涇源縣農村飲水安全提升改造工程主干管網監測系統的建設研究

白玉亮

(寧夏固原市涇源縣水利服務中心 寧夏涇源 756400)

為解決涇源縣廣大群眾吃水問題、改善當地基本生存條件、維護區域發展和民族團結和諧大局，給當地鄉村振興奠定堅實的基礎，在黨和國家的關心支持下先后新建了自涇源縣境內調水的“固原東山坡引水工程”“寧夏中南部城鄉飲水安全水源工程”。涇源縣現狀共有集中式人畜飲水工程30處，受益人口約118 332人，涇源縣農村飲水安全水源提升改造工程共鋪設揚水管線及連通管線24條，共56.281 km。

1 建設內容

主干管網監測布點基于涇源縣已建農村飲水安全工程，根據工程實際情況，在118處管網分水閥井中安裝118 套壓力傳感器、258 套流量傳感器、258 套電動閥。同時，在香水河農村飲水安全工程香水1#閥井、涇河源鎮農村飲水安全工程涇河1#閥井、先進農村自來水工程先進1#閥井各安裝1 套水質監測站，共計3套，監測管網PH/T、濁度、溶解氧參數。

2 主干管網監測系統結構

主干管網監測采用先進成熟的計算機技術、網絡通信技術、自動化監控和傳感器監測技術，通過現地監測、控制等自動化設施建設，對供水管網運行情況進行正確預估和分析，對超計劃用水、突發水量及漏水事件進行及時處理[1]。

涇源縣農村飲水安全工程的入村口與管道分支口布設壓力傳感器、流量計量、水質監測儀及電動閥門通過4～20 mA模擬信號或RS485通信方式接入采集控制器，通過無線網絡（GPRS/3G/4G）將數據上傳至寧夏電子政務云平臺，由涇源縣人飲信息化平臺自動化監控子系統對現場自動化設備進行監控。主干管網監測系統結構如圖1所示。

圖1 主干管網監測系統結構

系統主要由以下4部分組成。

（1）設備控制。包括壓力變送器（4～20 mA電流信號）、流量信號（RS485通信接口、MODBUS-RTU協議）、水質監測儀（4～20 mA電流信號）、電動蝶閥（閥門開關閥）。（2）數據采集。包括壓力、流量、閥門開關狀態。（3）數據傳輸。采用運營商的通信網絡（GPRS/3G/4G）。（4）現場設備。包括電動閥門、壓力傳感器、計量設備（智能遠傳水表/流量計，根據管徑大小進行選擇）、水質監測儀、遙測終端、無線通信模塊、太陽能供電系統、防雷接地等[2]。

3 主干管網監測功能描述與監控系統建設

3.1 功能描述

通過管網定點壓力監測和流量分區計量等手段，可準確把握供水管網的運行狀況，為工程運行監管提供高效、及時、準確的數據依據，提高工作效率和科學管理水平，增強供水管網運行安全性，同時通過管網壓力和流量分析及時預警爆管等管線安全問題[3]。

對于3 處從水庫直接供水入戶的工程，需要在分水閥井處安裝水質監測儀，采集水質數據，掌握供水水質情況，確保供水水質安全。

系統實現的主要功能如下。

（1）采集數據隨機自報。當被測的監測參數發生一個規定的增減量變化，且與上次發送數據時間間隔很短時，即自動向數據中心發送一次數據。（2）采集數據定時自報。不管參數有無變化，根據設定的時間，即采集和報送一次數據，調度中心的數據接收設備始終處于值守狀態。（3）實現供水管網壓力、流量、水質的自動監測和快速采集傳輸，實現對重要分水節點的供水在線監測，對供水和調水情勢進行正確預估和分析。（4）實現監測系統的報警功能，當壓力、流量異常時，系統將向控制中心自動報警提示處理，緊急事件得以及時處置。（5）可在總控中心根據管網壓力、流量數據進行分析判斷管網運行狀況，從而實現對電動閥門的自動化控制，及時處置可能出現爆管等問題[4]。

3.2 監控系統

3.2.1 設備控制

管網監控系統設備控制主要包括分水閥井內電動閥門的自動化控制及遠程控制?？刂菩盘柦尤胫敛杉刂破?，并通過GPRS/3G/4G 的方式傳到政務云平臺，實現遠程控制。

3.2.2 系統安裝

在分水口前主干管安裝壓力變送器1 臺，實現對分水口水壓的監測；根據分水閥井出水管數量布設流量計量設備（根據管徑大小選擇）2 臺，電動閥2 臺，實現對分水口分水流量的監測和閥門控制。系統安裝如圖2所示。

圖2 系統安裝

3.2.3 數據傳輸和采集流程

各管網監測點的壓力、流量、水質數據通過前端傳感器進行采集，采集到的數據通過遙測終端設備將數據傳輸到電子政務云平臺數據中心，云服務器對數據進行分析處理，得到管理與監測需要的信息。相關部門也可通過訪問電子政務云平臺獲取所需主干管網的監測信息。

（1）信息采集模式。管網監測信息由采集系統采集，并按使用頻度和時效性要求分成定期和不定期采集兩類。為充分利用各種信息采集資源，便于信息的交流與整合，降低信息采集的成本，同時建立滿足各種業務需求的水利信息綜合采集系統。

（2）信息傳輸模式。多種信息傳輸模式，實時采集的時間可以定為分鐘級采集，當狀態變化時，則將狀態信息發送至電子政務云平臺數據中心，否則，信息不作發送，以減少傳輸流量，降低運行成本[5]。

4 設備選型與配置

本工程中流量監測可選用超聲波流量計、電磁流量計、智能遠傳水表、直讀式水表等監測儀表，技術參數、安裝要求、造價、維護成本等比較見表1。

表1 設備選型及配置表

綜上所述，各流量計有以下特點：（1）直讀式水表價格便宜，適用于小管徑管道流量測量，但無法實現遠程抄表功能，數據無法上傳，故不適合本項目使用要求；（2）智能遠傳水表價格相對便宜，小管徑（DN≤50）條件下，測量較為精準，安裝簡單，易維護；（3）超聲波流量計，價格相對低于電磁流量計，安裝維護方便，比較適用于中型滿管管徑（DN80～DN600）監測，但測量精度低于電磁流量計；（4）電磁流量計精度相對較高，部分安裝環境需停水、斷管，適用于流量精度要求高，管徑（DN≥10）的管道流量監測，本方案采用精度高、性能穩定的電磁流量計[6]。

5 結語

涇源縣農村飲水安全提升改造工程通過主干管網監測系統的建設改變了傳統的工作模式，從而實現了紙質化辦公向信息化辦公邁進，從“分散使用”向“共享利用”轉變，能夠準確地把握供水管網的運行狀況，為工程運行監管提供高效、及時、準確的數據依據，提高工作效率和科學管理水平，增強供水管網運行安全性，同時通過管網壓力和流量分析及時預警爆管等管線安全問題。