裘慧珺

上海市嘉定區(qū)給排水管理所，上海 201800

污水系統(tǒng)是城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，主要由污水管網(wǎng)、污水泵站和污水處理廠等組成。污水系統(tǒng)的安全運行關(guān)系到社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展和人民生活安定。隨著城市化的迅速發(fā)展，污水系統(tǒng)越來越復雜、越來越龐大，對污水系統(tǒng)的運行管理、養(yǎng)護管理和科學決策等提出了越來越高的要求。但由于缺乏污水系統(tǒng)的動態(tài)運行情況，從而在養(yǎng)護管理上難以有效評估，在系統(tǒng)運行和調(diào)度上難以有效管理。

2013年10月，國務院公布《城鎮(zhèn)排水與污水處理條例》，該條例于2014年1月1日開始施行。該條例主要強調(diào)智慧水務作為城市的發(fā)展方向，提倡改變城市污水處理行業(yè)停留在分散式管理階段的現(xiàn)狀，要求加快污水系統(tǒng)信息化建設(shè)。

2014年6月3日國務院辦公廳出臺《關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導意見》（27號文件）。文件提出提高科技創(chuàng)新能力，加大城市地下管線科技研發(fā)和創(chuàng)新力度，鼓勵在地下管線規(guī)劃建設(shè)、運行維護及應急防災等工作中，廣泛應用精確測控、示蹤標識、無損探測與修復、非開挖、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測和隱患事故預警等先進技術(shù)。一系列政策的出臺，都鼓勵和提倡利用信息化手段管理城市污水系統(tǒng)。

隨著嘉定區(qū)城市化進程的高速發(fā)展，近年來區(qū)域內(nèi)的排水管道設(shè)施系統(tǒng)建設(shè)速度也逐步跟進，至2017年底，嘉定區(qū)的城鎮(zhèn)污水處理率已達到90%。隨著嘉定區(qū)智慧城市的全面推進，為全面提升業(yè)務系統(tǒng)的科學管理能力，智能污水信息系統(tǒng)建設(shè)提上議事日程。

1 嘉定區(qū)排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，嘉定區(qū)域城鎮(zhèn)污水治理己確立了“以分散處理為主、集中外排處理為輔”的污水治理方針，形成了“四片四廠一外排管”的污水治理格局。嘉定區(qū)污水處理系統(tǒng)主要分為嘉定新城片污水處理系統(tǒng)、安亭片污水處理系統(tǒng)、嘉定北區(qū)片污水處理系統(tǒng)及南部片南翔、江橋、真新區(qū)域（就地+外排）污水處理系統(tǒng)4個，涉及嘉定大眾污水處理廠、安亭污水處理廠、嘉定北區(qū)污水處理廠3座已投運污水處理廠以及剛建成的南翔污水處理廠，現(xiàn)有污水處理規(guī)模為42.5萬t/d，出水水質(zhì)均不低于國標一級A排放；至2017年，嘉定區(qū)已建排水管道達到約1800km，其中污水管道約900km，區(qū)管污水泵站50 余座。

2 污水信息化系統(tǒng)建設(shè)之前區(qū)域排水管理中存在的問題及需求分析

（1）嘉定區(qū)排水管網(wǎng)長，輻射范圍比較大，整個排水管網(wǎng)比較復雜。目前針對管網(wǎng)的管理主要依靠WEBGIS系統(tǒng)。此系統(tǒng)只有管網(wǎng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，整個管網(wǎng)運行的動態(tài)數(shù)據(jù)處于空白。由于不能掌握整個管網(wǎng)運行的動態(tài)信息，管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞、污水外溢等問題時，只能依靠人工巡查或市民投訴才能得知，管理單位不能及時得知相關(guān)信息，進而不能及時處理和發(fā)出預警。作為管理單位需要掌握管網(wǎng)全部信息，包括靜態(tài)信息和動態(tài)信息。只有掌握了管網(wǎng)的全部信息，才能更好的管理管網(wǎng)系統(tǒng)，且這種管理模式也符合未來嘉定智慧城市的發(fā)展方向。

（2）嘉定區(qū)排水泵站較多，泵站分布比較分散，排水泵站又是保證整個嘉定排水系統(tǒng)正常運作的關(guān)鍵設(shè)施。目前的管理者如果需要了解排水泵站的運行信息需要通過電話聯(lián)系泵站值班人員或者泵站月運行記錄報表。由于管理單位不能及時地掌握泵站運行信息，導致不能合理、科學和有效的管理泵站，也制約了泵站排水能力的發(fā)揮。通過建立排水泵站遠程監(jiān)控平臺，實時掌握泵站的運行信息，管理者才能高效、科學地管理和調(diào)度泵站運行，才能發(fā)揮泵站的最大排水能力。

（3）由于嘉定區(qū)城市化發(fā)展速度快，進入污水廠的水質(zhì)波動范圍大，由于沒有提前預警措施，導致污水廠不能及時調(diào)整處理工藝來應對超標污水，且對超標污水來源無法判斷。為了應對這種日益嚴峻的管理問題，需要在排水系統(tǒng)的終端泵站或者主要服務工業(yè)區(qū)的泵站建設(shè)水質(zhì)在線監(jiān)測預警系統(tǒng)，若監(jiān)測點水質(zhì)出現(xiàn)超標，發(fā)出預警信息。管理單位和污水廠可以快速的根據(jù)預警信息的內(nèi)容執(zhí)行相應的預案或者緊急措施。

（4）嘉定區(qū)管網(wǎng)建設(shè)年代久遠，很多管道出現(xiàn)了不同程度的滲漏、誤接和偷排，整個污水系統(tǒng)的滲入率較高，從而導致污水廠的運營成本居高不下。針對滲漏源和誤接點查找目前只能依靠人工全范圍尋找，由于范圍大，所以尋找難度大。由于缺乏終端泵站的流量數(shù)據(jù)，污水廠也無法根據(jù)實際情況進行相應的調(diào)整。通過在終端泵站建設(shè)流量監(jiān)測點，實時監(jiān)測流量數(shù)據(jù)，可以讓管理者和污水廠實時掌握流量信息，方便管理者對污水廠進行運營管理。也可以為管網(wǎng)滲漏源、誤接點和偷排查找提供科學的數(shù)據(jù)支撐。

3 污水信息化系統(tǒng)建設(shè)主要目標、內(nèi)容及功能展示

3.1 建設(shè)目標

通過先進的傳感和監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)各類污水系統(tǒng)設(shè)施運行信息的全面動態(tài)感知；整合嘉定水務系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全面互聯(lián)和信息實時共享，提高發(fā)現(xiàn)問題的及時性，處置問題的高效性以及分析問題的科學性，逐步實現(xiàn)“實時感知水信息、準確把握水問題、深入認識水規(guī)律、高效運籌水系統(tǒng)”的“智慧水務”建設(shè)目標，形成與經(jīng)濟社會發(fā)展相適應、與水行業(yè)發(fā)展相協(xié)調(diào)的智慧管理格局。本項目建設(shè)完成后，將逐步整合水務系統(tǒng)其它資源，包括：排水、防汛、水資源等，最后形成嘉定水務系統(tǒng)的綜合管理平臺。

（1）實現(xiàn)污水管網(wǎng)狀態(tài)的全面感知。建設(shè)一套基于管網(wǎng)液位監(jiān)測終端的管網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，掌握管網(wǎng)的動態(tài)運行情況，對污水管網(wǎng)滿溢等問題進行實時預警。

（2）實現(xiàn)污水泵站運行狀態(tài)的監(jiān)測。通過對泵站運行工況數(shù)據(jù)的采集和上傳，實現(xiàn)對污水泵站的動態(tài)監(jiān)測與實時預警。

（3）實現(xiàn)污水系統(tǒng)“管-泵-廠”一張圖的動態(tài)掌握。一張圖實現(xiàn)對排水管道、窨井（檢查井）、泵站、污水處理廠、廠站設(shè)施設(shè)備的現(xiàn)有狀態(tài)管理、管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分析、更新養(yǎng)護管理等。現(xiàn)有狀態(tài)管理主要是實現(xiàn)對各種排水設(shè)施現(xiàn)狀情況的記錄、運行狀態(tài)分析等。管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分析是需要先建立管網(wǎng)拓撲，可以進行管網(wǎng)連通性分析、縱橫斷面分析、坡度分析，以及對排水系統(tǒng)內(nèi)的管網(wǎng)進行合理性評價等。

通過污水管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)和污水泵站運行數(shù)據(jù)的結(jié)合，動態(tài)掌握整個污水系統(tǒng)的運行狀態(tài)，實現(xiàn)整個污水系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的實時報警。通過科學決策發(fā)揮出整個污水系統(tǒng)的最大效能，降低污水系統(tǒng)在應急運行中的風險，減少污水外溢的事故。

3.2 主要建設(shè)內(nèi)容

污水信息化系統(tǒng)一期建設(shè)內(nèi)容分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)主要建設(shè)內(nèi)容是動態(tài)數(shù)據(jù)采集，軟件系統(tǒng)主要建設(shè)內(nèi)容是智慧水務平臺搭建和相關(guān)功能模塊開發(fā)。

3.2.1 硬件系統(tǒng)

管網(wǎng)液位監(jiān)測終端部署：根據(jù)嘉定污水管網(wǎng)的實際情況，結(jié)合主要管網(wǎng)液位監(jiān)測布點原則，本期在區(qū)域內(nèi)污水主要管網(wǎng)交接井建設(shè)120個液位監(jiān)測終端，以此初步掌握管網(wǎng)動態(tài)運行的信息。圖1為北工業(yè)區(qū)點位圖。

圖1 北工業(yè)區(qū)點位圖

泵站流量監(jiān)測點部署：根據(jù)嘉定實際情況，初期對4片一外排區(qū)域的16座重點泵站建設(shè)流量及液位監(jiān)測點，以此滿足管理運行單位對整個區(qū)域內(nèi)泵站流量、日常工況監(jiān)測的需求。

污水廠實施監(jiān)控集成：實現(xiàn)對目前在運的三座污水處理廠（大眾、北區(qū)、安亭廠）現(xiàn)有的污水監(jiān)控中控數(shù)據(jù)的集成，將原有的污水廠監(jiān)測數(shù)據(jù)集成展示到綜合信息系統(tǒng)中，實現(xiàn)一張圖展示。

3.2.2 軟件系統(tǒng)

智慧排水平臺的建設(shè)。主要包括智慧排水平臺的搭建、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、UI設(shè)計等。

功能模塊的開發(fā)。管網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)，泵站遠程監(jiān)測子系統(tǒng)，水質(zhì)在線監(jiān)測子系統(tǒng)。

排水系統(tǒng)一張圖。包括排水管網(wǎng)形狀區(qū)分電子化、排水管網(wǎng)管段和泵站概化，管網(wǎng)能力評估，報警管理，排水能力分析。

信息集成。污水廠監(jiān)控信息的集成、整合。

3.3 功能展示

3.3.1 污水系統(tǒng)一張圖

結(jié)合嘉定實際情況，對污水管網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)、泵站工況數(shù)據(jù)、水量數(shù)據(jù)等進行集中展示和分析。通過對管網(wǎng)能力進行評估，是對管網(wǎng)性能分析的重要手段；通過管網(wǎng)能力分析，可以對管網(wǎng)的使用年限、建造時間、所屬單位、管徑大小、走向、材質(zhì)，坡降以及易淤塞能力等進行歸類或劃分等級并進行綜合評估。污水系統(tǒng)一張圖如圖2所示。

圖2 污水系統(tǒng)一張圖

3.3.2 管網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)

結(jié)合嘉定實際情況，部署管網(wǎng)液位監(jiān)測終端，達到動態(tài)掌握污水管網(wǎng)運行狀態(tài)的目標。綜合利用現(xiàn)有GIS系統(tǒng)，結(jié)合污水管網(wǎng)水位監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合處理分析，實現(xiàn)污水管網(wǎng)的動態(tài)監(jiān)測、實時預警。

（1）GIS展示。軟件實現(xiàn)GIS地理信息系統(tǒng)的基本功能，對污水管網(wǎng)和泵站等進行矢量展示，并配備有鷹眼導航、標注顯示、圖層管理和管網(wǎng)數(shù)據(jù)表格等輔助顯示功能。

（2）管網(wǎng)編輯。將污水管網(wǎng)的各個部件按照功能和特性進行分類，定義多種類型的水文、水力要素，并將各自按照形狀特性分為不同的點、線、面表達形式進行表達，管網(wǎng)可視化編輯可以準確的實現(xiàn)管網(wǎng)形態(tài)的矢量表達，直觀的將管網(wǎng)的平面拓撲關(guān)系表達出來，便于將監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性更加直觀的表達出來。

（3）數(shù)據(jù)分析。實現(xiàn)對管網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)的展示分析，包括：管網(wǎng)水位歷史分析、管網(wǎng)歷史縱斷圖分析、管網(wǎng)歷史水位同比分析、多管段歷史水位對比分析4部分內(nèi)容。

①管網(wǎng)水位歷史分析。提供多種形式的管網(wǎng)水位歷史分析功能，包括管網(wǎng)歷史縱斷圖分析，管網(wǎng)歷史水位同比分析以及多管段歷史水位對比分析。

②管網(wǎng)歷史縱斷圖分析。通過對一段聯(lián)通管段的運行歷史數(shù)據(jù)進行縱剖面模擬展示，通過對比管網(wǎng)運行中前后管網(wǎng)的水位變化關(guān)系實現(xiàn)管網(wǎng)狀態(tài)分析，效果如圖3所示。

圖3 管網(wǎng)水位剖面圖

③管網(wǎng)歷史水位同比分析。對管網(wǎng)水位監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)，按照三天、七天以及自定義的方式進行24h同比展示分析，可以查看管網(wǎng)日常調(diào)度規(guī)律，效果如圖4。

圖4 管網(wǎng)水位情況

（4）動態(tài)監(jiān)測。污水系統(tǒng)液位動態(tài)監(jiān)測展現(xiàn)各測點水位、流速數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

（5）報表統(tǒng)計。通過對水位信息的的整理和運算，獲取歷史整點水位數(shù)據(jù)，以及歷史數(shù)據(jù)最大值、最小值、平均值以及累計值等信息，實現(xiàn)單點歷史數(shù)據(jù)表，單點年月日報表，以及多點綜合報表。

①單點歷史數(shù)據(jù)表。對單個監(jiān)測點的歷史水位按照不同的時間設(shè)定獲取整點數(shù)據(jù)進行曲線和Excel導出。

②單點年月日報表。按照年月日以及季度報表的形式對液位的整點值，年月日最大值以及發(fā)生時間，最小值以及發(fā)生時間，平均值，累計值等進行統(tǒng)計并以報表的形式展示，提供Excel導出。

③多點綜合報表。對多個點位的年月日以及季度報表進行對比展示，提供特征值柱狀圖對比分析，并實現(xiàn)Excel導出。

（6）報警及管理。①實時報警。對出現(xiàn)異常情況，水位超警、超限的預警和報警信息進行實時語音顏色和短信通知等。

②報警控制。為每一個監(jiān)測點位設(shè)置監(jiān)測范圍，預警范圍，超警范圍等，并配置不同區(qū)間不同的報警形式，實現(xiàn)分類、分形式報警控制。

③歷史報警查詢統(tǒng)計。對歷史報警信息按照時間，報警類型，報警狀態(tài)，以及報警嚴重程度等規(guī)則進行查詢統(tǒng)計，提供Excel導出。

（7）查詢與統(tǒng)計。提供管網(wǎng)屬性查詢功能，對管網(wǎng)組件、空間信息、管理資料等進行圖選查詢、條件查詢、地名查詢、分級查詢，并且查詢結(jié)果能實現(xiàn)圖表互查。管網(wǎng)屬性信息統(tǒng)計如圖5所示。

圖5 管網(wǎng)屬性信息統(tǒng)計

4 結(jié)語

排水行業(yè)管理中的基礎(chǔ)管理是排水設(shè)施管理，業(yè)務開展主要圍繞排水設(shè)施進行。因此，加強對排水設(shè)施數(shù)據(jù)的普查、校驗、設(shè)施管理，可以為排水信息化建設(shè)提供準確、完整的數(shù)據(jù)資源。實踐表明，污水處理廠和排水管網(wǎng)的一體化運營，更符合城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的內(nèi)在特性以及作為城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的服務定位，更有利于充分發(fā)揮其水環(huán)境保障功能。

嘉定區(qū)污水信息化系統(tǒng)的建立并成功投入使用，為區(qū)域污水系統(tǒng)管理者提供了觀察、監(jiān)控城市污水系統(tǒng)總體運行狀況的全新視角，通過與區(qū)水務局及相關(guān)單位先期建立的各類信息化平臺的信息聯(lián)動和各部門的資源共享，提升污水系統(tǒng)管理的執(zhí)行效率并有效解決小區(qū)污水倒灌和污水外溢馬路，提高發(fā)現(xiàn)問題的及時性，處置問題的高效性以及分析問題的科學性，提升政府的高效服務水平，為其他地區(qū)排水信息化管理提供了一定參照。

[1] 中華人民共和國國務院.城鎮(zhèn)排水與污水處理條例[G].2013.

[2] 國辦發(fā)〔2014〕27號，關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導意見[S].

[3] 王文強.上海市排水行業(yè)管理信息化建設(shè)分析[J].中國給水排水，2016，（18）：8-13.

[4] 王歡歡.“智慧排水”信息化運營管理實踐[J].中國建設(shè)信息化，2017（3）：26-28.