Study and Solution ofDrinking Water Safety Problems of Farmers
摘要：我國大部分地區(qū)農(nóng)村管網(wǎng)延伸供水項目面臨用水安全風(fēng)險大、水壓分布不均衡、串聯(lián)供水穩(wěn)定性不足、雷擊防護問題、安防問題突出、水質(zhì)達標率差、運維難度大等問題。本文以區(qū)管網(wǎng)延伸農(nóng)飲水項目為例，通過充分的調(diào)研和對供水系統(tǒng)的整體規(guī)劃設(shè)計，打造“1+2+8+1”的農(nóng)飲水建設(shè)、運維管理模式，解決了山區(qū)農(nóng)村供水工程系統(tǒng)調(diào)度、水質(zhì)安全的問題，為后續(xù)同類型保障山區(qū)農(nóng)村供水安全的工程提供借鑒。
關(guān)鍵詞：農(nóng)飲水；管路網(wǎng)路延伸；
雖然地域廣闊,水資源總體比較豐富,但由于農(nóng)村水資源管理匱乏,人均水資源呈短缺的狀態(tài),供水和飲水的安全質(zhì)量問題矛盾突出。對農(nóng)村飲用水問題十分重視，總書記多次強調(diào)農(nóng)村飲水安全的重要性，指出：“著力補齊貧困人口義務(wù)教育、住房和飲水安全短板，確保農(nóng)村貧困人口全部脫貧，同我國人民一道邁入小康社會。”在解決“兩不愁三保障”突出問題座談會上，我國總書記強調(diào)，“飲水安全有保障主要是讓農(nóng)村人口喝上放心水，統(tǒng)籌研究解決飲水安全問題?！边€特別指出各地情況并不相同，“對飲水安全有保障，西北地區(qū)重點解決有水喝的問題，西南地區(qū)重點解決儲水供水和水質(zhì)達標問題?！鞭r(nóng)村飲水安全鞏固提升及規(guī)劃編制明確工作總體要求：各地要在全面總結(jié)評估農(nóng)村飲水安全工程，規(guī)劃實施情況的基礎(chǔ)上，按照鞏固成果、穩(wěn)步提升的原則，結(jié)合脫貧攻堅、推進新型城鎮(zhèn)化、改善農(nóng)村人居環(huán)境、建設(shè)美麗宜居鄉(xiāng)村等工作部署，堅持城鄉(xiāng)統(tǒng)籌，盡力而為，量力而行，建管并重，科學(xué)確定水質(zhì)、水量、方便程度和保障程度等規(guī)劃指標，合理確定農(nóng)村飲水安全鞏固提升目標任務(wù)，以健全機制、強化管護為保障，充分發(fā)揮已建工程效益，綜合采取改造、配套、升級、聯(lián)網(wǎng)等方式，進一步提高農(nóng)村飲水集中供水率、自來水普及率、供水保證率和水質(zhì)達標率。的農(nóng)飲水建設(shè)以管網(wǎng)延伸為優(yōu)模式，能延則延，但是我國管網(wǎng)延伸類農(nóng)飲水項目，面臨建設(shè)、運維管理難度大的問題，集中體現(xiàn)在用水安全風(fēng)險大、水壓分布不均衡、串聯(lián)供水穩(wěn)定性不足、雷擊防護問題、安防問題突出、水質(zhì)達標率差、運維難度大等問題。本次以農(nóng)飲水管網(wǎng)延伸項目為例，通過“1+2+8+1”的建設(shè)，解決了農(nóng)村管網(wǎng)延伸的建設(shè)運維難題，具有較好的可復(fù)制性，可供地方參考學(xué)習(xí)。
區(qū)在平原地區(qū)供水全覆蓋的基礎(chǔ)上，仍存在西部山區(qū)未供自來水的問題，其中部分區(qū)域涉及18個行政村，6107戶，共21313名當?shù)卮迕袢源嬖陲嬘梦唇?jīng)處理的山塘水、水庫水和地下水的情況，飲水水質(zhì)得不到有效保障。區(qū)的農(nóng)村飲用水達標提標行動計劃主要針對西部山區(qū)農(nóng)村飲用水工程，由區(qū)水利局牽頭，水務(wù)設(shè)計、建設(shè)和運維，并負責(zé)本工程的建設(shè)與長效管理工作，通過農(nóng)飲水工程的整體建設(shè)，將一次性解決妙西、東林、埭溪3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，10917戶，共36854人的飲水問題。
本次區(qū)農(nóng)飲水項目由于涉及36854人，167.1166平方千米面積的供水范圍，3m-230m標高范圍內(nèi)的用戶用水，項目范圍廣、高度達、復(fù)雜度高，后期管理難度挑戰(zhàn)非常大。
l 水質(zhì)問題：農(nóng)村人口遷移特性和用水習(xí)慣導(dǎo)致不同季節(jié)，不同時間用水波動性大，導(dǎo)致管網(wǎng)水齡長，水質(zhì)波動性風(fēng)險大，龍頭水質(zhì)達標難。
l 管網(wǎng)問題：由于農(nóng)村分布相對廣泛，村與村之間的距離較遠，并且由于西部屬于山地丘陵地貌，地勢高差過大，導(dǎo)致水壓較低，水壓分布不均衡，同時水錘對管網(wǎng)的隱患較大。
l 運維管理問題：由于山區(qū)農(nóng)村位置偏遠，村莊之間距離較遠，泵站位置較為分散，后期運維難度較大。
l 安全防護問題：此前建設(shè)的泵房大多數(shù)處于野外，缺少必要的門禁、監(jiān)控等安保措施，同時由于建設(shè)年代久遠，缺少防雷防水浸等防護措施。
為了解決管網(wǎng)延伸供水安全的風(fēng)險和挑戰(zhàn)，威派格首先對供水系統(tǒng)進行規(guī)劃設(shè)計。本次供水水源取自埭溪水廠，埭溪水廠原設(shè)計8萬噸，正在擴容建設(shè)，涉及供水區(qū)域包括埭溪鎮(zhèn)的太平橋村、盛家塢村、大沖村、莊上村、余山村，妙西鎮(zhèn)的稍康村、石山村、妙山村、龍山村等，東林鎮(zhèn)的三合村、南山村、勝利村、青聯(lián)村等共25個村。根據(jù)水源和用水點的用量、高程，在原規(guī)劃的基礎(chǔ)上，威派格對供水范圍進行調(diào)整，確保各級泵站及各村用水壓力均衡、穩(wěn)定，盡量避免壓力超高的情況。
西部山區(qū)農(nóng)村供水工程由于覆蓋面廣、涉及人口多、地域情況復(fù)雜，整體工程體量較大，共有24座加壓泵站、1套安防監(jiān)控平臺以及1套上位管理平臺，供水涉及多場景、多工況下的聯(lián)動運行與控制，項目建設(shè)面臨用水安全風(fēng)險大、水壓分布不均衡、串聯(lián)供水穩(wěn)定性不足、雷擊防護問題、安防問題、水質(zhì)達標率差、運維難度大等各種難題，挑戰(zhàn)極大。面對這樣的挑戰(zhàn)，威派格開展如下的解決方案：
①通過調(diào)研與管網(wǎng)平差模擬，結(jié)合現(xiàn)場各村之間占地情況，合理規(guī)劃泵站位置選址及設(shè)備類型選擇。
該項目由17座一體化泵站、2座變頻泵站、5座無負壓泵站組成，前期利用專業(yè)化調(diào)研設(shè)備，采用系統(tǒng)化調(diào)研思路，對整體供水情況作出頂層規(guī)劃。同時，需要利用專業(yè)化管網(wǎng)建模軟件，對泵站位置選取和設(shè)備類型搭配進行因地制宜的計算與論證方能保障后期泵站集群安全、穩(wěn)定、節(jié)能運行。
工程建設(shè)之前，超過40%的用戶壓力超過8kg，會嚴重威脅供水安全。通過系統(tǒng)性設(shè)計，在合理規(guī)劃泵站位置，只有2%不到的片區(qū)壓力超過8kg，供水壓力安全性提升2000%
②通過水錘定量計算配備水錘防護設(shè)備與系統(tǒng)搭配方案，保障在突然停電、設(shè)備停機等極端狀況下的管網(wǎng)資產(chǎn)安全。
該項目的紅旗村地勢高差在70米左右，且紅旗村之后的三級管道、四級管道高差越來越大，單個泵站加壓難以滿足揚程需求，需多個泵站串聯(lián)加壓，又因為多個無負壓加壓泵站，特別是各泵站揚程較高時供水安全性較差，容易發(fā)生水錘現(xiàn)象或前端來水量不足時，后端設(shè)備無水可用，故通過水錘定量計算校核后采用性價比優(yōu)平衡策略，在村中間增設(shè)水箱，給村下游群眾通過重力供水，上游群眾通過泵站加壓后供水，之后的三、四級管網(wǎng)壓力不夠時，可由S2型一體化無負壓供水設(shè)備供水。
工程設(shè)計時針對水錘問題，進行多個泵站點進行防水錘設(shè)計，緩解系統(tǒng)剛性問題，并通過專業(yè)化軟件，定性定量解決水錘問題。
③通過多種設(shè)備模塊化組合，滿足城鄉(xiāng)一體化供水中的個性化需求，構(gòu)建安全、節(jié)能運行基礎(chǔ)。
本項目建設(shè)需要根據(jù)不同供水工況及需求，采用不同類型的設(shè)備類型，但所有設(shè)備均采用一對一變頻以保證供水穩(wěn)定性，同時配置防雷措施。此次所采用的模塊化設(shè)備有：變頻一體化供水設(shè)備、罐式無負壓設(shè)備、小型一體化無負壓供水設(shè)備（定制改進）、中型一體化無負壓供水設(shè)備（定制改進）。
傳統(tǒng)的二次供水設(shè)備都需要土建泵房，進行保溫、防潮、降噪等來保護設(shè)備及控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行。但實際上，有很多項目用水量很小，所用的設(shè)備也很小，導(dǎo)致進行土建作業(yè)，會造成前期投入成本過大，甚至超出預(yù)算。而有的地方存在沒有預(yù)留建造泵房位置的情況，直接露天安置或修建簡易泵房，導(dǎo)致設(shè)備，特別是對環(huán)境要求高的控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。此外，由于電機水泵還會產(chǎn)生一些噪音，干擾附件居民的正常生活，而一體化無負壓供水設(shè)備在一定程度上能夠解決以上問題。
設(shè)備直接與自來水管網(wǎng)串接，在管網(wǎng)原有壓力的基礎(chǔ)上疊加增壓，充分利用了市政管網(wǎng)的壓力，具有節(jié)能的效果；其次，設(shè)備全密封運行，不與空氣接觸，異物不能進入管網(wǎng)系統(tǒng)，水接觸過流部分均為食品級不銹鋼材質(zhì)，保證飲用水的良好水質(zhì)。
④通過水質(zhì)水齡管理，保障供水水質(zhì)安全。
該項目山區(qū)農(nóng)飲水用戶用水不均勻情況非常嚴重，尤其是該項目供水管線長、管徑大，加上中途的調(diào)蓄水池，整體的存水不低于3000T。另外，平時山村用水人數(shù)極少，造成供水管線的水齡超長，水質(zhì)不達標情況較為嚴重，雖然通過太平橋二級泵站進行加藥處理，但水箱加藥或者管路加藥仍面臨水循環(huán)不足時加藥效果不理想的情況。
針對該工況，實施時威派格結(jié)合“無人值守農(nóng)飲水智慧化管理平臺”，定制化開發(fā)了水質(zhì)水齡管理功能，結(jié)合供水管網(wǎng)、泵站、終端用戶用水情況，動態(tài)評估管網(wǎng)水齡情況、水質(zhì)情況，一旦水齡超標、水質(zhì)超標，自動進行終端排水，強制管網(wǎng)內(nèi)水的循環(huán)，保證用戶喝上健康、安全的水。
隨著二次供水設(shè)備的投入使用，西部山區(qū)居民所面臨的水壓低、水質(zhì)安全得不到保障等問題得到了全面的解決。
⑤通過“無人值守農(nóng)飲水智慧化管理平臺”實現(xiàn)設(shè)備全生命周期運維管理
該項目平臺可以對泵站設(shè)備進行實時監(jiān)控，獲取設(shè)備運行的運行數(shù)據(jù)，包括進口壓力、出口壓力、電機運行電壓/電流/頻率/轉(zhuǎn)速/功率/溫度/累計功耗、水質(zhì)數(shù)據(jù)（余氯、濁度、PH值、溫度、電導(dǎo)率、溶氧量）、門禁狀態(tài)（開啟/關(guān)閉）、泵房狀態(tài)（有人/無人）、流量（瞬時流量/累計流量）等數(shù)據(jù)，可以對設(shè)備運行的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計查詢；同時系統(tǒng)可以接收項目運行的故障信號，并針對不同的項目，在平臺進行報警設(shè)置。
數(shù)據(jù)采集可以達到秒級傳輸，不錯過任何一個異常數(shù)據(jù)，該技術(shù)達到國內(nèi)先進水平。
平臺包含設(shè)備管理系統(tǒng)，包含了設(shè)備的基礎(chǔ)信息、項目的詳細信息、設(shè)備配件信息、成套設(shè)備標牌、電氣設(shè)備標牌，里面詳細的囊括了設(shè)備罐體尺寸、附件尺寸、水泵臺數(shù)、流量、揚程、功率、總功率、電流、水泵型號、設(shè)備型號。
同時，系統(tǒng)預(yù)先輸入了各種零部件的使用壽命，可以根據(jù)設(shè)備運行的數(shù)據(jù)（時間、狀態(tài)等），對設(shè)備零部件安全/正常使用壽命進行預(yù)測。同時系統(tǒng)可以自動獲取維保信息，并可以查詢設(shè)備預(yù)設(shè)的參量信息，如壓力、流量、頻率等等。
平臺接入了自主知識產(chǎn)權(quán)視頻、門禁安防管理系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)在硬件上主要由門禁面板、電插鎖、布防開關(guān)等組成，門禁系統(tǒng)只能通過手機app的Weidriod二維碼掃描或者手機Weidriod動態(tài)密碼開啟，為農(nóng)飲水泵站 “三防”保駕護航。
通過無人值守管理平臺，工作人員可實時了解泵房運行狀態(tài)、實時監(jiān)控、安防信息等多方面信息，對泵房的多維度管理工作具有顯著的提升。
本項目實現(xiàn)了“1281”的建設(shè)成果，即1個平臺、2大能力、8大功能和1個標準作業(yè)體系。
以保障農(nóng)村飲用水供水安全為中心，以解決供水設(shè)備智能化集成化水平低、運維管理差的問題為目的，采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)先進技術(shù)，在實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)研、統(tǒng)一規(guī)劃、建模選址和供水設(shè)備智能互聯(lián)的基礎(chǔ)上，通過對采集數(shù)據(jù)的實時分析、深度學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘，整合供水設(shè)備全生命周期八大環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，建立了基于微服務(wù)集群的供水設(shè)備全生命周期管理應(yīng)用平臺，實現(xiàn)了供水設(shè)備個性化定制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，并通過遠程監(jiān)控、故障預(yù)警、快速響應(yīng)等多層次、多元化用戶應(yīng)用系統(tǒng)界面，實現(xiàn)了農(nóng)飲水主管網(wǎng)延伸加壓集群式服務(wù)化延伸。同時安防達到國家要求的防暴反恐級別，響應(yīng)了國家相關(guān)政策要求。終實現(xiàn)了“1281”的建設(shè)成果。
建設(shè)了以數(shù)據(jù)驅(qū)動的“無人值守農(nóng)飲水智慧化管理平臺”，為安全供水與后期運維奠定基礎(chǔ)，并為后期水利系統(tǒng)智慧化管理提供了可擴展平臺。
1）通過數(shù)學(xué)建模進行精準選址定位，采用一體化泵站集群聯(lián)動軟硬件體系，使該項目具備連續(xù)穩(wěn)定安全輸水能力；
2）利用平臺構(gòu)建了城鄉(xiāng)供水一體化安防信息互動系統(tǒng)，達到防暴的供水安防能力。
構(gòu)建了一體化泵站集群聯(lián)動全生命周期的管理模式，提升了農(nóng)村居民飲用水安全水平。該項目建設(shè)無人值守農(nóng)飲水智慧化管理平臺包括：智能設(shè)備管理系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、能效管理系統(tǒng)、智能派單系統(tǒng)、故障自診斷系統(tǒng)、預(yù)測性維修系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，集合8大功能發(fā)揮信息集成和共享的優(yōu)勢，實現(xiàn)智能互聯(lián)供水設(shè)備全生命周期的服務(wù)應(yīng)用。
該項目通過“一體化泵站集群聯(lián)動”示范和“無人值守農(nóng)飲水智慧化管理平臺”建設(shè)，引領(lǐng)行了城鄉(xiāng)一體化供水中產(chǎn)業(yè)發(fā)展新模式、新業(yè)態(tài)，帶動了行業(yè)制造服務(wù)化的轉(zhuǎn)型發(fā)展。并且形成了“一體化泵站集群”標準化作業(yè)體系，即：調(diào)研與設(shè)計選址一體化、硬件與軟件一體化、數(shù)據(jù)與平臺一體化、建設(shè)與運維一體化、供水與安防一體化的特色標準作業(yè)體系，對更好響應(yīng)國家政策與模塊化復(fù)制奠定了堅實基礎(chǔ)。
市區(qū)農(nóng)飲水水質(zhì)提標達標工程按照智慧化整體解決方案的思路進行整體工程規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行、維護，為實現(xiàn)無人化值守利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使整體山區(qū)農(nóng)飲水加壓硬件設(shè)備實現(xiàn)底層串聯(lián)交互功能，再利用智慧化水利技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，從而達到水質(zhì)檢測、故障預(yù)警、設(shè)備全生命周期管理和智慧化無人值守運維等多維度管理目標，以此解決了市區(qū)農(nóng)飲水水質(zhì)安全、泵飯安防、系統(tǒng)聯(lián)動等問題。
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