■清远市供水拓展有限责任公司  胡腾一

摘要：随着经济发展和城市人口的不断增加，城市供水水质状况已经越来越引发民众的关注。传统的管网水质检测主要以人工为主，存在检测时间长的弊端。而建立管网水水质在线，可实时对管网水进行监控，并可积累大量的历史数据，从而建立管网水质模型，有助于实现全面的管理优化调度。文章介绍了清远市新建在线系统为例，探讨管网水质在线系统总体的设计、建设和应用。以供参考。

关键词： 水质检测  在线检测  设计  建设  应用

城市供水系统一般由取水系统、水处理系统、配水系统、配水管网四部分组成。在水处理过程中，往往集中在水源水质和水厂的处理工艺上寻求突破,确保出厂水水质达到供水要求或者更好。可随着城市发展，城市给水管网系统变得复杂、庞大且存在不同程度的老化。特别一些管线长(通常达几十公里)，导致出厂时合格的自来水在连续、漫长的输送管道中，经过庞大的管网系统到达用户终端时，水在局部停留中发生了复杂的物理、化学及生物变化，最后从用户水龙头中放出的自来水已经发生变化，甚至导致水质不合格! 目前多数以人工巡检的方式，难以达到实时地、全面地掌握整个水源流域及管网系统的水质变化，对于管网水质事故，尚缺乏科学的水质分析预警手段和处理措施。

建立给水管网水质在线监测系统则可以对管网水质实施24小时实时连续监测，实现水质安全的控制前移，实时了解水质状况，预测水质变化趋势。对城市给水管网的安全输配、供水公司管理和服务水平的提高、服务质量的完善、高质量地完成给水任务、具有十分重要的意义。

此外，《广东省城市供水及二次供水管理评估指标及评分方法》（2022 年版）、《城镇供水水质在线监测技术标准》（CJJ/T 271-2017）、《城镇供水管网运行、维护及安全技术规范》（CJJ207-2013）和《城镇供水系统全过程水质管控技术规程》（T/CUWA 20054-2022）等标准也提到“供水单位宜建立管网水质在线监测系统”。因此，管网水在线监测系统作为一个科学的管网水质管理手段，具有时代的必要性。

本文以清远市建设水质在线监测系统为例，提出一些管网水在线监测系统设计、建设、数据传输、维护和实施难点做法与大家探讨。

1.管网水水质现状

1.1  市政管网概况

清远市区供水管网总长度为1503.93千米，主要分城南、城北和石角三个片区。向东至五一码头、洲心领塘村，洲心青联村委；向南至清远碧桂园，美林湖国际社区，石角七星村委会；向西至横荷岗仔村、沙头村、石角界牌沙坑、沙埗村委；向北至环城北与桥北路平交口、沙田村委黄埔东村、东城职教基地片区（杨巢围村）。管材主要以钢管、球墨铸铁管、PE管、衬塑管为主，少部分预应力混凝土管、灰口铸铁管和镀锌管。

清远市市区管网图

1.2  供水管网水水质现状

2021-2023年管网水浑浊度情况分析表(单位：NTU)

清远市市区最近三年客户服务反馈信息

1.3  供水管网水质存在的问题

目前供水管网的水质监测主要以人工检测为主，基本上每日上午进行采样，检测范围广（指水质项目），数据准确，但同时也存在着检测时间较长的缺陷。与此同时，对比客户反馈情况，部分水质指标还有一定差距，主要变现为：

1.3.1  龙头水有时出现黄水、锈水现象

1.3.1.1  抢修引起

道路上的供水管道，因不可抗力造成的突发性管道事故引起的。在抢修过程中可能造成局部、短时出现的浑浊。

1.3.1.2  管道的腐蚀、沉淀及粘垢

居民小区自家多数安装镀锌管道长期使用或管材质量问题造成的腐蚀；长时间不用水造成沉淀及粘垢；使用二次加压供水的居民，未按规定定期清刷、消毒蓄水池，造成自来水二次污染。

1.3.1.3  水压变化引起

早期建设的管网，在管材选择及内防腐处理上存在不足，受调水水压的变化，致使部分供水配水管网有时出现黄水、锈水现象；

1.3.2  偶有嗅和味异常、口感不够好

异味主要反映氯味较重，特别是居民区越靠近水厂味道越重；原水水质的变化，水厂相应投加做出了变化。另外，部分现状管网水与出厂水之间存在浑浊度升高，铁、锌含量升高，余氯降低，管网末梢水容易出现微生物指标不合格等问题，特别是长期居住的居民。

1.3.3  供水水质受原水水质制约较大

由于无法完全控制北江原水水质，在现行工艺条件下，供水水质受原水水质制约较大。具有一定的不确定因素。

2  建立供水管网水在线监测系统必要性

管网水质的管理及提高已经成为制约饮用水水质提高的瓶颈，提高供水管网水质的管理水平，必须加强对管网水质的有效监控，加大对实测数据的及时分析。

2.1  建立供水管网水质在线监测系统，可以对管网水质实施24小时实时连续监测。在此基础上，结合已经建立的供水管理平台，提供管网水质状况信息的查询，如管网中余氯、浊度等指标的变化等，能为管网的优化调度提供科学依据和决策，保障管网的高效运行。对于管网中的突发事件，如爆管、水质污染等，可以及早进行预测和报警，在事件发生后，可以在最短的时间内拿出处理方案，降低事故的损失。

2.2  建立供水管网水质在线监测系统，有助于实现全面的管网优化调度。目前调度系统主要以供水压力和流量等水力参数为主，只有同时考虑管网的水力和水质目标，才能实现全方位管网优化调度。

2.3  建立供水管网水质在线监测系统，可以积累大量的历史数据，从而建立科学的管网水质模型，统计分析整个管网水质变化。如自来水从出厂到达管网末端余氯衰减情况。

3  管网水在线监测系统的建设

3.1  管网水在线监测系统设计

给水管网水质在线监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代先进的“4C”技术（Computer—计算机、Control—控制、Communication—通讯、CRT—显示技术），监控数据采集与分析系统，是硬件设备与软件的有机结合，对管网水质进行24小时实时连续监测的基础上，与相关软件系统（供水系统）相链接，通过数据库共享。系统可以统计、处理监测数据，打印输出日、周、月、季、年平均数据以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各种监测、统计报告及图表(棒状图、曲线图多轨迹图、对比图等)。系统具有监测项目超标及信号状态显示、报警功能；自动运行、停电保护、来电自动恢复功能；维护检状态测试，便于例行维修和应急故障处理等功能。实施水质自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，达到及掌握主要管网及重点地区的水质状况、预警预报重大水质污染事故、监督水质情况等目的。

3.2  在线监测站建设

3.2.1  监测点数量

监测点数量直接影响着数据采集的全面性和精确性，布点数量应考虑管道的长度、代表性、风险点和经济成本。对于管网系统中风险程度较高区域，应增加布点数量，以确保问题的及时发现和解决。暂时清远市水质在线监测点为8个站点。

3.2.2  监测点位置

管网水在线监测点位置的选取，需要结合管网实际情况，布点从以下几个因素考虑：

3.2.2.1  供水主要管道的汇水区。在水流交汇路径上建立监测点，可以实时分析管网水质的变化情况，为水厂处理工艺提供反馈。

3.2.2.2  管网不利点、水质容易发生恶化的地区、潜在问题区域。如用水量小，水龄过长的区域，可以指导管网的定期排污。

3.2.2.3  水质容易恶化的管网末梢。在管网末梢，视为管网水质的控制点。管网水质的控制点相对于压力控制点来说可能是比较多的。因此，应可选择具代表性的点进行监测。

3.2.2.4  主要大用户接出处。某些重要用户，对于水质的要求比较高，用水量比较大，如医药和食品企业等，应设立监测点。

3.2.2.5  在一些重点地区设立监测点。如大规模的居民生活区、学校、公共场所等，一旦水质出现恶化，会造成更大的危害，应该加大监测的力度。

3.3  管网水质监测项目的确定和设备品牌的考虑

3.3.1  根据《城市供水水质标准》的相关规定，管网水质日常检测的七项指标中，浑浊度、余氯是两项重要的监控指标。国内目前多数供水企业选择了浊度、余氯、pH作为主要在线监测项目，在一定程度上较好的反映供水水质状况。考虑到各种技术因数的制约条件、水厂供水水质的稳定性、以及在线监测设备的技术成熟度，选择了浊度、余氯、pH这三个项目作为管网水质在线监测项目。

3.3.2  由于相应项目在线监测仪器品牌较多，价格变化也比较大。购买前从以下几个因素考虑：

3.3.2.1  仪器检测分析原理要科学，技术要求符合国家相关标准。具有较高的灵敏度和较高的精确度。干扰物质的影响要小，在较低的浓度范围内也要有充分的灵敏度和较高的精确度。

3.3.2.2  设备稳定可靠，故障要少。重现性好，可以长期使用。 

3.3.2.3  安装方便，现场操作简单，便于维修、校对；数据能临时贮存，特别是断电后恢复供电时，具有系统自动恢复和记录断电情况等功能。

在线监测设备内部结构

3.4  配电系统

3.4.1  配电系统由总空气开关、电机保护器、各仪器设备的开关、接触器和接线端子等部分组成。配电柜采用三相五线制进线（根据现场实际情况而定）。三相中每一相为220V单向输出，要求每一相供电能力为15A，采用国标10平方电线。

3.4.2  电源线引入方式应符合相关的国家标准，具有交流稳压器、电源避雷器、UPS电源。UPS电源能保证终端系统正常运行12小时以上，确保数据的保存，避免丢失。

3.4.3  电源动力线和通讯线、信号线相互屏蔽，以免产生电磁干扰。

3.4.4  配置防雷保护，维护站房安全运行。防雷包括站房防雷和设备防雷。但两者必须分开设计，避免设备直接受外部雷击而损坏。

3.4.5  每个站点进电线路上配置符合供电要求的电表，独立计算消耗电量。

在配电方面，建议每个站点安装仪表箱的同时，采用太阳能供电系统，避免市政电网的搭建和遭受雷击风险。太阳能供电系统供电电压12-24V，且还具有蓄电池防止阴雨天断电，可满足仪器设备的正常用电。

3.5  配水系统

3.5.1  根据系统的设计选择取水管道的管径，确保足够的管内流速和管道压力。取水管道应铺设平滑并尽量减少管道转弯次数，避免管道内部存水。取水管路内径不小于25mm，总供水量应高于各台仪器总需水量的150%。

3.5.2  管道材质、开关阀门应具有耐腐蚀性、防锈性，对所监测项目没有干扰。

3.5.3  水样分配单元的管道上安装流量和压力调节阀，以对流量和压力进行调节控制。

3.5.4  在保证水样具有代表性的前提下，取水管路上配备过滤设备去除水样中的细泥沙等大颗粒固体物质。

3.5.5  为消除市政管网水压变化的影响，取水管道上配备稳压设施。

3.5.6  进水总管上配置符合供水要求的水表，独立计算消耗水量。

3.5.7  设置人工采样口以便进行实际水样比对试验，同时设置有便于人工维护清洗时的取水口。

3.5.8  废水引至就近的排水沟。

4  数据传输系统的建设

目前，在线监测点信号的传输方式分有线和无线两种。有线传输方式主要是租用电信公司的电话线，通过拨号上网进行数据传输，其优点是传输的可靠性较高，缺点是监测点位置受一定限制，运行费用高，且当监测点较多时轮询周期较长。因此有线传输方式的应用已越来越少。无线传输方式主要有：超短波传输、电信CDPD传输、移动GPRS(或联通CDMA1X)传输、移动(或联通)短信传输等。

4.1  数据传输方式的选择

通过对比，GPRS传输具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”五个显著特点，且布点方便，资费便宜，网络覆盖较好，传输安全性较高，更适合于环境数据采集业务，故建议选用GPRS传输方式。

4.2  通讯协议

通讯方式采用MODBUS标准。通讯协议及数据结构包完整，以便将各类数据包写入调度中心标准数据库中。

5  管网水在线监测系统的维护

为保证维护管理的质量，应建立完善的维护及管理制度、水质在线监测仪器操作规程，并纳入公司管理体系，形成日常维护、校验、检修、质量保证和质量控制、数据准确性、设备运转率、仪器技术档案等资料。维护的方式主要有委托外包和自行维护两种，考虑到运行成本，建议自行维护。

5.1  工作人员严格按照相关规程、说明书和操作手册规定使用和维护仪器设备，确保仪器设备的正常稳定运行。做好试剂配件使用、运行情况和保养维护等记录。

5.2  维护在线系统的维护内容主要包括仪器设备维护、配水配电系统、预处理系统维护、终端控制系统维护、配套系统及设施维护以及软件平台系统维护等。

5.3  维护实施

5.3.1  每月至少一次对水质在线监测设备进行现场维护，对监测仪器进行一次校准或对比试验。与此同时，检查运行状态和技术参数、检查配水配电系统是否畅通、清洗滤网及清洁仪表、检查传输数据是否一致、定期更换分析试剂等。制定相应的记录表格，填写记录，并备份存档。

运维内容

5.3.2  每天对仪器设备进行远程巡查，检查系统数据传输是否正常。当设备监测数值出现异常情况时，应立即到现场调查设备报警原因，对仪器进行检查。

5.3.3  在设备保修期结束前，应由专业人员对仪器进行一次完整、彻底的大检查，若仪器存在问题又在保修期范围内，应尽快与厂家联系，进行维修。

6  总结与探讨

6.1  软件的实现与应用

管网水质信息管理软件（监控软件）是直接面对现场操作人员的，是完成水质自动监测系统的控制显示、数据显示、采集、存储、传输、处理等工作。

水质在线系统地图总览图界面

6.1.1  用户管理

由于水质数据属于机密数据，因此必须防止未经授权的访问，需要为用户分配用户名和密码，必要时还可以对用户的使用等级进行划分，让不同等级的用户拥有不同的权限。使登陆者能及时、迅速、准确地得到各监测点不同时期的水质数据。

6.1.2  界面管理

界面简洁、直观、通俗易懂、布局合理，并具备可拓展性；包含地图浏览界面和数据管理界面，地图浏览界面可以直观显示各监测点的分布及相关地理信息，数据库管理界面有水质信息的浏览、查询、制作曲线、打印报表等功能。

6.1.3  数据查询功能

登陆者能及时、迅速、准确地得到各监测点不同时期的水质数据。

6.1.4  数据处理功能

对采集到的原始数据按照拟定好的数据修约规则、弥补规则进行处理，并形成应用数据库，用于统计查询。数值统计：常用的最大值、最小值、均值等。根据管网系统水质参数的变化，较精确推算出管网各个节点的水质状况。可实现每个水质监测点项目，按时间条件（日、月、年、指定的时段等）绘制出K线分析图，支持比较和数据统计（最大、最小、平均等）。

2024年6月浊度k线分析图

6.1.5  报警功能

当设备工况异常或出现水质数据报警时，能及时收集报警信息，形成报警报表（报警监测点、报警时间、数值、连续报警数据生成趋势线等），实时发出报警信号。报警方式除在监控GIS平台上闪烁标示、触发警报鸣声等外，还须包括短信报警：当某监测点发生数据超标时，报警短信支持群发，相关人员可即时收到监控中心的信息；监控中心24小时值班，必要时可电话通知。

6.1.6  报表输出功能

支持报表的格式由用户提供并实现定制。支持单独或批量打印报表。支持报表导出为Word、Excel、PDF等通用格式。

6.2  管网水在线监测实施过程中探讨

6.2.1  管网水在线监测点选址

管网在线监测点选址的好坏很大程度决定了该监测点未来的报修率以及能否正常稳定运行，除必须是供水管网中需要的节点外，安装环境还应满足光线充足、空间充裕，操作和维护方便，避免在有振动、潮湿、易受机械损伤、有强电磁场干扰、高 温、温度蚀性气体的位置。若安装在路边，为避免阳光直射，造成数据的异常，减短设备的寿命，可与相关部门协调，在安装点旁边种上树。同时重点考虑实施的安全防护问题，如防盗和防人为破坏。

6.2.2  供电的选择

6.2.2.1  太阳能供电。太阳能发电是一种建筑物附属设施,安装在户外需要到政府相关部门进行备案，防止意外事故发生。在恶劣天气下太阳能发电时会产生不安全因素，特别是在雷雨天气下，需要及时将设备断电。设备选购、施工、安全防护、日常维护等方面，需要进行记录，由安装和使用单位进行负责。

6.2.2.2  电网线路直接供电。通过电网线路直接供电，可减少中间环节，减少人为影响，电源的安全性可以得到保障。但受施工和抢修维护的影响，报装电表不宜选择距离过远监测点。

6.2.3  管道的铺设

在线监测设备容易受到水流和水压不稳定的影响，在管道铺设时，应将取水样点距仪表安装处的距离尽可能近，取样管应能保证设备所需的流量，管道安装滤网和稳压器。排水管的排放口设置应保证排水顺畅，避免对环境造成影响。

6.2.4  设备维护

为了使管网在线监测系统能够稳定运行，日常的维护是关键。日常维护包括巡检、仪表管路清洁、数据的校正、备件耗材的更换等等，一般每月不少于1次。出现不正常运行或故障情况，随时进行检查，并保存检查记录。对于无法解决的故障要及时与仪器厂家联系，尽快落实维修，保证仪器正常连续运转。

6.2.4.1  在线监测系统维护需要较高的费用和专业的维护对外，委托外包总体费用偏高，自行维护总体效果较差。因此，建议检测公司内部进行兼职，统筹承接整个公司的在线系统维护和运营，在申请获得有关资质后对外承接和拓展此业务。这样既可以适当压缩人力和配套设施的投入，也可以保障维护效果，同时可以延伸企业产业链，提升效益。

6.2.4.2  维护的费用

在线监测仪器大都需要定期补充试剂、更换消耗件易损件，长期用水用电，因此，一定的运行费用是必需的。应与厂家签订年度合同，保证试剂及配件能及时及时补充。仓库存放少量试剂及配件库存满足在线监测系统长期稳定正常运行所需。

6.2.5  水质模型的建设

水质模型是指利用计算机模拟水质参数和某种污染物质在管网中随时间、空间的分布，或者模拟某种水质参数产生变化的机理。是一个备受关注的管网水质管理科学手段，从而得出管网各个节点的水质状况，评估整个管网系统的水质情况。如：计算水龄，污染物运动，优化加氯的投加量，为日常管网维护、运行及管理提供决策依据。但水质模型建立需要在水力模型基础之上，而且应用在线监测数据存在各类误差。为此，此项建设还在研究探讨阶段。

广东省清远市是一个实现双水源供水的城市，给水管网系统复杂、庞大且存在不同程度的老化。建立管网水质在线监测系统能弥补人工检测的不足，对管网水质实施24小时实时连续监测。为水质管理者提供早期的报警信息，对管网水质变化能做出迅速、正确的反应。并可以积累大量的历史数据，从而建立科学的管网水质模型：统计分析整个管网水质变化、管网水停留时间对水质的影响，以便对部分管段采取特殊的、有针对性的措施以保护其水质；在突发性管网水质事件中，能有效的描述污染物运动，追踪污染物质的动向，设计解决对策，彻底避免现时处理该类问题上的盲目性与被动性。有助于实现全面的管网优化调度，不是局限在给水的压力和流量等水力参数方面。

参考文献

1 水污染连续自动监测系统运行管理/环境保护部科技标准司组织编写.—北京：化工工业出版社，2008.6（2017.1重印）

2 中华人民共和国行业标准 CJJ/T 271-2017 备案号J 2469-2018《城镇供水水质在线监测技术标准》

3 中华人民共和国行业标准 CJJ/T 207-2013 备案号J 1669-2013《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》