泾源县农村饮水安全提升改造工程主干管网监测系统的建设研究.pdf

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯能 源 与 环 境 2023 NO.20 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯泾源县农村饮水安全提升改造工程主干管网监测系统的建设研究白玉亮(宁夏固原市泾源县水利服务中心 宁夏泾源 756400)摘要：泾源水务局在人饮工程管理方面的信息化系统仅人饮工程管理系统和水利部或水利厅垂直下发的信息化系统，而对于主干管网监控系统信息化应用覆盖面窄，在一定程度上影响了工作效率和供水服务水平，导致在主干管网的建设管理、运行维护等方面显得力不从心。为了解决这一难题，泾源县水务局在进行农村饮水安全提升改造工程中加大了对主干管网监控系统的建设。关键词：农村饮水安全工程 主干管网 监测系统 设备选型中图分类号：TU7文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)20-0168-04Research on the Construction of the Main Pipeline Network Monitoring System of the Rural Drinking Water Safety Improvement and Transformation Project in Jingyuan CountyBAI Yuliang(Water Resources Service Center of Jingyuan County,Guyuan,Ningxia Hui Autonomous Region,756400 China)Abstract:The information system of the Jingyuan Water Authority in the management of drinking water projects is only the management system of drinking water projects and the information system issued vertically by the Ministry of Water Resources of the Peoples Republic of China or the Department of Water Resources,but has the narrow coverage of the information application of the main pipeline network monitoring system,which affects work efficiency and the water supply service level to some extent,leading to the powerlessness in the aspects of the construction management,operation and maintenance of the main pipeline network.In order to solve this problem,the Jingyuan Water Authority has increased the construction of the main pipeline network monitoring system in the rural drinking water safety improvement and renovation project.Key Words:Rural drinking water safety engineering;Main pipeline network;Monitoring system;Equipment Selection为解决泾源县广大群众吃水问题、改善当地基本生存条件、维护区域发展和民族团结和谐大局，给当地乡村振兴奠定坚实的基础，在党和国家的关心支持下先后新建了自泾源县境内调水的“固原东山坡引水工程”“宁夏中南部城乡饮水安全水源工程”。泾源县现状共有集中式人畜饮水工程30处，受益人口约118 332人，泾源县农村饮水安全水源提升改造工程共铺设扬水管线及连通管线24条，共56.281 km。1 建设内容主干管网监测布点基于泾源县已建农村饮水安全DOI：10.16661/ki.1672-3791.2303-5042-9813作者简介：白玉亮（1978），男，本科，工程师，研究方向为人饮工程主干管网监测系统的建设。168SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.20 能 源 与 环 境科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION工程，根据工程实际情况，在118处管网分水阀井中安装118套压力传感器、258套流量传感器、258套电动阀。同时，在香水河农村饮水安全工程香水1#阀井、泾河源镇农村饮水安全工程泾河1#阀井、先进农村自来水工程先进1#阀井各安装1套水质监测站，共计3套，监测管网PH/T、浊度、溶解氧参数。2 主干管网监测系统结构主干管网监测采用先进成熟的计算机技术、网络通信技术、自动化监控和传感器监测技术，通过现地监测、控制等自动化设施建设，对供水管网运行情况进行正确预估和分析，对超计划用水、突发水量及漏水事件进行及时处理1。泾源县农村饮水安全工程的入村口与管道分支口布设压力传感器、流量计量、水质监测仪及电动阀门通过420 mA模拟信号或RS485通信方式接入采集控制器，通过无线网络（GPRS/3G/4G）将数据上传至宁夏电子政务云平台，由泾源县人饮信息化平台自动化监控子系统对现场自动化设备进行监控。主干管网监测系统结构如图1所示。系统主要由以下4部分组成。（1）设备控制。包括压力变送器（420 mA电流信号）、流量信号（RS485通信接口、MODBUS-RTU协议）、水质监测仪（420 mA电流信号）、电动蝶阀（阀门开关阀）。（2）数据采集。包括压力、流量、阀门开关状态。（3）数据传输。采用运营商的通信网络（GPRS/3G/4G）。（4）现场设备。包括电动阀门、压力传感器、计量设备（智能远传水表/流量计，根据管径大小进行选择）、水质监测仪、遥测终端、无线通信模块、太阳能供电系统、防雷接地等2。3 主干管网监测功能描述与监控系统建设3.1 功能描述通过管网定点压力监测和流量分区计量等手段，可准确把握供水管网的运行状况，为工程运行监管提供高效、及时、准确的数据依据，提高工作效率和科学管理水平，增强供水管网运行安全性，同时通过管网压力和流量分析及时预警爆管等管线安全问题3。对于3处从水库直接供水入户的工程，需要在分水阀井处安装水质监测仪，采集水质数据，掌握供水水质情况，确保供水水质安全。系统实现的主要功能如下。（1）采集数据随机自报。当被测的监测参数发生一个规定的增减量变化，且与上次发送数据时间间隔流量计电动阀压力计采集控制器应用服务器数据服务器宁夏电子政务云平台GPRS/3G/4GGPRS/3G/4G流量计电动阀压力计采集控制器水质监测仪 图1 主干管网监测系统结构169SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯能 源 与 环 境 2023 NO.20 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯很短时，即自动向数据中心发送一次数据。（2）采集数据定时自报。不管参数有无变化，根据设定的时间，即采集和报送一次数据，调度中心的数据接收设备始终处于值守状态。（3）实现供水管网压力、流量、水质的自动监测和快速采集传输，实现对重要分水节点的供水在线监测，对供水和调水情势进行正确预估和分析。（4）实现监测系统的报警功能，当压力、流量异常时，系统将向控制中心自动报警提示处理，紧急事件得以及时处置。（5）可在总控中心根据管网压力、流量数据进行分析判断管网运行状况，从而实现对电动阀门的自动化控制，及时处置可能出现爆管等问题4。3.2 监控系统3.2.1 设备控制管网监控系统设备控制主要包括分水阀井内电动阀门的自动化控制及远程控制。控制信号接入至采集控制器，并通过GPRS/3G/4G的方式传到政务云平台，实现远程控制。3.2.2 系统安装在分水口前主干管安装压力变送器1台，实现对分水口水压的监测；根据分水阀井出水管数量布设流量计量设备（根据管径大小选择）2台，电动阀2台，实现对分水口分水流量的监测和阀门控制。系统安装如图2所示。3.2.3 数据传输和采集流程各管网监测点的压力、流量、水质数据通过前端传感器进行采集，采集到的数据通过遥测终端设备将数据传输到电子政务云平台数据中心，云服务器对数据进行分析处理，得到管理与监测需要的信息。相关部门也可通过访问电子政务云平台获取所需主干管网的监测信息。（1）信息采集模式。管网监测信息由采集系统采集，并按使用频度和时效性要求分成定期和不定期采集两类。为充分利用各种信息采集资源，便于信息的交流与整合，降低信息采集的成本，同时建立满足各种业务需求的水利信息综合采集系统。（2）信息传输模式。多种信息传输模式，实时采集的时间可以定为分钟级采集，当状态变化时，则将状态信息发送至电子政务云平台数据中心，否则，信息不作发送，以减少传输流量，降低运行成本5。4 设备选型与配置本工程中流量监测可选用超声波流量计、电磁流量计、智能远传水表、直读式水表等监测仪表，技术参数、安装要求、造价、维护成本等比较见表1。综上所述，各流量计有以下特点：（1）直读式水表价格便宜，适用于小管径管道流量测量，但无法实现远程抄表功能，数据无法上传，故不适合本项目使用要求；（2）智能远传水表价格相对便宜，小管径（DN50）水流方向主干管1#支管P采集控制器压力表流量计量设备电动阀2#支管 图2 系统安装170SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.20 能 源 与 环 境科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION条件下，测量较为精准，安装简单，易维护；（3）超声波流量计，价格相对低于电磁流量计，安装维护方便，比较适用于中型满管管径（DN80DN600）监测，但测量精度低于电磁流量计；（4）电磁流量计精度相对较高，部分安装环境需停水、断管，适用于流量精度要求高，管径（DN10）的管道流量监测，本方案采用精度高、性能稳定的电磁流量计6。5 结语泾源县农村饮水安全提升改造工程通过主干管网监测系统的建设改变了传统的工作模式，从而实现了纸质化办公向信息化办公迈进，从“分散使用”向“共享利用”转变，能够准确地把握供水管网的运行状况，为工程运行监管提供高效、及时、准确的数据依据，提高工作效率和科学管理水平，增强供水管网运行安全性，同时通过管网压力和流量分析及时预警爆管等管线安全问题。参考文献1 纪明辉,石如泽.南水北调中线工程闸门远程控制技术浅析J.河南水利与南水北调,2022,51(1):40-42.2 徐微西.基于LoRa的水质在线监测系统设计D.青岛:山东科技大学,2019.3 刘闰豪.基于物联网的供水管网监测系统的研究与设计D.合肥:安徽建筑大学,2020.4 田守安,王洪君.无线4G管网监测系统在新疆某工程中的应用J.自动化仪表,2022,41(1):91-94.5 王梦坤.智能管网在线监测预警系统的研究D.淮南:安徽理工大学,2023.6 李慧,潘劭博.水利信息化建设过程中流量计选型维护经验探讨J.内蒙古水利,2021(7):33-35.表1 设备选型及配置表对比项测量精度长期测量精度管径要求压力等级满管条件安装维护压力损失通信方式造价维护超声波流量计0.5%1管径不变，测量精度不会发生变化DN25DN5 000DN25300：PN4.0 MPaDN300600：PN2 MPaDN7002 000：PN1 MPa需满管测流量安装简单，施工难度小无额外压力损失，减小供水能耗420 mA、RS485、GPRS3 00020 000元易维护，率定周期长，成本低电磁流量计0.5 m/s，0.5%R1%R；0.5 m/s，5 mm/s管径不变，测量精度不会发生变化DN10DN3 000，更适用于大管径管道的流量测量DN1080：PN4.0 MPaDN100150：PN1.6 MPaDN200500：PN1.0 MPaDN500以上：PN0.6 MPa需满管测流量安装复杂，部分安装环境需停水、断管小420 mA、RS485、GPRS6 000100 000元需定期率定，维护费用高智能远传水表2%3%滚珠可随机变换磨损点，测量精度不会随着磨损产生变化适用于小管径安装，在DN200的管道上安装简易，精度更高1.0 MPa需满管测流量小管径安装简易低损失RS485、GPRS1 00018 000元内置不锈钢滤网，减少水表故障率，基本免维护直读式水表2%5%精度会随时间的增长而降低，增大测量误差适用于小管径安装MAP10需满管测流量须判断安装方向，方向安装会造成计量损失大人工抄表，无法实现远程抄表功能5001 000元容易堵塞，磨损件磨损严重，使用寿命短，成本增加171