梁明明

（國家城市供水水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)太原監(jiān)測站 太原供水集團(tuán)水質(zhì)監(jiān)測中心，山西 太原 030009）

引言

給水管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測為保證市民飲水安全發(fā)揮重要作用。傳統(tǒng)監(jiān)測采用人工采樣水樣實驗室儀器檢測的辦法，來監(jiān)測給水管網(wǎng)水質(zhì)數(shù)據(jù)，具有延時性，需要一定的反應(yīng)時間。隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、電化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在線水質(zhì)監(jiān)測成為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測的一種重要手段。在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠全天候、快速、客觀的反應(yīng)給水管網(wǎng)水質(zhì)情況，在應(yīng)對水質(zhì)突發(fā)事方面、供水調(diào)度決策、建立給水管網(wǎng)水質(zhì)模型方面發(fā)揮了重要作用。

《城市市政供水水質(zhì)在線監(jiān)測規(guī)范》與2018 年6 月1 日實施，其中對在線監(jiān)測點位布局作出了要求：點位能夠保證準(zhǔn)確、及時、全面的反應(yīng)管網(wǎng)水質(zhì)。供水干管、不同水廠供水交匯區(qū)域、加壓站等重要地區(qū)或節(jié)點設(shè)置在線監(jiān)測點位。

太原市的水廠主要分布在北部，同時北部地區(qū)也是太原的老城區(qū)，適合作為管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)的試點地區(qū)。本文就北部地區(qū)的管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測布點情況進(jìn)行討論。

1 管網(wǎng)在線水質(zhì)監(jiān)測點情況

1.1 水質(zhì)線監(jiān)測點檢測的水質(zhì)參數(shù)

以《《城市市政供水水質(zhì)在線監(jiān)測規(guī)范》作為指導(dǎo)，要求日常監(jiān)測市政管網(wǎng)飲用水的濁度、余氯、指標(biāo)，可以增加pH、電導(dǎo)率、水溫、色度等參數(shù)。結(jié)合經(jīng)濟(jì)性，太原北部給水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測點確定了濁度、余氯、電導(dǎo)、pH、溫度等5 個參數(shù)。

濁度是水體物理性狀指標(biāo)之一，表征水中懸浮物質(zhì)等阻礙光線透過的程度。一般來說，水中的不溶解物質(zhì)越多，渾濁度也越高。

余氯參數(shù)是指水經(jīng)過加氯消毒,接觸一定時間后，水中所存留的有效氯，其衰減與管道內(nèi)部環(huán)境有密切關(guān)系。

電導(dǎo)率代表水中導(dǎo)電能力，pH 代表了水中氫離子比例，溫度代表了水中分子運(yùn)動的劇烈程度。

1.2 儀表運(yùn)行環(huán)境集成

給水管網(wǎng)在線監(jiān)測儀，如果安裝在環(huán)境復(fù)雜地點及其容易產(chǎn)生以下問題，帶來技術(shù)風(fēng)險，比如：水、電等不受控制的問題，帶來監(jiān)測數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性；由于維護(hù)周期間隔期間無人值守產(chǎn)生了安全風(fēng)險；用戶單位內(nèi)部管網(wǎng)情況復(fù)雜，管路的清潔狀況直接影響到監(jiān)測精度。

針對以上問題，在線儀表集成系統(tǒng)中需要使用自動化技術(shù)，來保證檢測精度。自動監(jiān)測儀采用有PLC主控，配置傳感探頭、清洗泵、蓄電池、壓力表、DTU 等模塊。為保障運(yùn)行安全，在線監(jiān)測系統(tǒng)要求斷電保護(hù)系統(tǒng)可保證斷電運(yùn)行1 d 以上；具有遠(yuǎn)程防盜、防雷、防漏水功；自動清洗功能。

2 在線監(jiān)測布點情況

2.1 監(jiān)測點選擇設(shè)計

在部區(qū)域布置的給水管網(wǎng)在線監(jiān)測點時，主要根據(jù)《城市市政供水水質(zhì)在線監(jiān)測規(guī)范》[1]，結(jié)合日常給水管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測采樣點位置，選取10 個候選點位，其需滿足以下條件：點位能夠保證準(zhǔn)確、及時、全面的反應(yīng)管網(wǎng)水質(zhì)。供水干管、不同水廠供水交匯區(qū)域、加壓站等重要地區(qū)或節(jié)點設(shè)置在線監(jiān)測點位。

選取的10 個候選點位，同時具有以下特點：結(jié)合給水管網(wǎng)日常水質(zhì)監(jiān)測采樣點，與在線監(jiān)測點之間形成印證。人口密集區(qū)，用水集中地區(qū)，以及重點保供水單位。按照在線監(jiān)測儀表技術(shù)要求，保證儀表正常運(yùn)行，監(jiān)測點安裝場地需滿足以下條件：具有用水量較大的供水管網(wǎng)；電壓、水壓、排水等必須符合在線儀表技術(shù)要求；具有溢流地漏，消除安全隱患；具有保溫設(shè)施，防止冬季低溫對儀表造成損害。

2.2 在線監(jiān)測點實施情況

按照上文的選點原則，結(jié)合管網(wǎng)水日常監(jiān)測水質(zhì)采樣點，選取候選點位10 個，其中包括重點單位、學(xué)校、醫(yī)院、大型社區(qū)等等，具體情況如表1 所示。

表1 在線點位現(xiàn)場考察情況

3 點位場地和6 點位場地雜亂，達(dá)不到能夠滿足儀表技術(shù)要求，排除其點位。9 點位場地排水不通暢，達(dá)不到安裝條件，排除其點位。

其他點位實地考察后，可以滿足安裝要求。筆者初步確定了下列7 個在線監(jiān)測點，如圖1 所示。

圖1 在線點位詳細(xì)分布情況（1、2、4、5、7、9、10 符合條件點位）

其中綠色為符合條件點位，紅色為不符合安裝條件點位。

2.3 在線監(jiān)測運(yùn)行情況

儀表安裝后運(yùn)行一段時間發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)回傳穩(wěn)定，獲取了大量水質(zhì)監(jiān)測數(shù)，下面對比對了某一時段在線監(jiān)測回傳的平均數(shù)據(jù)和個人工采樣實驗室數(shù)據(jù)，以濁度指標(biāo)為例，如表2 所示。

表2 濃度在線數(shù)據(jù)與實驗室臺式數(shù)據(jù)對比

數(shù)據(jù)表明，在線儀表數(shù)據(jù)與實驗室儀器數(shù)據(jù)具有系統(tǒng)性誤差，這與采樣方式、滯留時間、不同檢測儀器產(chǎn)生的誤差有關(guān)。誤差在可以接受的范圍內(nèi)，通過軟件調(diào)整可以很好地校準(zhǔn)在線儀表數(shù)據(jù)。日常維護(hù)以三個月為一個周期，維護(hù)包括清洗、校準(zhǔn)、更新耗材。運(yùn)維時發(fā)現(xiàn)儀表系統(tǒng)管路清潔，維護(hù)后能夠達(dá)到理想的使用效果。

2.4 在線水質(zhì)監(jiān)測布點優(yōu)化技術(shù)

使用經(jīng)驗法選擇的在線監(jiān)測點為具有一定的局限性，下面介紹一種基于管網(wǎng)模型的優(yōu)化布點技術(shù)。

覆蓋水量法：假定給水管網(wǎng)內(nèi)部上游節(jié)點的水質(zhì)好于下游節(jié)點水質(zhì)，下游節(jié)點水質(zhì)一定程度上能夠反映整體的水質(zhì)情況，某種條件下游節(jié)點能夠用上游節(jié)點使用率來衡量，計算出能夠覆蓋最大范圍的節(jié)點為最優(yōu)化節(jié)點。

節(jié)點水齡法：使用EPANETH 軟件中的模擬功能。收集某一時段平均用水量數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出管網(wǎng)的節(jié)點水齡，在PANETH 軟件中，模擬管網(wǎng)水質(zhì)隨空間時間的變化，計算節(jié)點水齡水質(zhì)數(shù)據(jù)作為優(yōu)化管網(wǎng)在線水質(zhì)監(jiān)測布點的參考。

3 結(jié)論和展望

通過進(jìn)行簡單的模擬計算，選定的7 個監(jiān)測點覆蓋面積最優(yōu)。并且經(jīng)EPANETH 軟件計算后，與7 個監(jiān)測重合性在90%以上。說明選定的7 個監(jiān)測點，可以有效反應(yīng)地區(qū)管網(wǎng)水質(zhì)情況。這也表明在線監(jiān)測點設(shè)立在管網(wǎng)交匯支線較多處，以及管網(wǎng)的最末梢處可以是最有效的監(jiān)測點位。

由于管網(wǎng)各項數(shù)據(jù)的偏差，和管網(wǎng)粗糙系數(shù)等數(shù)據(jù)的不足，造成了個別節(jié)點有一定的偏差。目前在管網(wǎng)模型上建立存在著模擬簡單，資料不全面的情況，管網(wǎng)水質(zhì)模型仍然有一定的局限性。下一步在完善管網(wǎng)GIS 信息后，加強(qiáng)給水管網(wǎng)監(jiān)測點的優(yōu)化計算工作。為下一步建設(shè)水質(zhì)在線監(jiān)測網(wǎng)提供更優(yōu)化的技術(shù)保障。