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?shù)鼗旧鏃l件、維護區(qū)域發(fā)展和民族團結(jié)和諧大局，給當?shù)剜l(xiāng)村振興奠定堅實的基礎(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)測布點基于涇源縣已建農(nóng)村飲水安全工程，根據(jù)工程實際情況，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，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、先進農(nóng)村自來水工程先進1#閥井各安裝1 套水質(zhì)監(jiān)測站，共計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)測采用先進成熟的計算機技術(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)運行情況進行正確預(yù)估和分析，對超計劃用水、突發(fā)水量及漏水事件進行及時處理[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、計量設(shè)備（智能遠傳水表/流量計，根據(jù)管徑大小進行選擇）、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)定點壓力監(jiān)測和流量分區(qū)計量等手段，可準確把握供水管網(wǎng)的運行狀況，為工程運行監(jiān)管提供高效、及時、準確的數(shù)據(jù)依據(jù)，提高工作效率和科學(xué)管理水平，增強供水管網(wǎng)運行安全性，同時通過管網(wǎng)壓力和流量分析及時預(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)實現(xiàn)的主要功能如下。

（1）采集數(shù)據(jù)隨機自報。當被測的監(jiān)測參數(shù)發(fā)生一個規(guī)定的增減量變化，且與上次發(fā)送數(shù)據(jù)時間間隔很短時，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)定時自報。不管參數(shù)有無變化，根據(jù)設(shè)定的時間，即采集和報送一次數(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，實現(xiàn)對重要分水節(jié)點的供水在線監(jiān)測，對供水和調(diào)水情勢進行正確預(yù)估和分析。（4）實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的報警功能，當壓力、流量異常時，系統(tǒng)將向控制中心自動報警提示處理，緊急事件得以及時處置。（5）可在總控中心根據(jù)管網(wǎng)壓力、流量數(shù)據(jù)進行分析判斷管網(wǎng)運行狀況，從而實現(xiàn)對電動閥門的自動化控制，及時處置可能出現(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程控制。控制信號接入至采集控制器，并通過GPRS/3G/4G 的方式傳到政務(wù)云平臺，實現(xiàn)遠程控制。

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)流量計量設(shè)備（根據(jù)管徑大小選擇）2 臺，電動閥2 臺，實現(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)測點的壓力、流量、水質(zhì)數(shù)據(jù)通過前端傳感器進行采集，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，實時采集的時間可以定為分鐘級采集，當狀態(tài)變化時，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、電磁流量計、智能遠傳水表、直讀式水表等監(jiān)測儀表，技術(shù)參數(shù)、安裝要求、造價、維護成本等比較見表1。

表1 設(shè)備選型及配置表

綜上所述，各流量計有以下特點：（1）直讀式水表價格便宜，適用于小管徑管道流量測量，但無法實現(xiàn)遠程抄表功能，數(shù)據(jù)無法上傳，故不適合本項目使用要求；（2）智能遠傳水表價格相對便宜，小管徑（DN≤50）條件下，測量較為精準，安裝簡單，易維護；（3）超聲波流量計，價格相對低于電磁流量計，安裝維護方便，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；（4）電磁流量計精度相對較高，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[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，從而實現(xiàn)了紙質(zhì)化辦公向信息化辦公邁進，從“分散使用”向“共享利用”轉(zhuǎn)變，能夠準確地把握供水管網(wǎng)的運行狀況，為工程運行監(jiān)管提供高效、及時、準確的數(shù)據(jù)依據(jù)，提高工作效率和科學(xué)管理水平，增強供水管網(wǎng)運行安全性，同時通過管網(wǎng)壓力和流量分析及時預(yù)警爆管等管線安全問題。