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)

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4～20 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。

图1 主干管网监测系统结构

系统主要由以下4部分组成。

（1）设备控制。包括压力变送器（4～20 mA电流信号）、流量信号（RS485通信接口、MODBUS-RTU协议）、水质监测仪（4～20 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。

图2 系统安装

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。

表1 设备选型及配置表

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（DN≤50）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（DN80～DN600）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（DN≥10）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。