涇源縣農(nóng)村飲水安全提升改造工程主干管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)研究

白玉亮

(寧夏固原市涇源縣水利服務(wù)中心 寧夏涇源 756400)

為解決涇源縣廣大群眾吃水問題、改善當(dāng)?shù)鼗旧鏃l件、維護(hù)區(qū)域發(fā)展和民族團(tuán)結(jié)和諧大局，給當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村振興奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在黨和國家的關(guān)心支持下先后新建了自涇源縣境內(nèi)調(diào)水的“固原東山坡引水工程”“寧夏中南部城鄉(xiāng)飲水安全水源工程”。涇源縣現(xiàn)狀共有集中式人畜飲水工程30處，受益人口約118 332人，涇源縣農(nóng)村飲水安全水源提升改造工程共鋪設(shè)揚(yáng)水管線及連通管線24條，共56.281 km。

1 建設(shè)內(nèi)容

主干管網(wǎng)監(jiān)測布點(diǎn)基于涇源縣已建農(nóng)村飲水安全工程，根據(jù)工程實(shí)際情況，在118處管網(wǎng)分水閥井中安裝118 套壓力傳感器、258 套流量傳感器、258 套電動閥。同時(shí)，在香水河農(nóng)村飲水安全工程香水1#閥井、涇河源鎮(zhèn)農(nóng)村飲水安全工程涇河1#閥井、先進(jìn)農(nóng)村自來水工程先進(jìn)1#閥井各安裝1 套水質(zhì)監(jiān)測站，共計(jì)3套，監(jiān)測管網(wǎng)PH/T、濁度、溶解氧參數(shù)。

2 主干管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

主干管網(wǎng)監(jiān)測采用先進(jìn)成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動化監(jiān)控和傳感器監(jiān)測技術(shù)，通過現(xiàn)地監(jiān)測、控制等自動化設(shè)施建設(shè)，對供水管網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行正確預(yù)估和分析，對超計(jì)劃用水、突發(fā)水量及漏水事件進(jìn)行及時(shí)處理[1]。

涇源縣農(nóng)村飲水安全工程的入村口與管道分支口布設(shè)壓力傳感器、流量計(jì)量、水質(zhì)監(jiān)測儀及電動閥門通過4～20 mA模擬信號或RS485通信方式接入采集控制器，通過無線網(wǎng)絡(luò)（GPRS/3G/4G）將數(shù)據(jù)上傳至寧夏電子政務(wù)云平臺，由涇源縣人飲信息化平臺自動化監(jiān)控子系統(tǒng)對現(xiàn)場自動化設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。主干管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 主干管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由以下4部分組成。

（1）設(shè)備控制。包括壓力變送器（4～20 mA電流信號）、流量信號（RS485通信接口、MODBUS-RTU協(xié)議）、水質(zhì)監(jiān)測儀（4～20 mA電流信號）、電動蝶閥（閥門開關(guān)閥）。（2）數(shù)據(jù)采集。包括壓力、流量、閥門開關(guān)狀態(tài)。（3）數(shù)據(jù)傳輸。采用運(yùn)營商的通信網(wǎng)絡(luò)（GPRS/3G/4G）。（4）現(xiàn)場設(shè)備。包括電動閥門、壓力傳感器、計(jì)量設(shè)備（智能遠(yuǎn)傳水表/流量計(jì)，根據(jù)管徑大小進(jìn)行選擇）、水質(zhì)監(jiān)測儀、遙測終端、無線通信模塊、太陽能供電系統(tǒng)、防雷接地等[2]。

3 主干管網(wǎng)監(jiān)測功能描述與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

3.1 功能描述

通過管網(wǎng)定點(diǎn)壓力監(jiān)測和流量分區(qū)計(jì)量等手段，可準(zhǔn)確把握供水管網(wǎng)的運(yùn)行狀況，為工程運(yùn)行監(jiān)管提供高效、及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，提高工作效率和科學(xué)管理水平，增強(qiáng)供水管網(wǎng)運(yùn)行安全性，同時(shí)通過管網(wǎng)壓力和流量分析及時(shí)預(yù)警爆管等管線安全問題[3]。

對于3 處從水庫直接供水入戶的工程，需要在分水閥井處安裝水質(zhì)監(jiān)測儀，采集水質(zhì)數(shù)據(jù)，掌握供水水質(zhì)情況，確保供水水質(zhì)安全。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下。

（1）采集數(shù)據(jù)隨機(jī)自報(bào)。當(dāng)被測的監(jiān)測參數(shù)發(fā)生一個(gè)規(guī)定的增減量變化，且與上次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間間隔很短時(shí)，即自動向數(shù)據(jù)中心發(fā)送一次數(shù)據(jù)。（2）采集數(shù)據(jù)定時(shí)自報(bào)。不管參數(shù)有無變化，根據(jù)設(shè)定的時(shí)間，即采集和報(bào)送一次數(shù)據(jù)，調(diào)度中心的數(shù)據(jù)接收設(shè)備始終處于值守狀態(tài)。（3）實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)壓力、流量、水質(zhì)的自動監(jiān)測和快速采集傳輸，實(shí)現(xiàn)對重要分水節(jié)點(diǎn)的供水在線監(jiān)測，對供水和調(diào)水情勢進(jìn)行正確預(yù)估和分析。（4）實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的報(bào)警功能，當(dāng)壓力、流量異常時(shí)，系統(tǒng)將向控制中心自動報(bào)警提示處理，緊急事件得以及時(shí)處置。（5）可在總控中心根據(jù)管網(wǎng)壓力、流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷管網(wǎng)運(yùn)行狀況，從而實(shí)現(xiàn)對電動閥門的自動化控制，及時(shí)處置可能出現(xiàn)爆管等問題[4]。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)

3.2.1 設(shè)備控制

管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備控制主要包括分水閥井內(nèi)電動閥門的自動化控制及遠(yuǎn)程控制?？刂菩盘柦尤胫敛杉刂破?，并通過GPRS/3G/4G 的方式傳到政務(wù)云平臺，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3.2.2 系統(tǒng)安裝

在分水口前主干管安裝壓力變送器1 臺，實(shí)現(xiàn)對分水口水壓的監(jiān)測；根據(jù)分水閥井出水管數(shù)量布設(shè)流量計(jì)量設(shè)備（根據(jù)管徑大小選擇）2 臺，電動閥2 臺，實(shí)現(xiàn)對分水口分水流量的監(jiān)測和閥門控制。系統(tǒng)安裝如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)安裝

3.2.3 數(shù)據(jù)傳輸和采集流程

各管網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)的壓力、流量、水質(zhì)數(shù)據(jù)通過前端傳感器進(jìn)行采集，采集到的數(shù)據(jù)通過遙測終端設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娮诱?wù)云平臺數(shù)據(jù)中心，云服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到管理與監(jiān)測需要的信息。相關(guān)部門也可通過訪問電子政務(wù)云平臺獲取所需主干管網(wǎng)的監(jiān)測信息。

（1）信息采集模式。管網(wǎng)監(jiān)測信息由采集系統(tǒng)采集，并按使用頻度和時(shí)效性要求分成定期和不定期采集兩類。為充分利用各種信息采集資源，便于信息的交流與整合，降低信息采集的成本，同時(shí)建立滿足各種業(yè)務(wù)需求的水利信息綜合采集系統(tǒng)。

（2）信息傳輸模式。多種信息傳輸模式，實(shí)時(shí)采集的時(shí)間可以定為分鐘級采集，當(dāng)狀態(tài)變化時(shí)，則將狀態(tài)信息發(fā)送至電子政務(wù)云平臺數(shù)據(jù)中心，否則，信息不作發(fā)送，以減少傳輸流量，降低運(yùn)行成本[5]。

4 設(shè)備選型與配置

本工程中流量監(jiān)測可選用超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)、智能遠(yuǎn)傳水表、直讀式水表等監(jiān)測儀表，技術(shù)參數(shù)、安裝要求、造價(jià)、維護(hù)成本等比較見表1。

表1 設(shè)備選型及配置表

綜上所述，各流量計(jì)有以下特點(diǎn)：（1）直讀式水表價(jià)格便宜，適用于小管徑管道流量測量，但無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表功能，數(shù)據(jù)無法上傳，故不適合本項(xiàng)目使用要求；（2）智能遠(yuǎn)傳水表價(jià)格相對便宜，小管徑（DN≤50）條件下，測量較為精準(zhǔn)，安裝簡單，易維護(hù)；（3）超聲波流量計(jì)，價(jià)格相對低于電磁流量計(jì)，安裝維護(hù)方便，比較適用于中型滿管管徑（DN80～DN600）監(jiān)測，但測量精度低于電磁流量計(jì)；（4）電磁流量計(jì)精度相對較高，部分安裝環(huán)境需停水、斷管，適用于流量精度要求高，管徑（DN≥10）的管道流量監(jiān)測，本方案采用精度高、性能穩(wěn)定的電磁流量計(jì)[6]。

5 結(jié)語

涇源縣農(nóng)村飲水安全提升改造工程通過主干管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)改變了傳統(tǒng)的工作模式，從而實(shí)現(xiàn)了紙質(zhì)化辦公向信息化辦公邁進(jìn)，從“分散使用”向“共享利用”轉(zhuǎn)變，能夠準(zhǔn)確地把握供水管網(wǎng)的運(yùn)行狀況，為工程運(yùn)行監(jiān)管提供高效、及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，提高工作效率和科學(xué)管理水平，增強(qiáng)供水管網(wǎng)運(yùn)行安全性，同時(shí)通過管網(wǎng)壓力和流量分析及時(shí)預(yù)警爆管等管線安全問題。