智慧排水建設的基礎及發展戰略研究

閔樂樂

摘要：近年來，我國城市因排水不暢、管線問題引發的事故日益增多，給國家和人民財產造成巨大損失，甚至危及人身安全。為確保城市排水安全，必須全面調查和掌握排水管網的基本信息，實現排水管網的運行狀態監測。通過安裝排水在線監測設備，管理人員可以實時掌握重點排水節點的運行狀況，及時發現內澇、溢流風險。通過排水設施圖和在線監測網絡，逐步實現排水管理的數字化、動態運行模擬和智能科學決策。

關鍵詞：智能排水建設;依據;發展戰略;研究

一、方案設計

1.1基礎數據采集。

1）排水管網詳查及地形修繕測量對排水管線及其附屬設施進行詳查、記錄和測量，主要調查管線點性質、規格、埋深、維修井深度、維修井摻雨污重點標志等，調查管道排污口信息。繪制排水管道周邊地形及其他相關資料如野外測站。2）管道內窺鏡檢測管道CCTV拍攝的視頻錄像或斷面掃描圖像，可以對管道健康狀況進行評價，為管道的日常養護及可能的修復工作提供依據。管道缺陷分為功能性缺陷和結構性缺陷。結構性缺陷包括：破裂、變形、腐蝕、錯口、起伏、滲漏、接口材料脫落、支管暗接、異物穿入、脫節。功能性缺陷包括：沉積、結垢、障礙物、樹根、殘墻、壩根、浮渣。通過管道內窺鏡檢查全面了解排水管道的運行健康狀況。3）受損管道的無損修復。非開挖法有很多種，最常用也是最簡單快捷，成本相對較低的是紫外光固化法。紫外光固化技術是一種原位固化方法，將與管道內徑相同的玻璃纖維襯里材料拖入管道，加壓充氣，然后將襯里材料粘在舊管道的管壁上，然后采用紫外光固化技術對紫外光燈座進行硬化，形成具有一定強度的復合襯管。

1.2物聯網監控。

基于物聯網技術構建物聯網通訊體系是實現“智慧排水”建設的基礎，通過工業網關、工業級RTU打通污水廠、管網設施、河道閘口等生產工況中的監測儀表與自動化控制裝置，通過VPN、5G、NB-IoT形成一張覆蓋全域的物聯網監測與控制網絡，從而實現分散在各地的廠網河設備裝置與區域運行中心的物物聯網、人物聯網。再結合物聯網技術，構建了水位監測、智能井蓋監測、出水監測、人孔水位監測、降雨信息監測、視頻遠程監測等綜合感知網絡，建立統一的智能排水數據處理中心。傳感設備主要包括流量檢測儀、水位監測儀、水質檢測儀、液位檢測儀、電子儀表、雨量檢測儀、視頻檢測儀等。

1.3系統平臺功能。

1）排水綜合展示系統

基于城市智慧水務一張圖，融合基礎空間數據、水務資產數據、運行監測數據及模型診斷等多源數據，建立大屏綜合展示管理系統。從宏觀到微觀多維度、多層次、多角度、全方位地展示九江市三峽集團工程范圍內的源、網、站、廠、河、湖、岸等資產設施及運行狀況。基于大屏動態掌握水務系統運行總體態勢，模擬診斷潛在運營風險，量化展示水務工程設施建設效果和運營狀況，為運營管理人員提供可視化監管調度決策支撐。

2）基礎地理信息展示

以綜合信息一張圖的方式，通過GIS圖層與數字化場景疊加關聯，展示九江中心城區基礎地理信息，以及水務相關的排水設施、管井管線、泵站、污水處理廠、監測站點設備等GIS信息數據。

（1）管網GIS數據

基九江市地圖服務，可視化展示排水管網“一張圖”，通過點擊鼠標查詢管道和檢查井、雨水篦、出水口等附屬物的屬性信息;集成問題管段CCVT、QV檢測的影像數據，查詢問題管段整改前后視頻、圖片等影像信息，實現問題管段可視化。

（2）排水泵站

雨、污水泵站分布，點擊可查看泵站簡況、鳥瞰圖、工藝圖等信息，可查看泵站收集范圍。對泵站現地監測系統進行集成與整合，實現運行狀態、運行過程的監視，以及事故與故障信號報警及記錄。監視方式包括基于地圖模式、表格模式、工藝圖模式。針對不同條件的降雨，分析泵站抽排量、能耗、啟閉時間與雨量的關系，總結經驗，輔助泵站的穩定高效運行。

3）水務系統運行總覽

以GIS地圖為基礎，通過概化圖形式展示水務系統各設施上下游關聯鏈路及運行關系，匯總展示九江市中心城區片區數量、排水戶數量、管網數量、泵站數量、污水廠數量、管網總收集能力、污水總處理能力等靜態信息。同時按照片區定位分別統計：

（1）排水戶數量、排放許可辦證率、重點戶排水戶數量、服務人口等;

（2）管網總長度、污水管網長度、雨水管網長度、合流管網長度、檢查井數量、截流井數量等;

（3）泵站總數量、污水泵站數量、設計規模;雨水泵站數量、設計規模等;

（4）污水廠數量、設計規模、服務面積等;

（5）排口總數量、雨水口、直排口、截流口數量等;

（6）河道總數量、水面率、蓄水量等;

通過物聯網在線監測及模型診斷報警規則引擎，按照水量、水質、設備、氣象四個維度分別匯總統計報警數量，并可通過點擊報警數量，在地圖上高亮閃爍顯示該類別下報警點位分布及報警詳情信息。

4）水務設施健康度評價

以GIS地圖為基礎，統計展示當前水務設施健康度信息。其中管網可按照全市及分區、道路等查詢條件分別統計各類功能性和結構性缺陷數據，并能通過滾動列表的形式展示諸如大管接小管、雨污混接、管線逆坡缺陷的具體信息，并能夠與地圖進行交互，查看詳細位置和屬性信息。

通過管網數字化建模成果與在線監測數據綜合分析，基于地圖展示不同時段晴雨條件下全市及各區排水管網運行負荷分布情況，包括高負荷、低負荷、正常等情況比例統計。同時結合模型規則引擎動態模擬預測未來一段時間可能出現淤堵、冒溢、入滲等異常情況，通過地圖加載定位等點位及管段分布，點擊地圖可查看管段或點位屬性，并通過列表說明模擬預測詳細信息，包括出現異常的大概時間和嚴重程度描述。

二、完成內容

（1）排水物聯網建設實現終端監測數據的標準化，統一平臺輸入輸出，提供監測數據應用和共享服務。根據監測計劃和要求，主要設備有：在線液位計、在線超聲波流量計、在線雨量計等（2）排水管網地理信息系統為工程管理、管網管理等業務管理提供了地圖信息的操作、瀏覽和管理功能。系統實現了地圖定位、基礎地圖查詢、視圖管理、切換底圖、多級回放、鷹眼導航、圖層控制等功能。支持基本信息查詢、統計分析、數據更新、管道內窺鏡檢測數據訪問、缺陷數據顯示、引流數據管理模型的一張地圖（3）排水管網安全運行監控系統平臺的構建。通過在城區排水設施的關鍵節點安裝監控設備，可以實時獲取設施的水位、流量等信息，發現設施的監控信息異常，及時報警，提醒管理層及時處置保障設施，確保正常安全運行。支持根據排水設施名稱、地名、坐標等快速定位功能。可設置相應的預警閾值，根據報警類型、報警時間范圍、報警關鍵字查詢設備報警。根據監測設備的數據采集，顯示各種傳感器的歷史數據信息，并以曲線形式顯示任意時段的排水液位狀態圖。對城市重點路段、重點涵洞、重點低洼易發洪水地區的視頻監控點，結合GIS技術進行現場視頻監控。系統地圖顯示了視頻網站的分布情況，監控點可根據區域位置和權限級別進行分組（4）管道移動辦公系統基于Android平臺，開發了管道移動辦公應用程序，通過該應用程序可以顯示排水管道、地形和圖像數據，用戶可以定位終端支架的位置，實現地下管線點、管線的查詢等業務功能。

三、結論

隨著未來城市化的發展，城市排水系統的信息化和智能化越來越受到重視。智能排水系統的建設不僅可以優化城市管理和服務，而且可以增強城市應急能力，增強人們的生活幸福感。

參考文獻：

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