城市智慧排水信息化建設初探

蔣 磊

（煙臺工程職業技術學院，山東 煙臺 264006）

0 引言

城市排水部門負責全市地下管網、污水廠、雨污水泵站等排水設施的運行監管。隨著城市化進程的發展，配套地下城市管網、雨污水泵站、污水處理廠等進入高速建設期。地下城市管網、雨污水泵站、污水處理廠等設施由于建設年代不同、分布距離較廣、設備多樣化等因素，導致工藝水平和實際處理水量參差不齊、人工監管效果不理想、統一監管標準難度較大等情況日益突出。

為科學有序、精確高效、精簡節約地對排水設施運行加以監管，提高應對突發事件和應急搶險的反應速度和處理能力，保障城市排水設施的安全穩定運行，提升監管水平，對城區管網、污水廠、污水雨水泵站、積水點等排水設施建立統一綜合信息化管理平臺，實現監管統一化、預警及時化、考核數字化的智慧排水系統。對城市排水綜合業務監管、風險管控、指標考核能力有大幅度的提升。

通過智慧排水業務平臺，對排水綜合業務進行統一的調度指揮，為城市內澇、汛期應急指揮提供分析參考。對排水運行數據積累，形成數據庫。監管部門數據庫的數據挖據，能有效進行數據清洗、數據處理和分析，根據結果能輔助指導監管。

圖1 智慧水務管控中心示意圖Fig.1 Schematic diagram of intelligent water management and control center

1 系統框架

1.1 智慧水務綜合管控中心

1）硬件基礎設施，包括機房設備（例如：服務器、交換機、存儲設備等），采集層設備（流量計、壓力計等傳感器），傳輸層設備（路由器、交換機、RTU 終端）。各個應用模塊，包括綜合門戶子系統、廠站監管子系統、工程建設子系統、排水戶管理子系統、應急指揮子系統、考核評估子系統、安全管理子系統、用戶權限子系統。具體內容包括：功能應用區域劃分，工作站數量和工作站應用的分布，網絡會議、指揮系統、大屏幕系統的布置。

2）基礎軟件組成及系統搭建

系統軟件組成：Linux 系統或windows server 系統，以及系統搭建的配套應用軟件。數據庫軟件的選型，要考究要達到最大檢索速度的要求和能力。服務前端采用的框架包括后端利用Spring 技術、負載均衡、集群技術、緩存技術等，需要充分考慮高并發線程支持最大程度等。

1.2 管網GIS系統

1）包含管網GIS 系統數據勘探和數據采集，GIS 數據模型構建，配套與GIS 軟件相關模塊的應用，例如：巡檢管理系統、排水戶管理系統、排水案件管理系統、排水管網養護系統、排水管網巡查系統等模塊。

2）管網的養護流程、巡檢流程、終端設備采用等。

3）積水點監測系統的方案及設備選型。

1.3 智慧水務所監管的污水廠和雨污水泵站

智慧水務關于污水廠實施的內容包括對能耗、藥耗能達到的節約度；進出水質的監控；對污水處理廠運行的動態評價；雨水和污水泵站自動化改造，增加安防設備，完善感知層設備，實現少人值守或無人值守。

1.4 其它應用

在完成上述功能的基礎上，完善工程建設系統以及考核指標體系的建立，制定動態評價的標準等。

圖2 網絡架構Fig.2 Network architecture

2 具體措施

圍繞行業監管，建設統一排水行業信息監管平臺，構建靈活可擴展的數據平臺。通過逐步完善“智慧排水”基礎網絡和大數據服務能力，逐步打造優秀的智慧排水平臺。通過平臺，可促進排水行業的發展，提高行業監管水平和管理效率。

2.1 水務綜合監控

1）水廠監控中心，配備SCADA 監控平臺，對各管網監測點、污水井監測點以及水廠生產狀況進行統一監控，主要采集液位、壓力、流量、溫度、水質以及水泵等相關的實時數據。

2）對污水處理廠設備監控，主要采集自控儀表和變頻器等電氣設備數據，并對污水水泵電機、電動鼓風機、濃縮脫水機等設備進行控制。

3）對水質監測站的監控，通過在線水質儀表（COD、氨氮、pH、水溫、濁度、電導率、溶解氧等）實時監控河流河道口、關鍵企業排水口等水質狀況。

2.2 生產調度管理

1）根據用戶需求量和管網能力及水泵效果，制定生產計劃；再根據用水負荷，動態調整生產計劃。

2）模擬仿真生產過程，實時監測。針對流量、壓力、水質等的異常進行報警，指導生產調度，確保安全、穩定供水。

3）根據年度、月度生產計劃進行動態調控，通過歷史數據進行預測分析能耗情況，優化生產運行，逐步降低能耗。

2.3 安全報警管理

1）對工藝參數異常、水質不合格、水網超負荷等生產異常報警。

2）管網漏水/爆管報警，按照一定的計算方法，確定漏水可以區域，并根據嚴重程度進行不同級別的報警。

3）環保報警，包括：超標排放報警、環境污染報警等。

2.4 管網GIS管理

1）建立管網GIS 模型，并進行可視化展示。

2）實現在線管網巡檢及遠程運維。

3）計算并分析管網參數，進行管網優化。

2.5 水質和環保管理

1）水質在線監測，對涉水區域全過程水質進行動態監測，包括：排污水、回用水。

2）對排污口、重點排污戶、河道出水口等的水質化驗分析，以及對排放的污水水質進行化驗分析，按照指標標準進行判定。對于未達標的情況，在系統內進行報警提示。

2.6 設備管理

1）對水務相關的設備設施，實現從檔案、維護保養、檢維修、檢定、報廢等全生命周期的管理。

2）實現設備遠程管控與運維。

3）通過自控系統及上位SCADA 系統，將工藝設備運行情況記錄并在歷史數據庫進行記錄，對設備運行狀態、維保情況、能耗情況等進行實時跟蹤與監控。

2.7 安全應急指揮管理

1）針對安全隱患進行上報，并進行分析、評估，制定改進措施和應急預案。

2）通過涉水區域流程圖、GIS 跟蹤、視頻監控、移動應用等多種方式，實現安全應急事件的綜合監控。

3）建立應急預案庫，為緊急事件發生時提供指導。

2.8 水務數據管理

1）對水務相關信息進行深度挖掘與統計分析，包括：生產情況、能耗、設備運行、水質、環境質量等。

2）建立水務資產臺賬，將數據納入信息化系統，有效準確地對資產數據進行管理。

3）建立全市排水管網的數據庫，包括管網的長度、坐標、材質，以及后期的維護保養情況，對市區管網進行有效管控。

2.9 排水客戶管理

1）系統支持對排水戶入網申請、管網驗收、排水許可等業務的跟蹤記錄，實現業務的相互關聯及信息共享，有效提高排水戶管理效率及其自動化程度。

2）排水戶管理功能實現對排水戶清單的查看，對排水戶的基本信息進行查詢和管理，同時將排水戶信息與GIS地圖相關聯，實現排水戶屬性信息和空間信息的統一查詢管理。同時，支持按照排水戶所屬污水廠、排水企業類型、排放量進行統計分析。

3）排水許可管理功能實現對轄區內發放的排水許可證基本信息的統一查看與數量的統計分析，并且對轄區內排水許可證發放總量、排水許可證發放率等指標進行統計分析，以圖、表形式進行展示。

4）排口在線監測查詢功能實現重點排水戶排水水質、水量的在線監測數據查看，支持對不同污染源企業監測點、不同時間段、不同污染物的數據報警，查詢、分析、報表定制功能。

2.10 移動應用

1）智慧排水系統提供可手持終端的App，實現與工作站同步的管理功能。

2）移動終端可以結合GIS 地理信息系統，標出涉水區域的實際地理位置，以及各區域監測點的真實地理位置，實時監測其運行參數、運行狀態、能耗值、報警信息等。

3）移動端支持用戶服務功能，可以查看進出水質、故障報警，保修流程。

3 結語

通過智慧系統建設，實現數據信息化、電子化辦公、自控自動化，助推污水處理廠業務的標準化、規范化；簡化管理流程，減少人工量，保障水質穩定達標，保障人員、設備安全生產，穩定達標，優化運行。對即將出現水質超標情況進行應急響應，運行參數動態調整，保證水質達標排放。通過智慧排水系統的運行和使用，實現遠程支持，運營人員效率得以提高，能協助水廠精細化運營，電耗藥耗明顯降低。