貌。該方案施工方法簡單，但是對交通影響較大，且協(xié)調(diào)工作量大。

綜合投資金額可看出，管徑≤160 mm穿路時采用拉管的施工方法比較經(jīng)濟(jì)，管徑＞160 mm穿路時采用破路開挖的施工方法比較經(jīng)濟(jì)。故本次設(shè)計管徑＞160 mm穿路時采用破路開挖，管徑≤160 mm穿路時采用拉管施工。

2.2 信息網(wǎng)項目關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 管網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備比選

本次將從傳輸方式、傳輸穩(wěn)定性、采集頻率、對供電的要求、安裝方式、投資費用等方面對以上兩種方案進(jìn)行比選。

方案一：采用流量壓力一體式監(jiān)測設(shè)備。流量壓力一體式監(jiān)測設(shè)備采用超聲波水表及壓力傳感器集成的方式，通過數(shù)據(jù)監(jiān)控儀設(shè)備進(jìn)行連接，網(wǎng)絡(luò)傳輸方式采用無線4G公網(wǎng)，采用鋰電池為數(shù)據(jù)監(jiān)控儀及流量壓力采集設(shè)備供電。方案二：采用流量壓力分體式監(jiān)測設(shè)備。流量壓力分體式監(jiān)測設(shè)備采用獨立的超聲波水表及壓力傳感器對管網(wǎng)供水流量及供水壓力進(jìn)行監(jiān)測，單獨配置無線采集傳輸設(shè)備進(jìn)行連接，網(wǎng)絡(luò)傳輸方式采用無線4G公網(wǎng)，采用太陽能供電系統(tǒng)為無線采集傳輸設(shè)備及流量壓力采集設(shè)備供電。具體比選參數(shù)如表2所示。

表2 管網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備比選參數(shù)

在傳輸方式、傳輸穩(wěn)定性及采集頻率都滿足本項目使用需求的情況下，且一體式監(jiān)測設(shè)備也可使用太陽能供電，在供電可靠性上能達(dá)到與分體式監(jiān)測設(shè)備統(tǒng)一上水平，同時一體式監(jiān)測設(shè)備集成程度高，設(shè)備維護(hù)工作量較低。經(jīng)綜合分析比較，本階段推薦分水口監(jiān)測設(shè)備采用一體式監(jiān)測設(shè)備，即流量、壓力集成一體的監(jiān)測設(shè)備。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)安全方案比選

一般情況下，網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)規(guī)劃可劃分為可研階段、實施階段、維護(hù)階段、運營階段和持續(xù)建設(shè)階段，要從技術(shù)賦能、管理變革、業(yè)務(wù)發(fā)展幾個維度進(jìn)行設(shè)計。

基于本工程實際管理現(xiàn)狀，本階段暫按照以工控系統(tǒng)為主要建設(shè)對象，并且以基礎(chǔ)防御為主體，安全物理環(huán)境和管理不在本期建設(shè)范圍之內(nèi)，在滿足等級保護(hù)，充分考慮補(bǔ)充措施、實用性原則、殘余風(fēng)險以及順利通過等保的基礎(chǔ)上，初步提出了基本配置、中等配置、高等配置三種方案。

方案一：基本配置。基本配置是考慮在等保測評得分70～80分基礎(chǔ)上，提出的最簡單配置，除必要的安全設(shè)備之外，充分考慮補(bǔ)充措施、手動加固、設(shè)備本身策略配置提升等措施。

方案二：中等配置。中等配置是在基本配置基礎(chǔ)上，等保的分可達(dá)80～90分，針對基本配置中丟分項和部分適用性原則項、補(bǔ)償項等會存在爭議的測評點進(jìn)行完善，確保測評較高通過率。

方案三：高等配置。高等配置方案是在中等配置基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化提升，產(chǎn)品功能、性能、進(jìn)行升級，由于配置升級產(chǎn)品價格提升、但隨著功能的兼容，也可省去額外產(chǎn)品的投入，降低維修成本、減少故障點。

綜上所述，考慮到寧夏“十四五”城鄉(xiāng)供水工程的特點和項目的經(jīng)濟(jì)性要求，本階段的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，暫按照能夠通過等保為目標(biāo)，推薦方案一，同時增加人工干預(yù)（安全策略配置）項，并將方案二作為后續(xù)提升補(bǔ)償方案，方案三則可列為后續(xù)持續(xù)改進(jìn)和安全運營之備選方案。

3 結(jié)語

城鄉(xiāng)供水一體化是未來農(nóng)村飲水發(fā)展的大趨勢，本文通過分析沙坡頭區(qū)農(nóng)村飲水安全工程的供水調(diào)度和計量收費管理問題，以保障城鄉(xiāng)居民飲用“放心水”為出發(fā)點，以提供優(yōu)質(zhì)供水服務(wù)為宗旨，針對工程建設(shè)方面、自動化與信息化方面、工程管理與服務(wù)方面存在的弊端，探討了“互聯(lián)網(wǎng)＋城鄉(xiāng)供水”一體化工程關(guān)鍵技術(shù)，主要包括工程網(wǎng)項目關(guān)鍵技術(shù)和信息網(wǎng)項目關(guān)鍵技術(shù)兩個方面，進(jìn)一步建設(shè)完善沙坡頭區(qū)人飲工程物聯(lián)網(wǎng)智能感知監(jiān)控體系。本項目符合寧夏“十四五”城鄉(xiāng)供水規(guī)劃總體要求和寧夏“互聯(lián)網(wǎng)+城鄉(xiāng)供水”示范省區(qū)的方案要求，可為提升農(nóng)村供水能力、推進(jìn)城鄉(xiāng)供水一體化建設(shè)提供堅實的基礎(chǔ)，僅供相近地區(qū)參考借鑒。