农村供水数字化战略分析与应用

2021-04-02 23:34王跃国高奇奇
中国水利 2021年5期
关键词:水厂水源地供水

王跃国,赵 翠,高奇奇

(1.安徽省农村饮水管理总站,230022,合肥;2.中国水利水电科学研究院水利研究所,国家节水灌溉北京工程技术研究中心,100048,北京)

一、农村供水工作与数字化融合的现实需要

随着我国农村饮水安全工程的建设和巩固提升,涉及我国9亿多农村居民的饮水安全问题基本得到了解决。但是,随着农村集中供水和城乡供水一体化建设的推进,农村供水规模将不断扩大,涉及的数据信息越来越多,更新速度也越来越快,传统的管理手段已不能满足农村供水工程管理的需要。目前,农村供水工程管理还存在信息化程度低、管网设施管理落后、供水调度成本高、管网设计缺乏科学依据及应急抢修不及时等问题,亟须提高农村供水工程的现代化管理水平。在此背景下,利用5G、大数据、云计算、人工智能等技术对农村供水工程进行升级和赋能,实现区域内供水系统的合理规划和高效管理,推动供水行业的发展。

二、“数字农饮”战略布局

根据农村供水工作的特性,“十四五”时期落实“数字农饮”要按照“一张网”战略思路,构建“数字农饮”的逻辑框架(见图1)。

1.“数字农饮”的发展导向

(1)国家级的战略导向

贯彻落实党的十九届五中全会有关发展数字经济的具体要求,从国家战略层面出发,结合当前智能化发展的大趋势,充分考虑农村供水工程公益性强、受众面广、取水用水流程复杂的现状特点,形成国家级的“数字农饮”发展导向与发展逻辑。

(2)省级的发展导向

各省根据自身农村供水工作的发展阶段及“十四五”时期的发展重点,将“数字农饮”理念通过政策贯彻渗透到农村供水工作的始终。从全国层面来说,农村供水工作基础较好的省份,特别是已经在县一级开展信息化建设的省份,“十四五”期间应抓住机遇,充分将数字化要求与农村供水工作相结合,争取建成一批“数字农饮”示范县、示范水厂;对于基础条件较差的省份,应充分借鉴兄弟省份的经验,积极布局,打好“数字农饮”工作的基础。

(3)市县级供水管理

市县作为“数字农饮”工作的实施层和执行层,要积极落实中央及所在省份有关“数字农饮”工作的要求。市县级农村供水数字化管理系统,包括市县农村供水工程的信息采集与共享、数据资源管理、网络传输体系和平台业务应用系统,实现对水厂管网的地理信息管理,对取水用户的抄表收费管理,为用水户提供信息查询、供水服务热线等服务。

(4)水厂级运营应用

水厂是整个供水管理链条的末端,是最基础也是最重要的组成部分,从“数字农饮”的整体架构看,多数技术创新要在水厂级实现,具体包括:通过数字技术和信息化技术实现取水和供水流量、水量、供水压力、水源水井和清水池液位、滤池液位差、供水水质、加药消毒等设备的监控,实现对水源、泵站、水处理、二次加压、供水管网全过程的信息监测和自动化控制,使值班人员实时掌握准确的运行数据,使设备按照设定的条件全自动运行,为水厂供水保证率、水质合格率达标提供技术保障。

(5)用户级参与

农村供水工程最终面向的是用水户,开展“数字农饮”工作不仅在于简化管理监督流程,从源头到龙头实现用水户用水过程的透明化,提高用水户用水便捷程度,自查用水量、在线缴费等;发挥用水户的监督管理作用,用水问题上报、违章用水举报等。全面脱贫后,农村供水面临的不只是供合格水,更要通过巩固提升实现供干净水、方便水,要通过“数字农饮”工作的逐级落实,全面实现农村居民用上“幸福水”。

2.“数字农饮”的技术集成

(1)数字化水源地监测及保护

通过加强水源地监测传感器(水质、水雨情、生态流量、蒸发量)和视频监控设备布设,将实时监测监控的数据、各职能部门的业务数据和基础地理空间数据(航片、遥感影像、基础地理信息)等进行融合,形成工程数据中心;建立水源地不同阶段不同区域的安全监测评价指标体系,形成多维的分析和评价模型,利用大数据分析方法定量化监测预警和评价分析水源地实时状况;建立饮用水水源地监管服务“一张网”综合管理云平台,实现水源地的综合常态化管理和突发状况下的指挥调度和三维模拟仿真。

(2)数字化管网运行及管理

利用三维GIS、管网在线水力水质模拟、机器学习算法等手段构建供水管网的实时在线模型系统,围绕智能优化调度、漏损爆管侦测与定位、管网水质保障与突发污染防控等核心应用,构建数字孪生供水管网。通过供水系统数字孪生体的构建,为未来供水系统的智能化与智慧化运行提供技术与平台支撑。

(3)数字化水厂

利用BIM、工艺单元数学建模、虚拟现实等技术构建饮用水处理工艺单元的虚拟仿真模型,结合由水质、水位、水压等多类型新型传感器组成的在线监测网络,围绕混凝剂智能化投加、沉淀、(膜)过滤、消毒工艺参数的优化及工艺过程的智能调控等核心应用,构建数字孪生饮用水水厂。

三、“数字农饮”发展建议

一是以“数字农饮”为导向,构建“十四五”时期农村供水工作的政策支撑体系。经过“十三五”时期全国性的脱贫攻坚战,农村饮水安全工作已经上升到一个高度,未来“十四五”时期面临的是水安全保障。各省在编制“十四五”规划时要以“数字农饮”为导向,构建农村供水工作信息化建设政策支持体系,提高供水工程的管理水平和效率。

二是以“数字农饮”为抓手,开拓“十四五”时期农村供水工作的资金渠道。“十四五”时期农村供水保障工作要以“数字农饮”为抓手,开拓资金渠道,配合水价工作的全面推开,拓展市场性融资。

三是以“数字农饮”为平台,为“十四五”时期农村供水工作提供技术支撑。面对农村用水户基数大、供水方式复杂,以“数字农饮”为平台,全面提高供水水质和服务,确保广大农村居民喝上干净水、安全水、幸福水。

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