農(nóng)村供水工程安全調(diào)控與自動化系統(tǒng)應(yīng)用

金 麗，鄭 強，畢華軍

為解決山丘區(qū)農(nóng)村供水工程的管道靜水壓力過大的問題，研究推廣管網(wǎng)的安全調(diào)控設(shè)備和技術(shù)，對山東省典型農(nóng)村供水工程的管網(wǎng)流量、壓力自動控制系統(tǒng)、排氣設(shè)施、防水錘設(shè)備等安全調(diào)控技術(shù)及設(shè)備進行了調(diào)研分析，并緊密結(jié)合農(nóng)村供水管網(wǎng)的特點，按照技術(shù)先進、運行可靠、管理方便、價格易于接受的要求，開發(fā)了供水管網(wǎng)壓力自動監(jiān)測與報警系統(tǒng)和丘陵山區(qū)供水管道減壓儲水裝置。選擇日照市東港區(qū)供水工程進行了應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 管網(wǎng)壓力自動監(jiān)測與安全報警系統(tǒng)

針對供水管網(wǎng)正常供水時壓力平穩(wěn)和管道一旦破裂跑水壓力驟降的特點，開發(fā)一種壓力自動監(jiān)測與安全報警系統(tǒng)。正常供水時，該系統(tǒng)對管網(wǎng)壓力實時在線監(jiān)測、監(jiān)測的壓力值可無線發(fā)送到水廠控制中心的計算機，供值班人員及時了解管網(wǎng)運行情況。一旦管網(wǎng)破裂壓力驟降時，能立刻報警，提醒值班人員迅速檢查搶修。

1.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由壓力監(jiān)測裝置、加壓水泵啟停的變頻控制器和監(jiān)控中心組成。

1.2 系統(tǒng)運行過程

當(dāng)監(jiān)測中心（工業(yè)控制機）接收到某個觀測點的壓力值低于設(shè)定值時，即在顯示器上彈出壓力異常的觀測點名稱、同時通過可編程控制器啟動與之相連的聲光報警裝置工作，從而警示值班人員迅速趕往壓力低于設(shè)定值的觀測點查看和組織人員搶修。

1.3 應(yīng)用與效果

該系統(tǒng)在山東省日照市東港區(qū)濤雒農(nóng)村供水工程安裝調(diào)試成功，經(jīng)現(xiàn)場測試和運行檢驗，運行正常，性能可靠。

2 丘陵山區(qū)供水管道減壓儲水裝置

在我國丘陵山區(qū)農(nóng)村供水工程建設(shè)中，普遍遇到供水線路長、管線沿途地面高差大（有的達100～200 m以上）、供水管道內(nèi)水壓力大、變化也大的問題，經(jīng)常出現(xiàn)管網(wǎng)破裂、中斷供水的事故。為此，在工程設(shè)計中通常采用高壓力等級的管道，或在主管道上落差大的部位或在分支管的首端增設(shè)減壓閥。在供水管道設(shè)計中采用高壓力等級的管道必然造成很大的投資浪費；增設(shè)減壓閥可在一定程度降低管道的動水壓力，但在夜間用水量很小或不用水的情況下，減壓閥并不能削減管道的靜水壓力，依然會造成中低壓管道的破裂或大批用水戶水表和水龍頭的損壞，影響安全供水。針對丘陵山區(qū)輸水管道內(nèi)水壓力過高造成的危害，開發(fā)了丘陵山區(qū)供水管道上給水減壓儲水裝置。

2.1 裝置組成

該裝置由玻璃鋼儲水容器、水力驅(qū)動浮球進水閥、導(dǎo)水管、活節(jié)、檢修開孔及盲板、浮球開關(guān)、球桿及浮球、進排氣閥、彎管及濾網(wǎng)、指針式壓力表、水位指示管、安全及泄空閥、出水閥組成（見圖1）。

圖1 減壓儲水裝置設(shè)計示意圖

2.2 應(yīng)用與效果

該減壓儲水裝置可徹底削減多余的水壓、消除因水壓過高造成的管道破裂、閥門水表水龍頭損壞等隱患、減小裝置上游輸水管道的公稱直徑和裝置下游輸水管道的公稱壓力，節(jié)省工程投資和運行維修費用。日照市東港區(qū)馬陵供水工程，其地面高差100多米，該裝置安裝在距輸水管道首端1 000.0 m、地面高差35.0 m處，既與下游供水區(qū)域的地面高差為65.0 m。上游管道的壓力水進入該裝置后，壓力降至設(shè)定的上限自由水面壓力，徹底斷開上下游管道的水壓。該裝置除具有減壓功能外，還具自動進排氣、自動泄壓、水位指示、對水質(zhì)不造成二次污染、調(diào)節(jié)供水流量等功能。

3 系統(tǒng)效益分析

3.1 經(jīng)濟效益計算

3．1．1 信息化工程的費用和設(shè)備費用

對山東省20余處農(nóng)村供水安全工程進行信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)與管理，其中，重點指導(dǎo)3處規(guī)模化農(nóng)村供水安全工程信息化系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計與設(shè)備安裝工程，一般指導(dǎo)農(nóng)村供水安全工程信息化系統(tǒng)建設(shè)與管理17余處。據(jù)初步統(tǒng)計總共節(jié)省新建和改建農(nóng)村供水安全信息化工程設(shè)備費用和土建費用約850.0萬元。

3．1．2 工程維護費用和管理費用

1）節(jié)省的工程維護費用：在農(nóng)村供水安全信息化管理技術(shù)推廣應(yīng)用期間，20余處農(nóng)村供水安全工程覆蓋人口約168萬人，按照規(guī)定在沒有實施本技術(shù)的情況下需要配備水廠技術(shù)管理人員和維修人員約266人；技術(shù)實施后，由于提高了管理水平和工作效率，可以顯著的減少技術(shù)管理人員和工程維修人員。經(jīng)初步估算可以減少各類人員約35%，每人按照年費用3萬元計算，可以節(jié)省管理費用約279萬元。

2）其他效益：從減少水資源的浪費、減少醫(yī)藥費支出效益兩個方面進行分析。減少水資源的浪費效益按每處工程每年發(fā)生2次計算，初步估算在水資源的浪費和管道的修補以及耽誤及時供水等方面產(chǎn)生的費用約300萬元；減少醫(yī)藥費支出效益，是由于水質(zhì)發(fā)生變化的情況下，在無項目的情況下飲用的水質(zhì)不達標(biāo)而產(chǎn)生的費用，20余處農(nóng)村供水安全工程覆蓋人口約168萬人，按有25%的人口因為水質(zhì)問題產(chǎn)生醫(yī)療費用，人均年醫(yī)藥費15元計，可節(jié)省醫(yī)藥費630萬元。

根據(jù)上述分析計算，技術(shù)推廣期間總效益為1 209萬元。通過計算該技術(shù)在經(jīng)濟效益計算期內(nèi)，每年為社會創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。

3.2 社會效益與生態(tài)效益

農(nóng)村供水安全工程信息化管理技術(shù)示范項目成功實施后，將水廠供水設(shè)備由先前的效率低、能耗高的狀態(tài)變?yōu)樾矢摺⒛芎牡偷臓顟B(tài)，確保了水廠工程的長效運行和較好的效益，既可以提高供水保障率，在線檢測水質(zhì)，確保水質(zhì)合格，又可以解決供水管道破裂漏水而不能及時發(fā)現(xiàn)等問題，減少了跑冒滴漏，減少了水資源的損失，緩解水資源緊張狀況，有效的改善地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和投資環(huán)境，保護地下水環(huán)境，生態(tài)效益顯著。

同時，采用信息化管理技術(shù)對規(guī)模化供水項目進行管理后，不但使該項目區(qū)群眾能夠吃上合格的飲用水，使其基本生活條件得到了保障，減少腸道等疾病的發(fā)病率，保障了該地區(qū)人民的身體健康，促進了農(nóng)村社會主義精神文明的發(fā)展，而且可以解放大量的農(nóng)村勞動力，開辟新的致富途徑。同時還可以帶動庭院經(jīng)濟、畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，改善局部生態(tài)環(huán)境和社會環(huán)境，促進農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展。