上海市嘉定区智能污水管理系统的建立和应用

裘慧珺

上海市嘉定区给排水管理所，上海 201800

污水系统是城市建设的重要基础设施，主要由污水管网、污水泵站和污水处理厂等组成。污水系统的安全运行关系到社会经济稳定发展和人民生活安定。随着城市化的迅速发展，污水系统越来越复杂、越来越庞大，对污水系统的运行管理、养护管理和科学决策等提出了越来越高的要求。但由于缺乏污水系统的动态运行情况，从而在养护管理上难以有效评估，在系统运行和调度上难以有效管理。

2013年10月，国务院公布《城镇排水与污水处理条例》，该条例于2014年1月1日开始施行。该条例主要强调智慧水务作为城市的发展方向，提倡改变城市污水处理行业停留在分散式管理阶段的现状，要求加快污水系统信息化建设。

2014年6月3日国务院办公厅出台《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（27号文件）。文件提出提高科技创新能力，加大城市地下管线科技研发和创新力度，鼓励在地下管线规划建设、运行维护及应急防灾等工作中，广泛应用精确测控、示踪标识、无损探测与修复、非开挖、物联网监测和隐患事故预警等先进技术。一系列政策的出台，都鼓励和提倡利用信息化手段管理城市污水系统。

随着嘉定区城市化进程的高速发展，近年来区域内的排水管道设施系统建设速度也逐步跟进，至2017年底，嘉定区的城镇污水处理率已达到90%。随着嘉定区智慧城市的全面推进，为全面提升业务系统的科学管理能力，智能污水信息系统建设提上议事日程。

1 嘉定区排水系统现状

目前，嘉定区域城镇污水治理己确立了“以分散处理为主、集中外排处理为辅”的污水治理方针，形成了“四片四厂一外排管”的污水治理格局。嘉定区污水处理系统主要分为嘉定新城片污水处理系统、安亭片污水处理系统、嘉定北区片污水处理系统及南部片南翔、江桥、真新区域（就地+外排）污水处理系统4个，涉及嘉定大众污水处理厂、安亭污水处理厂、嘉定北区污水处理厂3座已投运污水处理厂以及刚建成的南翔污水处理厂，现有污水处理规模为42.5万t/d，出水水质均不低于国标一级A排放；至2017年，嘉定区已建排水管道达到约1800km，其中污水管道约900km，区管污水泵站50 余座。

2 污水信息化系统建设之前区域排水管理中存在的问题及需求分析

（1）嘉定区排水管网长，辐射范围比较大，整个排水管网比较复杂。目前针对管网的管理主要依靠WEBGIS系统。此系统只有管网的静态数据，整个管网运行的动态数据处于空白。由于不能掌握整个管网运行的动态信息，管网系统出现堵塞、污水外溢等问题时，只能依靠人工巡查或市民投诉才能得知，管理单位不能及时得知相关信息，进而不能及时处理和发出预警。作为管理单位需要掌握管网全部信息，包括静态信息和动态信息。只有掌握了管网的全部信息，才能更好的管理管网系统，且这种管理模式也符合未来嘉定智慧城市的发展方向。

（2）嘉定区排水泵站较多，泵站分布比较分散，排水泵站又是保证整个嘉定排水系统正常运作的关键设施。目前的管理者如果需要了解排水泵站的运行信息需要通过电话联系泵站值班人员或者泵站月运行记录报表。由于管理单位不能及时地掌握泵站运行信息，导致不能合理、科学和有效的管理泵站，也制约了泵站排水能力的发挥。通过建立排水泵站远程监控平台，实时掌握泵站的运行信息，管理者才能高效、科学地管理和调度泵站运行，才能发挥泵站的最大排水能力。

（3）由于嘉定区城市化发展速度快，进入污水厂的水质波动范围大，由于没有提前预警措施，导致污水厂不能及时调整处理工艺来应对超标污水，且对超标污水来源无法判断。为了应对这种日益严峻的管理问题，需要在排水系统的终端泵站或者主要服务工业区的泵站建设水质在线监测预警系统，若监测点水质出现超标，发出预警信息。管理单位和污水厂可以快速的根据预警信息的内容执行相应的预案或者紧急措施。

（4）嘉定区管网建设年代久远，很多管道出现了不同程度的渗漏、误接和偷排，整个污水系统的渗入率较高，从而导致污水厂的运营成本居高不下。针对渗漏源和误接点查找目前只能依靠人工全范围寻找，由于范围大，所以寻找难度大。由于缺乏终端泵站的流量数据，污水厂也无法根据实际情况进行相应的调整。通过在终端泵站建设流量监测点，实时监测流量数据，可以让管理者和污水厂实时掌握流量信息，方便管理者对污水厂进行运营管理。也可以为管网渗漏源、误接点和偷排查找提供科学的数据支撑。

3 污水信息化系统建设主要目标、内容及功能展示

3.1 建设目标

通过先进的传感和监测技术，实现各类污水系统设施运行信息的全面动态感知；整合嘉定水务系统业务数据，实现全面互联和信息实时共享，提高发现问题的及时性，处置问题的高效性以及分析问题的科学性，逐步实现“实时感知水信息、准确把握水问题、深入认识水规律、高效运筹水系统”的“智慧水务”建设目标，形成与经济社会发展相适应、与水行业发展相协调的智慧管理格局。本项目建设完成后，将逐步整合水务系统其它资源，包括：排水、防汛、水资源等，最后形成嘉定水务系统的综合管理平台。

（1）实现污水管网状态的全面感知。建设一套基于管网液位监测终端的管网动态监测系统，掌握管网的动态运行情况，对污水管网满溢等问题进行实时预警。

（2）实现污水泵站运行状态的监测。通过对泵站运行工况数据的采集和上传，实现对污水泵站的动态监测与实时预警。

（3）实现污水系统“管-泵-厂”一张图的动态掌握。一张图实现对排水管道、窨井（检查井）、泵站、污水处理厂、厂站设施设备的现有状态管理、管网网络分析、更新养护管理等。现有状态管理主要是实现对各种排水设施现状情况的记录、运行状态分析等。管网网络分析是需要先建立管网拓扑，可以进行管网连通性分析、纵横断面分析、坡度分析，以及对排水系统内的管网进行合理性评价等。

通过污水管网运行数据和污水泵站运行数据的结合，动态掌握整个污水系统的运行状态，实现整个污水系统各个环节的实时报警。通过科学决策发挥出整个污水系统的最大效能，降低污水系统在应急运行中的风险，减少污水外溢的事故。

3.2 主要建设内容

污水信息化系统一期建设内容分为硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统主要建设内容是动态数据采集，软件系统主要建设内容是智慧水务平台搭建和相关功能模块开发。

3.2.1 硬件系统

管网液位监测终端部署：根据嘉定污水管网的实际情况，结合主要管网液位监测布点原则，本期在区域内污水主要管网交接井建设120个液位监测终端，以此初步掌握管网动态运行的信息。图1为北工业区点位图。

图1 北工业区点位图

泵站流量监测点部署：根据嘉定实际情况，初期对4片一外排区域的16座重点泵站建设流量及液位监测点，以此满足管理运行单位对整个区域内泵站流量、日常工况监测的需求。

污水厂实施监控集成：实现对目前在运的三座污水处理厂（大众、北区、安亭厂）现有的污水监控中控数据的集成，将原有的污水厂监测数据集成展示到综合信息系统中，实现一张图展示。

3.2.2 软件系统

智慧排水平台的建设。主要包括智慧排水平台的搭建、数据库设计、UI设计等。

功能模块的开发。管网动态监测子系统，泵站远程监测子系统，水质在线监测子系统。

排水系统一张图。包括排水管网形状区分电子化、排水管网管段和泵站概化，管网能力评估，报警管理，排水能力分析。

信息集成。污水厂监控信息的集成、整合。

3.3 功能展示

3.3.1 污水系统一张图

结合嘉定实际情况，对污水管网监测数据、泵站工况数据、水量数据等进行集中展示和分析。通过对管网能力进行评估，是对管网性能分析的重要手段；通过管网能力分析，可以对管网的使用年限、建造时间、所属单位、管径大小、走向、材质，坡降以及易淤塞能力等进行归类或划分等级并进行综合评估。污水系统一张图如图2所示。

图2 污水系统一张图

3.3.2 管网动态监测子系统

结合嘉定实际情况，部署管网液位监测终端，达到动态掌握污水管网运行状态的目标。综合利用现有GIS系统，结合污水管网水位监测数据的综合处理分析，实现污水管网的动态监测、实时预警。

（1）GIS展示。软件实现GIS地理信息系统的基本功能，对污水管网和泵站等进行矢量展示，并配备有鹰眼导航、标注显示、图层管理和管网数据表格等辅助显示功能。

（2）管网编辑。将污水管网的各个部件按照功能和特性进行分类，定义多种类型的水文、水力要素，并将各自按照形状特性分为不同的点、线、面表达形式进行表达，管网可视化编辑可以准确的实现管网形态的矢量表达，直观的将管网的平面拓扑关系表达出来，便于将监测数据的关联性更加直观的表达出来。

（3）数据分析。实现对管网历史数据的展示分析，包括：管网水位历史分析、管网历史纵断图分析、管网历史水位同比分析、多管段历史水位对比分析4部分内容。

①管网水位历史分析。提供多种形式的管网水位历史分析功能，包括管网历史纵断图分析，管网历史水位同比分析以及多管段历史水位对比分析。

②管网历史纵断图分析。通过对一段联通管段的运行历史数据进行纵剖面模拟展示，通过对比管网运行中前后管网的水位变化关系实现管网状态分析，效果如图3所示。

图3 管网水位剖面图

③管网历史水位同比分析。对管网水位监测历史数据，按照三天、七天以及自定义的方式进行24h同比展示分析，可以查看管网日常调度规律，效果如图4。

图4 管网水位情况

（4）动态监测。污水系统液位动态监测展现各测点水位、流速数据和状态。

（5）报表统计。通过对水位信息的的整理和运算，获取历史整点水位数据，以及历史数据最大值、最小值、平均值以及累计值等信息，实现单点历史数据表，单点年月日报表，以及多点综合报表。

①单点历史数据表。对单个监测点的历史水位按照不同的时间设定获取整点数据进行曲线和Excel导出。

②单点年月日报表。按照年月日以及季度报表的形式对液位的整点值，年月日最大值以及发生时间，最小值以及发生时间，平均值，累计值等进行统计并以报表的形式展示，提供Excel导出。

③多点综合报表。对多个点位的年月日以及季度报表进行对比展示，提供特征值柱状图对比分析，并实现Excel导出。

（6）报警及管理。①实时报警。对出现异常情况，水位超警、超限的预警和报警信息进行实时语音颜色和短信通知等。

②报警控制。为每一个监测点位设置监测范围，预警范围，超警范围等，并配置不同区间不同的报警形式，实现分类、分形式报警控制。

③历史报警查询统计。对历史报警信息按照时间，报警类型，报警状态，以及报警严重程度等规则进行查询统计，提供Excel导出。

（7）查询与统计。提供管网属性查询功能，对管网组件、空间信息、管理资料等进行图选查询、条件查询、地名查询、分级查询，并且查询结果能实现图表互查。管网属性信息统计如图5所示。

图5 管网属性信息统计

4 结语

排水行业管理中的基础管理是排水设施管理，业务开展主要围绕排水设施进行。因此，加强对排水设施数据的普查、校验、设施管理，可以为排水信息化建设提供准确、完整的数据资源。实践表明，污水处理厂和排水管网的一体化运营，更符合城镇排水系统的内在特性以及作为城镇基础设施的服务定位，更有利于充分发挥其水环境保障功能。

嘉定区污水信息化系统的建立并成功投入使用，为区域污水系统管理者提供了观察、监控城市污水系统总体运行状况的全新视角，通过与区水务局及相关单位先期建立的各类信息化平台的信息联动和各部门的资源共享，提升污水系统管理的执行效率并有效解决小区污水倒灌和污水外溢马路，提高发现问题的及时性，处置问题的高效性以及分析问题的科学性，提升政府的高效服务水平，为其他地区排水信息化管理提供了一定参照。

[1] 中华人民共和国国务院.城镇排水与污水处理条例[G].2013.

[2] 国办发〔2014〕27号，关于加强城市地下管线建设管理的指导意见[S].

[3] 王文强.上海市排水行业管理信息化建设分析[J].中国给水排水，2016，（18）：8-13.

[4] 王欢欢.“智慧排水”信息化运营管理实践[J].中国建设信息化，2017（3）：26-28.