宁夏沙坡头区“互联网＋城乡供水”一体化工程关键技术应用研究

李桂云

（中卫市水利勘测设计院（有限公司），宁夏中卫 755000）

0 引言

实施乡村振兴战略，要坚持农业农村优先发展，有序推进各类村庄的农村供水工程建设，加快农村供水转型发展，推动发展方式从饮水安全向农村供水保障转变，用水方式从粗放用水向高效节约、精细管水转变，投入方式从政府投资为主向多元投资、市场投资转变。按照“规划建设一体化、运行管理专业化、供水服务智慧化”的原则，重点依托可靠和优质大水源，通过“大水源、大水网、大联通、大水厂”建设，着力“城乡一体、水源互通、丰枯互济”的现代化城乡供水工程网、信息网、服务网“三张网”，逐步实现城乡供水服务均等化。为加快补齐沙坡头区城乡供水基础设施短板，加快建立城乡供水工程网、信息网和服务网，全面提升全区城乡供水安全保障能力和管理服务水平，确保城乡居民喝上“放心水”，落实自治区推广“互联网+人饮”的号召，推广建设沙坡头区“互联网+城乡供水”项目。

1 项目概况

1.1 自然条件

中卫市沙坡头区位于宁夏回族自治区中西部宁夏、内蒙古、甘肃交界地带，东邻中宁，南邻吴忠市同心县、海原县及甘肃省靖远县，西接甘肃景泰县，北与内蒙古阿拉善左旗接壤。地处东经104°17′～105°42′、北纬36°40′～37°44′之间。沙坡头区土地总面积6 877.25 km2，是中卫市的政治、经济、文化中心。据2019年末统计，全区户籍总人口41.73万人，其中城镇人口18.49万人，乡村人口23.25万人。根据沙坡头区地理位置分布特点，将沙坡头区城乡供水分为三个片区，分别为河北片区、河南片区和香山兴仁片区。本项目设计范围为沙坡头区10镇1乡147个行政村15.00万户46.16万人，其中城镇人口23.41万人，农村人口22.75万人。其中河北片区包括沙坡头区主城区及文昌镇、滨河镇、镇罗镇、柔远镇、东园镇和迎水桥镇共6乡镇9.72万户28.93万人。河南片区包括沙坡头区常乐镇、永康镇及宣和镇共3乡镇4.47万户12.49万人。香山、兴仁片区包括香山乡、兴仁镇1镇1乡1.58万户4.73万人。

1.2 工程现状

1.2.1 工程建设方面

随着社会经济的发展，结合厕所革命、农村“阳光沐浴”等战略的提出，40 L/d的供水定额已无法满足实际用水需要，局部地区存在供水水量不足的问题。根据《宁夏回族自治区“十四五”城乡供水规划》，确定的沙坡头区农村人饮供水定额为70 L/人·d，过去的建设项目人均供水定额基本采用40 L·人/d的标准进行设计，供水定额提高后，现状部分供水管网流量已无法满足供水要求，急需提升改造。此外，部分管道、建筑物年久失修，有安全隐患。

1.2.2 自动化与信息化方面

用水户末端计量仍以机械水表为主，不满足“互联网+城乡供水”建设要求；各级管道分水口和骨干管道关键部位缺少自动化量测及监控设备，不利于及时发现故障、抢修维护，无法提高供水保障率；各供水工程水源、水厂、泵站等站点供水调度各自独立，且管理站点较为分散，不利于统一调度；部分站点通信网络设备老旧、通信技术落后，数据传输延时高，且易受环境影响，无法保障远程监控的实时性及安全性；现状信息化软件系统功能不完整，且部署较为分散，不满足“互联网+城乡供水”管理要求。

1.2.3 工程管理与服务方面

管理方面短板从宏观方面分析主要有三点：①现状管理难以实现国家和宁夏水利行业对保障城乡供水安全要求的体制和机制；②现状管理方式难以实现人饮高质量保障供水的可持续发展；③难以让老百姓感受到先进的技术、现代化的管理为用水户提供的便捷的服务方式。

2 “互联网＋城乡供水”一体化工程关键技术

2.1 工程网项目关键技术

2.1.1 阀井结构形式比选

由于联户阀井数量多、分布广，是土建部分制约工程投资和工期的主要因素，初设阶段为合理优化联户阀井选型，现目前常用阀井型式有现浇钢筋混凝土阀井、预制钢筋砼方形阀井、预制钢筋砼圆形阀井、砖混结构阀井等4种型式，下面分别从联户阀井造价、耐久性、施工工期、施工难度、防水性能等方面进行综合比选。具体如表1所示。

表1 阀井型式比选表

经比选，虽然钢筋砼现浇阀井结构最稳定，防水效果最好，但由于投资较高，施工占地面积较大、施工工序繁琐、耗时长，且本工程阀井数量多、片区分散，采用现浇阀井无法满足工期要求；预制钢筋砼圆形阀井与砖混圆形阀井都不是整体式阀井，防水效果不佳，且内部空间小。经多方面比选，考虑到工期与整体效果要求，设计采用预制钢筋砼方形阀井，投资相对适中，防水效果较好，并且施工方便。

2.1.2 管道穿路方案比选

本次设计包括供水管网提升改造，大部分管道沿道路敷设，供水干管、供水支管及入村管大部分采用开挖敷设。沙坡头区现状村镇巷道98%以上都是混凝土硬化路面，故本次入巷管道敷设提出两种方案。

采用拉管施工方法。拉管施工可在阀井处开挖工作坑，各个阀井之间的管段敷设直接采用拉管敷设，该施工方法可减小对交通的影响，但是管径越大投资越高。优点是回避了开挖施工中存在的对交通、周边建筑及地下管线影响大，路面、房屋等需要大面积拆除并恢复而导致的资源浪费；缺点方面，对拉管管材的质量要求高，要求环刚度在12.5 KN/m2以上的管材，从而使大于DN800 mm以上的大管径管道管材目前还无法保证此环刚度而不具备拉管施工条件。

采用破路开挖施工方法。此方案为在硬化路的一侧拆除一定的宽度，然后开挖把管道埋入，回填夯实后把路面恢复原貌。该方案施工方法简单，但是对交通影响较大，且协调工作量大。

综合投资金额可看出，管径≤160 mm穿路时采用拉管的施工方法比较经济，管径＞160 mm穿路时采用破路开挖的施工方法比较经济。故本次设计管径＞160 mm穿路时采用破路开挖，管径≤160 mm穿路时采用拉管施工。

2.2 信息网项目关键技术

2.2.1 管网监测设备比选

本次将从传输方式、传输稳定性、采集频率、对供电的要求、安装方式、投资费用等方面对以上两种方案进行比选。

方案一：采用流量压力一体式监测设备。流量压力一体式监测设备采用超声波水表及压力传感器集成的方式，通过数据监控仪设备进行连接，网络传输方式采用无线4G公网，采用锂电池为数据监控仪及流量压力采集设备供电。方案二：采用流量压力分体式监测设备。流量压力分体式监测设备采用独立的超声波水表及压力传感器对管网供水流量及供水压力进行监测，单独配置无线采集传输设备进行连接，网络传输方式采用无线4G公网，采用太阳能供电系统为无线采集传输设备及流量压力采集设备供电。具体比选参数如表2所示。

表2 管网监测设备比选参数

在传输方式、传输稳定性及采集频率都满足本项目使用需求的情况下，且一体式监测设备也可使用太阳能供电，在供电可靠性上能达到与分体式监测设备统一上水平，同时一体式监测设备集成程度高，设备维护工作量较低。经综合分析比较，本阶段推荐分水口监测设备采用一体式监测设备，即流量、压力集成一体的监测设备。

2.2.2 网络安全方案比选

一般情况下，网络安全建设规划可划分为可研阶段、实施阶段、维护阶段、运营阶段和持续建设阶段，要从技术赋能、管理变革、业务发展几个维度进行设计。

基于本工程实际管理现状，本阶段暂按照以工控系统为主要建设对象，并且以基础防御为主体，安全物理环境和管理不在本期建设范围之内，在满足等级保护，充分考虑补充措施、实用性原则、残余风险以及顺利通过等保的基础上，初步提出了基本配置、中等配置、高等配置三种方案。

方案一：基本配置。基本配置是考虑在等保测评得分70～80分基础上，提出的最简单配置，除必要的安全设备之外，充分考虑补充措施、手动加固、设备本身策略配置提升等措施。

方案二：中等配置。中等配置是在基本配置基础上，等保的分可达80～90分，针对基本配置中丢分项和部分适用性原则项、补偿项等会存在争议的测评点进行完善，确保测评较高通过率。

方案三：高等配置。高等配置方案是在中等配置基础上进行产品优化提升，产品功能、性能、进行升级，由于配置升级产品价格提升、但随着功能的兼容，也可省去额外产品的投入，降低维修成本、减少故障点。

综上所述，考虑到宁夏“十四五”城乡供水工程的特点和项目的经济性要求，本阶段的网络安全设计标准，暂按照能够通过等保为目标，推荐方案一，同时增加人工干预（安全策略配置）项，并将方案二作为后续提升补偿方案，方案三则可列为后续持续改进和安全运营之备选方案。

3 结语

城乡供水一体化是未来农村饮水发展的大趋势，本文通过分析沙坡头区农村饮水安全工程的供水调度和计量收费管理问题，以保障城乡居民饮用“放心水”为出发点，以提供优质供水服务为宗旨，针对工程建设方面、自动化与信息化方面、工程管理与服务方面存在的弊端，探讨了“互联网＋城乡供水”一体化工程关键技术，主要包括工程网项目关键技术和信息网项目关键技术两个方面，进一步建设完善沙坡头区人饮工程物联网智能感知监控体系。本项目符合宁夏“十四五”城乡供水规划总体要求和宁夏“互联网+城乡供水”示范省区的方案要求，可为提升农村供水能力、推进城乡供水一体化建设提供坚实的基础，仅供相近地区参考借鉴。