城市智慧排水信息化建设初探

蒋 磊

（烟台工程职业技术学院，山东 烟台 264006）

0 引言

城市排水部门负责全市地下管网、污水厂、雨污水泵站等排水设施的运行监管。随着城市化进程的发展，配套地下城市管网、雨污水泵站、污水处理厂等进入高速建设期。地下城市管网、雨污水泵站、污水处理厂等设施由于建设年代不同、分布距离较广、设备多样化等因素，导致工艺水平和实际处理水量参差不齐、人工监管效果不理想、统一监管标准难度较大等情况日益突出。

为科学有序、精确高效、精简节约地对排水设施运行加以监管，提高应对突发事件和应急抢险的反应速度和处理能力，保障城市排水设施的安全稳定运行，提升监管水平，对城区管网、污水厂、污水雨水泵站、积水点等排水设施建立统一综合信息化管理平台，实现监管统一化、预警及时化、考核数字化的智慧排水系统。对城市排水综合业务监管、风险管控、指标考核能力有大幅度的提升。

通过智慧排水业务平台，对排水综合业务进行统一的调度指挥，为城市内涝、汛期应急指挥提供分析参考。对排水运行数据积累，形成数据库。监管部门数据库的数据挖据，能有效进行数据清洗、数据处理和分析，根据结果能辅助指导监管。

图1 智慧水务管控中心示意图Fig.1 Schematic diagram of intelligent water management and control center

1 系统框架

1.1 智慧水务综合管控中心

1）硬件基础设施，包括机房设备（例如：服务器、交换机、存储设备等），采集层设备（流量计、压力计等传感器），传输层设备（路由器、交换机、RTU 终端）。各个应用模块，包括综合门户子系统、厂站监管子系统、工程建设子系统、排水户管理子系统、应急指挥子系统、考核评估子系统、安全管理子系统、用户权限子系统。具体内容包括：功能应用区域划分，工作站数量和工作站应用的分布，网络会议、指挥系统、大屏幕系统的布置。

2）基础软件组成及系统搭建

系统软件组成：Linux 系统或windows server 系统，以及系统搭建的配套应用软件。数据库软件的选型，要考究要达到最大检索速度的要求和能力。服务前端采用的框架包括后端利用Spring 技术、负载均衡、集群技术、缓存技术等，需要充分考虑高并发线程支持最大程度等。

1.2 管网GIS系统

1）包含管网GIS 系统数据勘探和数据采集，GIS 数据模型构建，配套与GIS 软件相关模块的应用，例如：巡检管理系统、排水户管理系统、排水案件管理系统、排水管网养护系统、排水管网巡查系统等模块。

2）管网的养护流程、巡检流程、终端设备采用等。

3）积水点监测系统的方案及设备选型。

1.3 智慧水务所监管的污水厂和雨污水泵站

智慧水务关于污水厂实施的内容包括对能耗、药耗能达到的节约度；进出水质的监控；对污水处理厂运行的动态评价；雨水和污水泵站自动化改造，增加安防设备，完善感知层设备，实现少人值守或无人值守。

1.4 其它应用

在完成上述功能的基础上，完善工程建设系统以及考核指标体系的建立，制定动态评价的标准等。

图2 网络架构Fig.2 Network architecture

2 具体措施

围绕行业监管，建设统一排水行业信息监管平台，构建灵活可扩展的数据平台。通过逐步完善“智慧排水”基础网络和大数据服务能力，逐步打造优秀的智慧排水平台。通过平台，可促进排水行业的发展，提高行业监管水平和管理效率。

2.1 水务综合监控

1）水厂监控中心，配备SCADA 监控平台，对各管网监测点、污水井监测点以及水厂生产状况进行统一监控，主要采集液位、压力、流量、温度、水质以及水泵等相关的实时数据。

2）对污水处理厂设备监控，主要采集自控仪表和变频器等电气设备数据，并对污水水泵电机、电动鼓风机、浓缩脱水机等设备进行控制。

3）对水质监测站的监控，通过在线水质仪表（COD、氨氮、pH、水温、浊度、电导率、溶解氧等）实时监控河流河道口、关键企业排水口等水质状况。

2.2 生产调度管理

1）根据用户需求量和管网能力及水泵效果，制定生产计划；再根据用水负荷，动态调整生产计划。

2）模拟仿真生产过程，实时监测。针对流量、压力、水质等的异常进行报警，指导生产调度，确保安全、稳定供水。

3）根据年度、月度生产计划进行动态调控，通过历史数据进行预测分析能耗情况，优化生产运行，逐步降低能耗。

2.3 安全报警管理

1）对工艺参数异常、水质不合格、水网超负荷等生产异常报警。

2）管网漏水/爆管报警，按照一定的计算方法，确定漏水可以区域，并根据严重程度进行不同级别的报警。

3）环保报警，包括：超标排放报警、环境污染报警等。

2.4 管网GIS管理

1）建立管网GIS 模型，并进行可视化展示。

2）实现在线管网巡检及远程运维。

3）计算并分析管网参数，进行管网优化。

2.5 水质和环保管理

1）水质在线监测，对涉水区域全过程水质进行动态监测，包括：排污水、回用水。

2）对排污口、重点排污户、河道出水口等的水质化验分析，以及对排放的污水水质进行化验分析，按照指标标准进行判定。对于未达标的情况，在系统内进行报警提示。

2.6 设备管理

1）对水务相关的设备设施，实现从档案、维护保养、检维修、检定、报废等全生命周期的管理。

2）实现设备远程管控与运维。

3）通过自控系统及上位SCADA 系统，将工艺设备运行情况记录并在历史数据库进行记录，对设备运行状态、维保情况、能耗情况等进行实时跟踪与监控。

2.7 安全应急指挥管理

1）针对安全隐患进行上报，并进行分析、评估，制定改进措施和应急预案。

2）通过涉水区域流程图、GIS 跟踪、视频监控、移动应用等多种方式，实现安全应急事件的综合监控。

3）建立应急预案库，为紧急事件发生时提供指导。

2.8 水务数据管理

1）对水务相关信息进行深度挖掘与统计分析，包括：生产情况、能耗、设备运行、水质、环境质量等。

2）建立水务资产台账，将数据纳入信息化系统，有效准确地对资产数据进行管理。

3）建立全市排水管网的数据库，包括管网的长度、坐标、材质，以及后期的维护保养情况，对市区管网进行有效管控。

2.9 排水客户管理

1）系统支持对排水户入网申请、管网验收、排水许可等业务的跟踪记录，实现业务的相互关联及信息共享，有效提高排水户管理效率及其自动化程度。

2）排水户管理功能实现对排水户清单的查看，对排水户的基本信息进行查询和管理，同时将排水户信息与GIS地图相关联，实现排水户属性信息和空间信息的统一查询管理。同时，支持按照排水户所属污水厂、排水企业类型、排放量进行统计分析。

3）排水许可管理功能实现对辖区内发放的排水许可证基本信息的统一查看与数量的统计分析，并且对辖区内排水许可证发放总量、排水许可证发放率等指标进行统计分析，以图、表形式进行展示。

4）排口在线监测查询功能实现重点排水户排水水质、水量的在线监测数据查看，支持对不同污染源企业监测点、不同时间段、不同污染物的数据报警，查询、分析、报表定制功能。

2.10 移动应用

1）智慧排水系统提供可手持终端的App，实现与工作站同步的管理功能。

2）移动终端可以结合GIS 地理信息系统，标出涉水区域的实际地理位置，以及各区域监测点的真实地理位置，实时监测其运行参数、运行状态、能耗值、报警信息等。

3）移动端支持用户服务功能，可以查看进出水质、故障报警，保修流程。

3 结语

通过智慧系统建设，实现数据信息化、电子化办公、自控自动化，助推污水处理厂业务的标准化、规范化；简化管理流程，减少人工量，保障水质稳定达标，保障人员、设备安全生产，稳定达标，优化运行。对即将出现水质超标情况进行应急响应，运行参数动态调整，保证水质达标排放。通过智慧排水系统的运行和使用，实现远程支持，运营人员效率得以提高，能协助水厂精细化运营，电耗药耗明显降低。