物联智慧泵站区域化管理及标准化设计

马仕麟 范朔诚 薛伯良

摘要：我国城镇水体治理进程中，智慧一体化泵站的作用十分显著。本着为水体治理工程整体提质增效，增强水体治理政府项目的整体规划性、目的性和功能性，该文提出通过对所在区域进行SWMM建模，结合历年的降水数据、区域化气象数据以及泵站现场的数据采集，依托物联云平台对智慧泵站进行区域化管理的实施方案，以及在政府相关项目、相关行业中推进行业标准建设的设想。

关键词：智慧泵站  截流排污  区域化管理  行业标准

中图分类号：X7   文献标识码：A   文章编号：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，住房和城鄉建设部、生态环境部和国家发展改革委联合发布《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019—2021年）》（建城[2019]52号），该方案全面推动生活污水收集处理设备的改建工作，城镇污水处理实现管网、泵站、厂站的整体提质增效[1]。截流排污泵站作为智慧水务系统的一个重要环节呈现出重要的作用。

1 智慧泵站水体治理现状

城市黑臭水体的主要污染来源为：水体外污染物直接排入、水体内源污染、水循环不畅与水温升高，其中由降水冲刷地面进入水体的污染物不断增加成为外源污染的一个主要途径。

1.1 截流排污泵站的治污原理

目前一体化的截流排污泵站的典型结构如图1所示，其治污的典型工况有以下3种，可有效减少水体外源污染。

晴天截流模式：雨水出水口闸门关闭，城市污水直接流入污水管道;在污水管网水位较高通过水泵强排，将污水送至污水厂处理。初雨截流模式：雨水出水口闸门关闭，污水口闸门打开将初期雨水送至污水厂处理;随着降雨的持续，关闭污水口闸门，开启雨水闸门，让中后期雨水排出。雨季直排模式：雨水直排至河道。

1.2 水体治理现状

以江苏省为例，到2019年底，江苏设区市和太湖流域县级城市建成区黑臭水体治理列入年度整治计划的148个黑臭水体中，总体整治进度达97.9%，且计划从2020年开始，江苏省计划用两年时间，完成苏中苏北地区黑臭水体整治工作[2]。

2 智慧泵站区域化整体管理的现实基础及必要性

2.1 智慧泵站区域化整体管理的现实基础

随着物联技术的普及，截流排污智慧泵站因其设备传感器设置全，已实现自动化管理、远程管理，可感知诸如雨量、水质、设备状况等诸多现场情况[3-5]。另外，目前水体治理项目一般都以区域范围整体进行整体建设，为区域化整体管理提供了政策保障。所以，目前实现区域化的智慧泵站整体管理，已具备全面推广实施的条件。

2.2 智慧泵站区域化整体管理的必要性

目前某公司使用统一的物联平台，可以采集区域气象信息、各泵站运行数据及现场数据。区域范围内的天气情况，采用分布式气象数据采集装置进行区域气象信息采集对突发气候预警提供数据支持。各泵站运行数据以及现场数据，由各个现场物联设备采集。再结合历年降水数据，则可实现：提前进行污水管段排空，为降雨时的初期污水流量处理提供系统空间，应对各类突发天气状况;对各个泵站的运行工况进行协调控制使其处于效率最优点;对于直启泵站給出优化值（PID控制泵站无需设置）降低能耗。

3 智慧泵站区域管理思路与实现

智慧泵站区域管理，可以通过以下两个方面的设计、规划，来逐步实现。

一方面，按区域进行SWMM建模，将该区域排水概化，划分子汇水区、污水管段、截污功能管段等数据[6]。将区域地块中的各类土地按利用类型划分，并在其上标注已有的排污管段及其管径、深度等数据（图中未标，需结合市政管网数据标定）;选取SS（悬浮物，主要为城市地标径流水中污染物）、COD（有机物）、TN（总氮量，水中各种形态无机和有机氮的总量）和TP（总磷）四种指标作为对象，基于SWMM模型的污染物累积方程（指数函数形式）对各类土地利用类型的拟定污染物累积参数;使用指数冲刷模型方程确定各种土地利用类型的冲刷模型参数[7]。

另一方面，对区域进行水文参数确定，确定各区域的土壤类型，采用何种入渗模型，结合地图进行确认该区域的每个汇水区面积、洼蓄量。根据不同水质模块参数设定，通过对历年降水的水量数据与目前各泵站的排水流量进行比对校核，可以做出模型，拟定各泵站溢流控制对策[8]。

最后，通过SWMM模型模拟历年的降雨数据，提高在溢流对策下排污处理的效率;同时使用物联平台采集各泵站运行数据，结合历年降水数据，优化各站的运行控制，进行管网预排空、各站启停协作、预测性动作等操作，各泵站的能耗、效率，均可得到有效提升。

4 标准化建设、管理的建议

如需达到按区域进行一体化智能截流井协同控制的目的，建议目前在建、已建的项目，对以下几个方面进行整体的设计、提出具体的功能需求。

（1）完善各个项目的物联网数据采集、控制功能，并有数据、控制共享的功能。

（2）按照行政区域划分，对各个区域进行SWMM建模，由主管部门相关人员对区域内的水体智能设备进行统一数据采集，建立数据采集、建议运行参数下发的平台。

（3）设定相关规定，要求各水体智能设备的所有者在安全运行的前提下对设备按照建议运行参数进行设定，达到区域协同操作的目的。

（4）汇集各设备的截污流量、耗能等参数，制定单个设备水体治理效率的参数，可在环境、能耗等经济相关领域进行政策引导。

（5）通过与行业中规模大、技术成熟、企业规范（标准）完善、物联控制技术及理念成熟的企业进行共商共建，建立地区水体治理智慧设备的建设、施工、性能等方面的标准，并推广到行业、国家。

5 结论

通过以上措施，在后续新建区域化的水体治理项目时，政府及相关招标部门可以考虑把区域化管理的各项建模、控制优化等项目内容作为考核点，从而推动一批能耗、效率并重的水体治理设备标准及示范项目的建设。通过区域化的建模、优化管理，这些项目必然在城市水体治理、节能环保上获得一定成效，并能同时促进相关行业企业的标准统一、不断向智能化方向提升。

[1] 2019年中国环保产业政策综述[C]//中国环境保护产业发展报告（2020）.，2020：296-339.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.2019年江苏黑臭水体整治进度已达97.9% [EB/OL].（2019-12-23）[2019-12-23].https：//www.mohurd.gov.cn/xinwen/dfxx/201912/20191223_243203.html.

[3] 王雷.一体化智慧截流提升井在控源截污工程中的应用[J].市政技术，2021，39（5）：140-142，150.

[4] 邵茜.智慧泵站平台在水利工程管理中的应用[J].治淮，2021（1）：29-30.

[5] 华铮，张胜雷，杨天龙，等.智慧截流井自动化控制技术设计及应用[J].住宅产业，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] 陈盛达，冯一军，吴荣波，等.基于SWMM的截流式排水系统溢流研究与对策[J].中国给水排水，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.