物聯(lián)智慧泵站區(qū)域化管理及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

馬仕麟 范朔誠 薛伯良

摘要：我國城鎮(zhèn)水體治理進(jìn)程中，智慧一體化泵站的作用十分顯著。本著為水體治理工程整體提質(zhì)增效，增強(qiáng)水體治理政府項目的整體規(guī)劃性、目的性和功能性，該文提出通過對所在區(qū)域進(jìn)行SWMM建模，結(jié)合歷年的降水?dāng)?shù)據(jù)、區(qū)域化氣象數(shù)據(jù)以及泵站現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，依托物聯(lián)云平臺對智慧泵站進(jìn)行區(qū)域化管理的實施方案，以及在政府相關(guān)項目、相關(guān)行業(yè)中推進(jìn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的設(shè)想。

關(guān)鍵詞：智慧泵站 ?截流排污 ?區(qū)域化管理 ?行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：X7 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2022）04（a）-0000-00

Regional Management and Standardized Design of IoT Smart Pumping Station

MAShilinFANShuochengXUEBoliang

（1.Changzhou Vocational Institute of Mechatronics Technology，Changzhou，Jiangsu Province，213164 China; 2.Supumps Environmental Technology （Changzhou） Co.， Ltd.，Changzhou，Jiangsu Province，213033 China）

Abstract：In the process of water treatment in Chinese cities， villages and towns， the role of smart integrated pumping stations is very significant. In order to improve the efficiency and quality of water treatment projects， this paper proposes to conduct SWMM modeling for designated areas， collect precipitation data in the area over the years， and collect on-site data and surrounding meteorological data through smart pumping stations， and realize the wisdom of the region through the Internet of Things cloud platform. Regional management of pumping stations. This kind of management method can improve the rationality of the regional planning of water treatment projects and enhance the function of the project. For this reason， it is necessary to implement industry construction standards for smart pumping stations in related projects from the government and related industries of smart pumping stations.

Key Words： Smart pumping station; Cut-off sewage; Regional management; Industry standards

2019年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部和國家發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案（2019—2021年）》（建城[2019]52號），該方案全面推動生活污水收集處理設(shè)備的改建工作，城鎮(zhèn)污水處理實現(xiàn)管網(wǎng)、泵站、廠站的整體提質(zhì)增效[1]。截流排污泵站作為智慧水務(wù)系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)呈現(xiàn)出重要的作用。

1 智慧泵站水體治理現(xiàn)狀

城市黑臭水體的主要污染來源為：水體外污染物直接排入、水體內(nèi)源污染、水循環(huán)不暢與水溫升高，其中由降水沖刷地面進(jìn)入水體的污染物不斷增加成為外源污染的一個主要途徑。

1.1 截流排污泵站的治污原理

目前一體化的截流排污泵站的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其治污的典型工況有以下3種，可有效減少水體外源污染。

晴天截流模式：雨水出水口閘門關(guān)閉，城市污水直接流入污水管道;在污水管網(wǎng)水位較高通過水泵強(qiáng)排，將污水送至污水廠處理。初雨截流模式：雨水出水口閘門關(guān)閉，污水口閘門打開將初期雨水送至污水廠處理;隨著降雨的持續(xù)，關(guān)閉污水口閘門，開啟雨水閘門，讓中后期雨水排出。雨季直排模式：雨水直排至河道。

1.2 水體治理現(xiàn)狀

以江蘇省為例，到2019年底，江蘇設(shè)區(qū)市和太湖流域縣級城市建成區(qū)黑臭水體治理列入年度整治計劃的148個黑臭水體中，總體整治進(jìn)度達(dá)97.9%，且計劃從2020年開始，江蘇省計劃用兩年時間，完成蘇中蘇北地區(qū)黑臭水體整治工作[2]。

2 智慧泵站區(qū)域化整體管理的現(xiàn)實基礎(chǔ)及必要性

2.1 智慧泵站區(qū)域化整體管理的現(xiàn)實基礎(chǔ)

隨著物聯(lián)技術(shù)的普及，截流排污智慧泵站因其設(shè)備傳感器設(shè)置全，已實現(xiàn)自動化管理、遠(yuǎn)程管理，可感知諸如雨量、水質(zhì)、設(shè)備狀況等諸多現(xiàn)場情況[3-5]。另外，目前水體治理項目一般都以區(qū)域范圍整體進(jìn)行整體建設(shè)，為區(qū)域化整體管理提供了政策保障。所以，目前實現(xiàn)區(qū)域化的智慧泵站整體管理，已具備全面推廣實施的條件。

2.2 智慧泵站區(qū)域化整體管理的必要性

目前某公司使用統(tǒng)一的物聯(lián)平臺，可以采集區(qū)域氣象信息、各泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)及現(xiàn)場數(shù)據(jù)。區(qū)域范圍內(nèi)的天氣情況，采用分布式氣象數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行區(qū)域氣象信息采集對突發(fā)氣候預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持。各泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)，由各個現(xiàn)場物聯(lián)設(shè)備采集。再結(jié)合歷年降水?dāng)?shù)據(jù)，則可實現(xiàn)：提前進(jìn)行污水管段排空，為降雨時的初期污水流量處理提供系統(tǒng)空間，應(yīng)對各類突發(fā)天氣狀況;對各個泵站的運(yùn)行工況進(jìn)行協(xié)調(diào)控制使其處于效率最優(yōu)點;對于直啟泵站給出優(yōu)化值（PID控制泵站無需設(shè)置）降低能耗。

3 智慧泵站區(qū)域管理思路與實現(xiàn)

智慧泵站區(qū)域管理，可以通過以下兩個方面的設(shè)計、規(guī)劃，來逐步實現(xiàn)。

一方面，按區(qū)域進(jìn)行SWMM建模，將該區(qū)域排水概化，劃分子匯水區(qū)、污水管段、截污功能管段等數(shù)據(jù)[6]。將區(qū)域地塊中的各類土地按利用類型劃分，并在其上標(biāo)注已有的排污管段及其管徑、深度等數(shù)據(jù)（圖中未標(biāo)，需結(jié)合市政管網(wǎng)數(shù)據(jù)標(biāo)定）;選取SS（懸浮物，主要為城市地標(biāo)徑流水中污染物）、COD（有機(jī)物）、TN（總氮量，水中各種形態(tài)無機(jī)和有機(jī)氮的總量）和TP（總磷）四種指標(biāo)作為對象，基于SWMM模型的污染物累積方程（指數(shù)函數(shù)形式）對各類土地利用類型的擬定污染物累積參數(shù);使用指數(shù)沖刷模型方程確定各種土地利用類型的沖刷模型參數(shù)[7]。

另一方面，對區(qū)域進(jìn)行水文參數(shù)確定，確定各區(qū)域的土壤類型，采用何種入滲模型，結(jié)合地圖進(jìn)行確認(rèn)該區(qū)域的每個匯水區(qū)面積、洼蓄量。根據(jù)不同水質(zhì)模塊參數(shù)設(shè)定，通過對歷年降水的水量數(shù)據(jù)與目前各泵站的排水流量進(jìn)行比對校核，可以做出模型，擬定各泵站溢流控制對策[8]。

最后，通過SWMM模型模擬歷年的降雨數(shù)據(jù)，提高在溢流對策下排污處理的效率;同時使用物聯(lián)平臺采集各泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合歷年降水?dāng)?shù)據(jù)，優(yōu)化各站的運(yùn)行控制，進(jìn)行管網(wǎng)預(yù)排空、各站啟停協(xié)作、預(yù)測性動作等操作，各泵站的能耗、效率，均可得到有效提升。

4 標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、管理的建議

如需達(dá)到按區(qū)域進(jìn)行一體化智能截流井協(xié)同控制的目的，建議目前在建、已建的項目，對以下幾個方面進(jìn)行整體的設(shè)計、提出具體的功能需求。

（1）完善各個項目的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、控制功能，并有數(shù)據(jù)、控制共享的功能。

（2）按照行政區(qū)域劃分，對各個區(qū)域進(jìn)行SWMM建模，由主管部門相關(guān)人員對區(qū)域內(nèi)的水體智能設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集，建立數(shù)據(jù)采集、建議運(yùn)行參數(shù)下發(fā)的平臺。

（3）設(shè)定相關(guān)規(guī)定，要求各水體智能設(shè)備的所有者在安全運(yùn)行的前提下對設(shè)備按照建議運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，達(dá)到區(qū)域協(xié)同操作的目的。

（4）匯集各設(shè)備的截污流量、耗能等參數(shù)，制定單個設(shè)備水體治理效率的參數(shù)，可在環(huán)境、能耗等經(jīng)濟(jì)相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行政策引導(dǎo)。

（5）通過與行業(yè)中規(guī)模大、技術(shù)成熟、企業(yè)規(guī)范（標(biāo)準(zhǔn)）完善、物聯(lián)控制技術(shù)及理念成熟的企業(yè)進(jìn)行共商共建，建立地區(qū)水體治理智慧設(shè)備的建設(shè)、施工、性能等方面的標(biāo)準(zhǔn)，并推廣到行業(yè)、國家。

5 結(jié)論

通過以上措施，在后續(xù)新建區(qū)域化的水體治理項目時，政府及相關(guān)招標(biāo)部門可以考慮把區(qū)域化管理的各項建模、控制優(yōu)化等項目內(nèi)容作為考核點，從而推動一批能耗、效率并重的水體治理設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)及示范項目的建設(shè)。通過區(qū)域化的建模、優(yōu)化管理，這些項目必然在城市水體治理、節(jié)能環(huán)保上獲得一定成效，并能同時促進(jìn)相關(guān)行業(yè)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、不斷向智能化方向提升。

[1] 2019年中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策綜述[C]//中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2020）.，2020：296-339.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.2019年江蘇黑臭水體整治進(jìn)度已達(dá)97.9% [EB/OL].（2019-12-23）[2019-12-23].https：//www.mohurd.gov.cn/xinwen/dfxx/201912/20191223_243203.html.

[3] 王雷.一體化智慧截流提升井在控源截污工程中的應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2021，39（5）：140-142，150.

[4] 邵茜.智慧泵站平臺在水利工程管理中的應(yīng)用[J].治淮，2021（1）：29-30.

[5] 華錚，張勝雷，楊天龍，等.智慧截流井自動化控制技術(shù)設(shè)計及應(yīng)用[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2021（Z1）：62-66.

[6] ZENG Z Q，YUAN X H，LIANG J，etal.Designing and Implementing an SWMM-based Web Service Framework to Provide Decision Support for Real-time Urban Stormwater Management[J].Environmental Modelling & Software，2021，135：104887.

[7] 陳盛達(dá)，馮一軍，吳榮波，等.基于SWMM的截流式排水系統(tǒng)溢流研究與對策[J].中國給水排水，2019，35（21）：118-124.

[8] PACHALY R L，VASCONCELOS J G，ALLASIA D G，etal.Evaluating SWMM Capabilities to Simulate Closed Pipe Transients[J].Journal of Hydraulic Research，2021：1-8.