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2023年 第41卷  第11期

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顶层设计
水务企业数字化转型实施路径分析
黄海群, 任海静, 许冬件, 王储君, 于栋, 刘广齐
2023, 41(11): 1-5. doi: 10.13205/j.hjgc.202311001
摘要:
数字经济时代,数字化转型已经成为水务企业发展的共识和共同努力的方向。系统分析了水务企业数字化转型的内外驱动力、存在的主要问题和具体实施路径,以期为水务企业数字化转型提供借鉴和参考,为我国水务行业智慧化发展提供技术支撑。
城市水系统智慧运营顶层设计
申若竹, 黄绵松, 郑乔舒, 王征戍, 周奎宇, 吴晓甜, 刘佳旭
2023, 41(11): 6-13. doi: 10.13205/j.hjgc.202311002
摘要:
随着经济社会快速发展,"十四五"时期城市水系统向协同治理、统筹推进转变。针对城市水系统运营管理普遍存在的体系不健全、标准不完善、运营质效低、经验难推广、数据难利用等问题,基于业务场景梳理了业务逻辑,基于数字化特点重构业务流程,探索了城市水系统智慧运营的实施路径,以系统思维构建了基于资产的城市水系统智慧运营管理体系,明确了核心要素和关键环节,研发环保业务和信息技术深度融合的智慧运营平台。通过构建"信息采集-资产评估-分级维护-精细管理-监测预警-综合调度"全过程运营管理流程,为实现城市水系统长效运营提供新思路,助力城市水系统标准化、精细化、智慧化运营,创造生态环境长效价值。
水务行业数据经济现状与展望
许冬件, 王储君, 刘广齐, 武昆峰
2023, 41(11): 14-18,33. doi: 10.13205/j.hjgc.202311003
摘要:
水务行业是涉及民生和环境的一个重要行业,随着大数据时代的到来,水务企业逐步建立信息化系统,掌握了大量的数据资源。阐述了水务数据经济的概念及特点;探讨了水务数据经济的价值和应用场景,包括提高效率、优化决策、创新服务、降低风险和促进可持续发展等方面;分析了水务数据经济面临的挑战,围绕数据质量、数据安全、数据共享和数据创新等,提出了相应的应对策略;展望了水务数据经济的发展前景,包括技术发展、政策支持、创新应用、产业合作和社会认知与接受等方面。水务数据经济的研究表明:水务数据是一种重要的战略资源,具有巨大的潜力和价值。随着技术的不断进步和社会需求的提升,水务数据经济将为水务行业带来更多的机遇和创新,推动水务行业向智慧化、绿色化、可持续发展的方向迈进,从而为水务企业和相关政府部门提供参考和启示。
水务企业数据治理框架设计
刘广齐, 许冬件, 武昆峰, 王储君, 冯志日, 孙甲民
2023, 41(11): 19-24. doi: 10.13205/j.hjgc.202311004
摘要:
随着促进水务企业数字化转型的利好政策频出以及信息化技术的快速发展,水务企业面临着大量的数据治理需求,如何做好数据治理工作已成为水务企业数字化转型的焦点。然而,水务行业具有相对传统、分散的行业特性,加之数据治理知识比较抽象,因此数据治理工作在水务企业的实际实践过程中存在一定的难度。基于水务企业数据治理框架设计角度,讨论了核心业务流程梳理和建模、业务模型、数据模型、数据资产目录、报表体系、数据标准体系、IT治理保障体系、数据安全体系、数据应用体系9部分内容,形成一套可落地、可实施的数据治理框架。通过对数据治理框架的设计,提升水务企业的数据治理项目的实施效率和成功率,以期为水务企业的高质量发展提供有力的支持。
物联感知
常州市排水基础设施安全运行监测平台建设与研究
陆文涛, 陈波, 雷豁, 邵慧星, 秦一帆
2023, 41(11): 25-33. doi: 10.13205/j.hjgc.202311005
摘要:
排水系统是城市重要的基础设施之一,监测其运行状态意义重大。为解决排水系统数据管理、在线监测、业务管理、内涝预警等方面的问题,以常州市为研究对象,深入分析了排水系统现状及问题,并给出了解决方案。基于GIS、物联网、人工智能、数字孪生等技术,提出了排水基础设施安全运行监测技术架构,研发并建成排水基础设施安全运行监测平台。系统上线后,管网养护成本平均降低12%,污水全年低水位运行时间提升10%,一体化调度效率提升50%,实现了设施全生命周期管理、管网全方位监测、内涝高效预警与处置、厂网一体化调度,并有效提高了常州市排水基础设施数字化、智能化监管水平,可为同类城市相关工作提供参考。
水务物联监测技术在排水管网问题诊断中的应用
赵丛丛, 赵云飞, 任紫嫣
2023, 41(11): 34-38,45. doi: 10.13205/j.hjgc.202311007
摘要:
运用水务物联监测技术对典型区域进行分析,以在线监测数据为基础,构建以数据统计分析为核心的物联监测与管网问题诊断系统,智能诊断评估管网运行状态,分析排水管网入流入渗、淤积、漫溢等问题,掌握整个排水系统在不同工况下的运行状态。结果表明,物联监测技术有助于识别排水管网问题,有效减少排水系统问题排查的成本投入。通过开展入流入渗风险评估、淤积风险评估及漫溢风险评估等工作﹐识别可能存在问题的管段,为后续开展管网改造工作提供数据支撑。该项目可为其他城市推广物联监测技术提供参考。
基于供排水一体化监测的污水管网外来水入侵风险评估
李丹琳, 郭帅, 黄荣敏, 张浩, 成浩科
2023, 41(11): 39-45. doi: 10.13205/j.hjgc.202311006
摘要:
为了实现城市污水管网外来水入侵风险监测评估持续化、主动化、低廉化,在现有的外来水定性定量方法的基础上,结合城市已有的供水和排水监测感知系统,提出了1套基于供排水一体化监测的外来水风险评估方法。采用外来水占比R及外来水占比等级频率P 2个指标反应风险等级,表征外来水时空分布特性,并将其应用于南方W城市某片区的外来水风险评估工作中。2022年3-4月污水管网监测数据分析结果表明,4个厂泵和3个关键监测节点将评估区域划分为3个子区域,其中,3月旱天情况下子区域Z1外来水入侵等级为较为严重,自流区整体及子区域Z3外来水入侵程度为严重,而子区域Z2为非常严重,4月除了区域整体风险等级下降为较为严重,子区域评价结果不变。与传统方法进行比较,该方法评估结果具有可行性,对实现以较低成本开展外来水风险评估及对提升污水管网管理效率具有重要意义。
数字化及互联网感知技术在澳门自来水管网漏损管理中的应用
李志土, 赵禹, 李茵
2023, 41(11): 46-53,77. doi: 10.13205/j.hjgc.202311009
摘要:
粤港澳大湾区的新城区及城镇居住人口密集,供水企业规模各异,管理情况参差不齐。其中,管道漏损控制领域普遍存在营运和管理方面的困难。在国家碳达峰、碳中和的大背景下,供水企业需要采取更积极的手段措施来实现碳达标和碳中和的行业目标,而漏损控制是其中的一个关键控制点。目前,大部分供水企业采取传统的管理措施和管道探漏方法。文章以澳门供水漏损管理的实际经验为基础总结出漏损管理5大具体措施,强调将漏损管理与数字化、智能化管理模式相结合,列举了互联网感知技术在测漏、管网瞬时压力管理等领域应用案列来介绍新型漏损管理方法和效果。
技术创新
城镇排水管道原位固化修复工程碳排放计算与分析
马涛, 郭跃华, 王蔚蔚, 曹井国
2023, 41(11): 54-58,63. doi: 10.13205/j.hjgc.202311011
摘要:
从可持续发展战略角度考虑,降低市政设施的碳排放量是生态文明发展的重要一步。非开挖管道修复方式节能环保、绿色低碳,是管道修复行业升级转型的大趋势。结合四川省射洪市管网修复案例,对修复管道材料生产阶段、材料与设备运输阶段、施工阶段进行了碳足迹追踪。结果表明:材料生产阶段碳排放量为11263.14 kg CO2e,运输阶段碳排放量为134.78 kg CO2e,施工阶段碳排放量为539.12 kg CO2e,分别约占总碳排放量的94.35%、1.13%和4.52%。材料生产阶段碳排放量最大,是控制翻转式原位固化修复碳排放量的关键。对施工过程中材料与能源进行敏感性分析,发现树脂的敏感性最强,其次是无纺布,优化这2种材料或控制其使用量,将对降低翻转式原位固化工程的碳排放有重要作用。
基于光纤传感与视频AI技术融合的供水管网无人化巡检应用
王蕾, 俞坤, 陈辉, 毛哲凯, 张玲琴, 徐云涛
2023, 41(11): 59-63. doi: 10.13205/j.hjgc.202311010
摘要:
城市地下管廊、输水管线沿途地质情况复杂,而传统人工巡检模式对地下供水管网的巡检效率较低,无法实时排查管廊变形、管道泄露等异常事件。通过分析分布式光纤传感技术与视频AI(Artificial Intelligence)技术在杭州某地下管网无人巡检实例,阐述该技术的场景架构及建设成效,对管网巡检的智慧化发展具有一定参考意义。
市政排水泵站雨天出流污染画像分析
谭琼
2023, 41(11): 64-68. doi: 10.13205/j.hjgc.202311012
摘要:
为从数据视角识别中心城区排水泵站雨天出流污染的分类特征,采用基于无监督机器学习的K-means聚类算法对上海市中心城200余座泵站的设施数据和行为数据进行指标提取和画像分析。结果表明:中心城泵站分为低频高质型泵站、高频低质型泵站、高频高污型泵站和中频中污型泵站4类画像,建议优先加强第3类高频高污型泵站和第4类中频中污型泵站的出流污染管控,并根据分群特点提出了各类画像对应的管控对策。该研究结果具有较好的解释性和应用价值,可为基于数据分析的分类管控、管网提质增效实施优先级策略制定提供参考。
市政污水管道硫化氢生成影响因素及预测模型研究进展
远野, 高君, 张璐璐, 陈天明, 丁成
2023, 41(11): 69-77. doi: 10.13205/j.hjgc.202311013
摘要:
污水在市政污水管道的运输过程中,会释放大量的硫化氢(H2S),易引发恶臭、中毒和管道腐蚀等问题。采用合理的预测模型对管道中H2S的产生进行预测,可为后续采取相关的H2S控制措施提供依据,对于污水管网的规划也具有重要意义。因此,首先分析了影响污水管道中H2S生成的主要因素;其次将H2S生成预测模型按照传统统计学和机器学习2类进行归类,并总结其研究进展;最后,探索了H2S生成预测模型的潜在研究热点和难点,以期为市政污水管道H2S预测模型的建立提供参考。
基于智能视觉的流动水体污染监控方法及应用
曾祥吉, 鄢锋, 李勇刚, 潘岩, 杨静雅, 谭翔天
2023, 41(11): 78-83,122. doi: 10.13205/j.hjgc.202311014
摘要:
工矿企业生产过程中不可避免地产生各类污染,其中水污染物排放始终是监控与防治的重要工作。当前工矿企业所采用的传统监控手段如视频或在线设备监控,存在应对突发性水污染事故适应性弱、效率低、成本高、准确性差等问题。针对流动性水体图像连续、动态、全前景、无背景的特点,采用深度学习算法建立动态加权灰度化模型优化彩色图像灰度处理,提出了图像光强信息(灰度值)分析方法;结合时/空间连续图像信息自检方法对水体图像进行在线分析,提出了1种通用水体污染监控方法,开发了基于智能视觉的动态水体污染监控系统,实现了污染状态的高效、准确的定性判断。在工矿企业投用该系统后,运行维护简便,相对于传统人工视频污染监控方式,污染识别准确率提高13%,有效识别率达到99%以上,平均污染识别时间减少3~5 h,实现突发性水污染事故快速响应,大幅降低环保事故发生率;且能够有效降低人员劳动强度,节约企业运营成本。
基于自注意力机制的污水处理厂精确加药模型预测控制
裴力锋, 陈伟杰, 徐敬生, 吕路
2023, 41(11): 84-92,140. doi: 10.13205/j.hjgc.202311015
摘要:
污水处理过程精确控制是解决污水处理厂运行成本高和出水水质不达标问题的有效途径,但由于污水处理过程具有非线性、时变性和时滞性等特点,常规的控制方法难以满足需求。提出了一种模型预测控制方法,以实现污水处理厂药剂的精确投加。所构建的模型基于自注意力机制提取输入序列的有效信息,对参数之间复杂的非线性关系进行建模,从而提高预测准确度。使用江苏省某污水处理厂的反硝化滤池数据进行模型训练和测试,并建立与卷积神经网络(CNN)、长短期记忆网络(LSTM)的对比实验。结果表明,对于出水TN、COD和NH4+-N的预测,自注意力模型的平均误差率(MER)、均方误差(MSE)指标均为最好,实现了较为准确的预测。采用粒子群优化算法计算加药量,并将预测控制模型应用于该污水处理厂。2022年1,2月的模型应用结果表明,出水TN的达标率达到95%以上,优化后的加药量比污水处理厂的月平均加药量分别减少28.72%和21.78%。
自驱动微纳机器人在污水处理上的研究进展
严璐, 陈云, 郭媛慧, 侯茂祥, 刘祚辉
2023, 41(11): 93-103,114. doi: 10.13205/j.hjgc.202311016
摘要:
近年来,随着对微纳机器人的研究更加深入,利用自驱动微纳机器人可调的表面化学性质,通过表面反应产生大量的微纳米气泡,在微观尺度上混合液体,从而能够有效地吸附或降解污染水中的有毒化学物质。特别地,在清洁传统方法难以触及的小管道或腔体中的污水处理方面,优势明显。综述了近年来国内外自驱动微纳机器人在污水处理方面的研究进展。介绍了自驱动微纳机器人的制备及驱动方式,总结了自驱动微纳机器人在监测水环境及高效处理污水方面的应用,主要包括自驱动微纳机器人吸附重金属离子、降解有机污染物、定向运输油滴及微塑料降解4个方面;探讨了微纳机器人在燃料材料方面的依赖性和实际环境应用的局限性,并结合其优缺点对未来的发展方向做进一步展望。
黄孝河、机场河水环境综合治理数字孪生平台的设计与开发
周毅, 高芳, 张静, 吴明明, 陈聪, 陈俊, 李进, 刘畅, 黄凯
2023, 41(11): 104-109. doi: 10.13205/j.hjgc.202311017
摘要:
随着新一代信息化技术的蓬勃发展,数字孪生技术在各行业的应用也愈发深入。面对流域水环境治理在管理部门多、空间尺度大、外部环境多变、联合调度难等问题,以黄孝河、机场河水环境综合治理项目为研究对象,以数字孪生五维模型为理论基础,基于模型模拟预测、BIM、Unreal Engine等新一代信息化技术,建立黄孝河、机场河水环境综合治理数字孪生平台,融合流域内的天气状态、水质状态、异常事件、调度指令等关键信息,构建"流域-区域-厂站"三级仿真体系,实现了"源、厂、网、河、湖"的一体化管理,为管理者提供智能运维、预测预警、动态调度等应用价值,实现了水务治理的实时有效监管和科学辅助决策,以期为未来智慧水务建设提供经验参考。
智慧应用
广州海绵城市建设之智慧排水实践
吴学伟, 黄穗虹, 黄艳雄, 常颖
2023, 41(11): 110-114. doi: 10.13205/j.hjgc.202311018
摘要:
海绵城市建设是我国现阶段城市雨洪管理的发展方向之一。扎实推动海绵城市建设,是增强城市防洪排涝能力的有力保障。广州作为全国首批海绵城市建设试点城市,以"上中下游功能区协调、大中小海绵系统结合、灰绿蓝设施交融提升"为技术思路,以"污涝同治"为主要手段,运用"+海绵"理念,系统化全域推进海绵城市建设。结合广州市中心城区排水管控的实践经验和成效,从广州市污涝同治、巩固治水成效的全新视角,探讨智慧排水管控,以期为开展进一步智慧海绵建设工作提供参考。
智慧排水综合管理平台的建设及探索
邢汉坤, 刘佳, 占智玲
2023, 41(11): 115-122. doi: 10.13205/j.hjgc.202311019
摘要:
针对某生产调度及运行管理需求,提出构建智慧排水数据中心的设想,构建"统一、智慧、融合、便捷、多维、安全"的智慧排水综合管理平台,实现公司与各级部门的数据资源整合与共享,以实现厂站网一体化调度、雨污协同处置的一站式管理,有效提升公司整体的信息化水平为目标,探索城市排水技术与管理新模式。
常州排水数据资产体系建设探索与实践
宗圆, 许光明, 武昆峰, 白瑶, 朱永霞, 何洪威
2023, 41(11): 123-133. doi: 10.13205/j.hjgc.202311020
摘要:
以常州城市排水有限公司数据资产管理体系为案例,研究探索数据与实体业务的融合发展模式,并提出包括统筹规划、标准引领、还原解构和深化应用的数据资产管理体系构建思路,探索出水务行业数据资产体系架构与可行的建设路径。常州排水通过数据资产体系建设实践,实现了企业数据资产体系化管理和数据业务化,有效提升了常州排水运营和公共服务的质量与效益,同时也沉淀了水务行业数据要素化、资产化的理论、架构和方法,以期为推动水务行业数字化转型、发挥数据生产要素价值提供参考方案。
水环境创优下城市排水系统数字化管控研究与实践
李旭, 林峰, 曾洁, 黎洪元, 李肖玉
2023, 41(11): 134-140. doi: 10.13205/j.hjgc.202311021
摘要:
排水-水环境数字化是实现排水系统提质增效和水环境创优的重要抓手。以南方某市S河湾流域为例,分析引发污水溢流污染的关键因素,提出数字排水-水环境管理体系框架,形成全流域在线监控、全链条闭环管控、全场景智能分析、全要素联合调度以及全系统监管的数字化解决思路。并依托信息化平台,结合空间大数据、物联网、机器学习等新技术,重点构建排水管渠问题整治、液位异常事件智能识别、小流域长效诊治、污水联合调度以及水环境"一网统管"数字化应用场景,取得了良好实效。该研究结果可为类似地区提供借鉴和参考。
在线模型推动供水企业数字化转型的探索与实践
张新
2023, 41(11): 141-147. doi: 10.13205/j.hjgc.202311022
摘要:
在"十四五"期间大力推动数字经济和数字技术改革创新的背景下,针对智慧水务发展中供水业务的数字化转型问题,探究了在线模型对于识别供水业务数字化转型中隐藏的问题、提高业务管理精度、提升数字信息完善程度等方面的作用。结合管网中面临的拓扑信息错误、管道堵塞、管道泄漏、设备异常、阀门情况不明等实际工程问题,具体阐述了在线模型在识别设施设备、业务系统、管理体制等方面堵点、断点的能力,讨论了在线模型对供水企业数字化转型的推动作用。
铁路桥地下污水处理厂智慧运营管理平台的设计与实现
周毅, 熊珍, 吴明明, 李进, 陈聪, 高芳, 刘畅, 黄凯
2023, 41(11): 148-153. doi: 10.13205/j.hjgc.202311023
摘要:
城市地下污水厂由于其施工工艺特殊、出水水质要求高,因此对污水厂在地下空间整体呈现、安全管控、工艺控制等方面提出了更高的要求。通过BIM技术、无线脉冲UWB定位技术、精确加药和精确曝气等信息化技术应用,实现对污水厂的精细化管理,确保在处理水质达标的情况下实现低成本运行,探索数字化运营管理新模式。
面向低碳约束的工业园区水网络优化研究
李轶, 徐文筠, 童林林, 孙红波, 万芬芬, 张文龙
2023, 41(11): 154-159. doi: 10.13205/j.hjgc.202311024
摘要:
水网络优化是解决工业园区水资源短缺和污染问题、提升工业生产节水减排能力的重要方法。近年来,在"碳达峰碳中和"目标背景下,全社会对碳排放问题的关注给水网络优化带来了新的机遇和挑战。以新鲜水用量最小、碳排放量最少、水处理成本最低为目标,考虑水量平衡、供需平衡、可供水量、非负和碳水关系指数约束,构建面向低碳约束的工业园区水网络优化模型,并采用遗传算法和理想点法求解。结果表明:在以电子信息行业为主的盐城市工业园区内,采用面向低碳约束的水网络优化方案预计可减少51%新鲜水使用量和65%碳排放量。工业园区水网络的节水减排降碳措施包括多级处理-多级回用、优化工艺流程、优化水泵运行与药剂投加等。研究为缺水城市工业园区水资源高效利用和减污降碳研究提供了方法支撑。
水量水质联合调控模型在前山河流域的应用
吴孟李, 张祥汉, 王宏宇, 许冬件, 陈武奋
2023, 41(11): 160-164. doi: 10.13205/j.hjgc.202311025
摘要:
城市河涌是城市水生态环境的载体,由于城市面积的日益扩大,河涌生态受人类活动的影响逐渐增加,大量的城市河涌面临着水体污染、生态失衡、河流过流能力降低及河道淤积等问题。以珠海市前山河流域为例,针对流域优化调度的需求,设计了4组优化调度方案,形成分区调度的方式,通过构建前山河流域水量水质联合调控模型,分析4种优化调度方案的调度成效,结果表明:调度效果最优的方案是在前山河和蜘洲涌新建水闸,该方案将中山市坦洲镇水系与珠海市水系进行了隔离。坦洲镇水系在关闸后呈完全封闭状态,不受咸潮影响,珠海市水系形成了广昌水闸、洪湾水闸进水,前山河石角咀水闸排水的单向流格局。
短程精准曝气智能控制系统在污水处理厂中的应用
于怀星, 袁丁, 何梓灏
2023, 41(11): 165-171. doi: 10.13205/j.hjgc.202311026
摘要:
短程精准曝气智能控制工艺模型摒弃了依靠DO单一数据控制风量的传统控制模式,锚定生化池出水氨氮,包含全自动数据采集与智能控制的工艺模型算法及成套设备。其在汕头1.2万t/d污水处理厂的应用实践结果表明,其可使出水指标稳定达标,可将氨氮目标值控制在0.7~2.8 mg/L范围内;同等条件下,自动运行后单位总还原物需氧的耗能更优,氧利用效率提高约11%;在进水还原物质浓度偏低的情况下,可自动匹配低风量区间,可平均节省18.85%的风量。