CN108320060A - 一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法，包括：模拟管网水力运行，结合路网实现对供水管网全区域的网格化分区；计算每个网格内的居民用水情况；确定各网格中管网人工水质监测点数量；确定每个相应区块中在网用户的分布状态；计算出城市供水区域内不同位置的水龄和每个网格内在网用户水龄；确定特殊管网水质监测点；对用户用水量进行关于以水表信息为基础的大数据统计、分析、归纳、排序、整合，初步找出符合基本条件的拟定管网人工水质监测点；通过管网水力模拟，逐个分析，确定最终的管网人工水质监测点。科学合理确定市区管网水质监控监测点布局，保证了水质监控的代表性，对有效掌握供水管网中的水质变化、优化管网的运行管理都有较好的指导意义。

Description

一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法

技术领域

本发明涉及管网人工水质监测点选取方法技术领域，具体涉及一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法。

背景技术

目前国内供水企业常用的管网水水质人工监测点选址方法，多是依靠工作经验、城市发展状况来进行判断和粗略选点，随意性明显，导致管网人工水质监测点普遍存在分布不均、监测点分布科学依据不足、合理化不强的缺点。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法，包括以下步骤：

A、运用管网水力模型对城市供水管网进行关于管网水力运行方面的模拟，结合路网实现对供水管网全区域的网格化分区；

B、计算每个网格内的居民用水情况；

C、确定各网格中管网人工水质监测点数量；

D、通过地理信息系统确定每个相应区块中在网用户的分布状态；

E、根据数据采集与监视控制系统、管网水力模型和步骤D所得信息计算出城市供水区域内不同位置的水龄和每个网格内在网用户水龄；

F、确定特殊管网水质监测点；

G、对用户用水量进行关于以水表信息为基础的大数据统计、分析、归纳、排序、整合，初步找出符合基本条件的拟定管网人工水质监测点；

H、通过管网水力模拟，逐个分析，确定最终的管网人工水质监测点。

通过本方案方法确定的人工水质监测点，在城市路网、管网的分布形式上，明显优于传统选址模式。本方法按人口分布情况、使用先进的模型系统、数据采集系统，综合性因子叠加分析的科学模式，更能合理体现集中式供水水质监控的科学性，并且均匀分布性、监控准确度大大优于传统选址模式。新的城市供水管网人工水质监测点选址法，是根据平均水龄法、覆盖水量法的基本理论基础和系统算法、模拟，结合水量水龄，和管网运行状态等综合性指标，逐一进行排查、分析和判断的结果。较传统的监测点分布具有更高的科学依据和合理性。依据此方法确定的管网水质人工监测点，不论从分布情况，还是对管网水质的精细化管理和供水水质的监测可靠性方面，都有整体性提升。本方案结合地理信息系统InfoNetGIS、管网水力模型InfoWorksWS、监控和数据采集系统SCADA技术平台，科学合理确定市区管网水质监控监测点布局，保证了水质监控的代表性，对有效掌握供水管网中的水质变化、优化管网的运行管理都有较好的指导意义。

作为优选，对供水管网全区域的网格化分区的方法为：

A1、梳理城市供水管网信息并模拟管网运行状态；

A2、将城市路网、地形图相结合，找出供水管网中与路网匹配的道路和管线；

A3、结合市政管网规划、敷设规范、管网运行特点、城市路网和供水管网，实现供水管网全区域的网格化分区。

作为优选，步骤B具体为：

根据供水管网全区域的网格化分区情况，统计分析每个网格内的居民用水基础数据和人口密度。

作为优选，各网格中管网人工水质监测点数量的确定方法为：

根据“供水人口每两万人设一个采样点计算，供水人口在20万人以下或100万以上时，可酌量增减”的原则，结合各网格内的用水量，计算出的人口数量，确定各网格中管网人工水质监测点数量。

作为优选，步骤G具体为：

结合节点水龄法原理，通过地理信息系统、管网水力模型，分析各区块的重要因子，该重要因子包括居民人口密度、用水量、管网分布情况、水龄、流向、管网末梢点的动态变化；

找出各分区内，人口密度大、用水量多、分布形态具有代表性、水龄长、管网末梢点位置的用户区域；

符合上述特点的用户水表，集中进行关于重要因子的叠加，同时结合特殊管网水质监测点，初步找出符合基本条件的拟定管网人工水质监测点。

作为优选，根据拟定管网人工水质监测点确定最终管网人工水质监测点的方法为：

在同一个区块内，对拟定管网人工水质监测点进行关于水龄、水量排查、核对、分析、对比，确定选取结果；

管网水力模型中的流量、水龄、流速、流向参数结合监控和数据采集系统中的在线水质监测指标参数，判断各区块中拟定的各个管网人工水质监测点的水流方向、水量区域覆盖范围，得到基于覆盖水量法原理的拟定优化布局各水质监测点；

根据步骤C中确定的各区拟定选点数量，选取符合条件的供水管网水质监测点；

结合地理信息系统确定拟定的管网水质监测点取水点地理位置、街道及门牌号信息；

结合城市行政区划、供水区域边界信息，对全区块的管网人工水质监测点进行关于符合城市行政区域、重点考虑供水区域边界的数量区划，形成与城市行政区划相匹配的各行政区域管网人工水质监测点；

对确定的供水管网水质监测点进行现场取样核实。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明结合路网、管网、信息平台等重要技术手段，即：地理信息系统InfoNetGIS、管网水力模型InfoWorksWS、监控和数据采集系统SCADA技术平台，科学合理确定市区管网水质监控监测点布局，保证了水质监控的代表性，对有效掌握供水管网中的水质变化、优化管网的运行管理都有较好的指导意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为居民人口密度分部情况。

图2为成都市供水管网水龄图。

图3为第52区块对应的居民用水大数据表。

图4为第52区块对应的居民用水大数据整合表。

图5为成都南延线中和大道双向进水用户分析图。

图6为成都静安路万科城市花园双向进水用户分析图。

图7为成都群星路96#双向进水用户分析图。

图8为成都西南交大电信路四川大学华西医院(急诊科)双向进水用户分析图。

图9为成都望平街119#省公路机械厂宿舍双向进水用户分析图。

图10为成都世纪城路成都世纪新能源公司双向进水用户分析图。

图11为成都市高新区水质监测点的上下游覆盖区域及详细位置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法，包括以下步骤：

A、运用管网水力模型对城市供水管网进行关于管网水力运行方面的模拟，结合路网实现对供水管网全区域的网格化分区；

B、计算每个网格内的居民用水情况；

C、确定各网格中管网人工水质监测点数量；

D、通过地理信息系统确定每个相应区块中在网用户的分布状态；

E、根据数据采集与监视控制系统、管网水力模型和步骤D所得信息计算出城市供水区域内不同位置的水龄和每个网格内在网用户水龄；

F、确定特殊管网水质监测点；

G、对用户用水量进行关于以水表信息为基础的大数据统计、分析、归纳、排序、整合，初步找出符合基本条件的拟定管网人工水质监测点；

H、通过管网水力模拟，逐个分析，确定最终的管网人工水质监测点。

实施例2

基于上述实施例的原理，本实施例公开一具体实施方式。

A、运用管网水力模型InfoWorksWS对城市供水管网进行关于管网水力运行方面的模拟，模拟过程包括：对城市供水管网各主输水管线、环状管网、支状管线、重要管线的梳理；关于管网中流速、流量、水龄、水流方向、覆盖范围的梳理；管网运行状态的模拟。城市供水是从水厂出水，通过输配水管网，流经各主干管道，向用户输送。城市管网完成自来水从原水、过程水、出厂水到管网水的全过程。输水管道一般根据城市道路分布形态敷设，以此做到供水管网与城市主干道路匹配的意义。敷设过程中，实现城市规划、供水管线预埋于拟建设道路，体现城市整体规划布局的效果。

将城市路网、地形图相结合，找出供水管网中与路网匹配的道路和管线，结合市政管网规划、敷设规范、管网运行特点、城市路网和供水管网相结合同步分区分块，实现对供水管网全区域的网格化分区。

B、计算每个网格内的居民用水情况：

根据供水管网全区域的网格化分区情况，统计分析每个网格内的居民用水基础数据，计算每个网格内人口数量，分析人口密度。

C、确定各网格中管网人工水质监测点数量：

根据“供水人口每两万人设一个采样点计算，供水人口在20万人以下或100万以上时，可酌量增减”的原则，该原则为《CJ/T 206-2005城市供水水质标准》中对采样点数的相关规定，结合各网格内的用水量，计算出的人口数量，确定各网格中管网人工水质监测点数量。

D、通过地理信息系统InfoNetGIS找出每个网格内在网用户水表位置、信息，在每个相应区块中的分布状态。具体的，首先进行关于地理位置X/Y坐标的标识；再统计每个区块中水表用户信息、分布位置、与之相关的主供水管道、流向、用户数量、水量大小。

E、根据数据采集与监视控制系统SCADA采集的供水管网重要压力点、重要在线水质监测点，管网水力模型InfoWorksWS计算出城市供水区域内不同位置的水龄；再结合步骤D所得信息确定每个网格内在网用户水龄。

F、确定特殊管网水质监测点：

通过管网水力模型InfoWorksWS推断出管网中的末梢点、老龄化片区、供水区域边界、双向进水用户等数据，确定部分特殊管网水质监测点。

G、对用户用水量进行关于以水表信息为基础的大数据统计、分析、归纳、排序、整合，初步找出符合基本条件的拟定管网人工水质监测点。具体方法为：

结合节点水龄法原理，通过地理信息系统、管网水力模型，分析各区块的重要因子，该重要因子包括居民人口密度、用水量、管网分布情况、水龄、流向、管网末梢点的动态变化；

找出各分区内，人口密度大、用水量多、分布形态具有代表性、水龄长、管网末梢点位置的用户区域。通过系统平台的对比分析，得到一个规律：(1)居民用户水表集中区域，大多在大、中型用户小区、大型学校和机关事企业单位处，尤其体现在用户小区；(2)每个小区的进户总表即是最靠近城市主干道市政管网的水表；(3)管网末梢点的用户，大多水龄较长；(4)用水量相对较高的区域，即为每个区块中用户集中区域；(5)用水量相对较低的区域，用户较少，水龄较长，水质变化更复杂。

符合上述特点的用户水表，集中进行关于重要因子的叠加，同时结合特殊管网水质监测点，初步找出符合基本条件的拟定管网人工水质监测点。

H、通过管网水力模拟，逐个分析，确定最终的管网人工水质监测点。

充分对拟定后的各水质监测点，在同一个区块内，再次逐个进行关于水龄、水量、流速的梳理、核对、分析、对比，初步确定拟选水质监测点。

结合管网水力模型中的流量、水龄、流速、流向等参数、监控和数据采集系统中的在线水质监测指标参数，根据管网水力模型的模拟结果，判断各区块中拟定的各个管网人工水质监测点的水流方向、水量区域覆盖范围，逐个梳理监测点水量区域覆盖范围，得到基于“覆盖水量法”理论的，拟定优化布局各水质监测点。根据步骤C中确定的各区拟定选点数量，选取符合条件的供水管网水质监测点。再结合地理信息系统确定拟定的管网水质监测点取水点地理位置、街道及门牌号信息。对全区块管网人工水质监测点完成科学选址。

结合城市行政区划、供水区域边界信息，将全区块的管网人工水质监测点，进行关于符合城市行政区域的，重点考虑供水区域边界的数量区划，形成与城市行政区划相匹配的各行政区域管网人工水质监测点。

对确定的供水管网水质监测点进行现场取样核实，验证选址方法的的科学性、合理性。确认基于城市供水管网人工水质监测点选址的研究方法成立。

实施例3

基于上述实施例的原理，本实施例成都为例对本方法进行举例说明。

根据成都市的路网、供水管线分布情况，将成都市主城区划分109个具有代表性的用户区域，利用居民用水售水量，测算该区域人口量，人口密度，如图1所示。

将地理信息系统与管网水力模型数据结合，测算搭建成都主城区供水区域中的高密度用户区域。

水龄是评价水质好坏的重要指标，课题组对主城区管网进行水龄模型测算，如图2。

根据图1中网格化覆盖布局结果，从地理信息系统与管网水力模型中，提取出每个区域中包含的用户片区、街道、水表用户及用水量，形成109个区块的“居民用水区块水量大数据表”，如图3所示。

将109个区块的“居民用水区块水量大数据表”中的同片区、同街道、同小区用户水表信息进行归类、合并、整理、统计和进行大数据分析，如图4所示。

全覆盖布点数量主要按服务人口比例原则即供水人口每两万人设一个采样点选取，取样位置按区块水量大小进行选取。109个区域人口与布点数量关系如下表1。

表1

整个中心城区的覆盖布局方面、依据人口密度布局方面、市政供水大用户测控方面、管网末梢水水质测控方面、老龄化供水管网水质测控方面、供水边界处水质测控方面、双向进水用户测控方面，确定水质监测点。

对管网水力模型中的双向进水的街道、用户进行了单独测算，考虑是否对其设点，如下图5至图10。

以高新区范围内的第94、74、52区块为例。

在地理信息系统InfoNetGIS中，找出路网匹配的第94、74、52区域。

在管网水力模型InfoWorksWS中，找出第94、74、52区域匹配的居民用户水表点。

对各区居民用户水表点进行识别。

根据第94、74、52区块中的居民用水量信息，将用户、街道进行整合；排列组合大的水量用户水表，进行从大到小水量排序；同时根据区块内大水量用户的分布形态，结合管网大小分布，水流方向，选取合适的该片区用户进水表，作为初选水质监测点。完成第一阶段的水质普查。

结合公司InfoNetGIS、InfoWorksWS、SCADA三大系统及水质检测数据结果，对全覆盖管网人工监测点进行精简、优化布局。

管网水力模型系统，通过水量覆盖法，水的流向、水龄、流速等参数的充分运用，将原初选272个布点，结合InfoNetGIS和InfoWorksWS进行梳理，逐一进行分析，拟定取水点位置。

判断同水流方向、相近水量区域覆盖内各个布点的特点。通过结合网格化布局，路网和管网规划分区，逐个筛选相近区域内较为合理的定点。优化分析过程，以高新区第第94、74、52区块为例。

(1)运用管网水力模型，分别分析高新区第12号、第14号、第18号水质监测点的上下游覆盖区域及详细位置，如图11所示。

(2)通过以上3个水质监测分布点的上下游覆盖水量为例分析：第12号点位于14号和18号的中间位置。其上下游均可被14号及18号监测点为覆盖。故在这三个分布点中，可以舍去第12号点。不影响对该区域水质监测的分析判断。

(3)再对第14号和18号水质监测分布点进行上下游覆盖水量分析。第14号点的上游来水，与18号基本接近，而14号的下游，流经18号。且18号分布点的下游，承接高新区南部大片区域。在该两个水质监测点分析判断中，第18号分布点的代表性明显优于第14号点。故，可以考虑舍去14号点，选取最具区域代表性的第18号点，作为选取后的水质监测分布点之一。

(4)按照以上方法优化布局后，高新区第94、74、52区块中的选取水质监测点对比图。

对确定的供水管网水质监测点进行现场取样核实，得到验证结果如下：

1、现场取样核实，是基于管网人工水质监测点科学选址的方法，确定出的水质监测点，完成现场取样、检测一系列过程。

2、根据“城市输水管网结合路网实现网格化分区”的方法，形成与城市行政区划相匹配的各行政区域管网人工水质监测点，进行符合现场采样规范、检测规程的现场取水和实验室检测。得到具有法律效力的检测数据，可以真实、有效地反映供水区域的水质情况。

3、水质监测数据，是基于已选取的各行政区域管网人工水质监测点、现场取水和实验室检测过程得到的。形成符合城市区划的行政区域水质检测结果。充分体现城市供水、管网运行、用户终端的各过程水质变化。用户水表更多体现为用户终端用水水质。供水企业的产品消费者，既是终端用户。对终端水质的重视和全面普查，能够反映：(1)城市功能区域内的水质变化情况；(2)城市行政区域内的人口饱和度；(3)城市待发展，供水待开发区域范围；(4)多水源出厂供水范围区域内水质比较、变化情况；(4)易发、多发、高敏感度水质关注区域；(5)城市管网开发、改造、规划方面的参考指引；(5)用户终端用水感受；(6)供水企业的区域供水待拓宽区域成本收益反映。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、运用管网水力模型对城市供水管网进行关于管网水力运行方面的模拟，运用地理信息系统，结合路网实现对供水管网全区域的网格化分区；

B、计算每个网格内的居民用水情况；

C、确定各网格中管网人工水质监测点数量；

D、通过地理信息系统确定每个相应区块中在网用户的分布状态；

E、根据数据采集与监视控制系统、管网水力模型和步骤D所得信息计算出城市供水区域内不同位置的水龄和每个网格内在网用户水龄；

F、确定特殊管网水质监测点；

G、对用户用水量进行关于以水表信息为基础的大数据统计、分析、归纳、排序、整合，初步找出符合基本条件的拟定管网人工水质监测点；

H、通过管网水力模拟，逐个分析，确定最终的管网人工水质监测点。

2.根据权利要求1所述的一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法，其特征在于，对供水管网全区域的网格化分区的方法为：

A1、梳理城市供水管网信息并模拟管网运行状态；

A2、将城市路网、地形图相结合，找出供水管网中与路网匹配的道路和管线；

A3、结合市政管网规划、敷设规范、管网运行特点、城市路网和供水管网，实现供水管网全区域的网格化分区。

3.根据权利要求1所述的一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法，其特征在于，步骤B具体为：

根据供水管网全区域的网格化分区情况，统计分析每个网格内的居民用水基础数据和人口密度。

4.根据权利要求1所述的一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法，其特征在于，各网格中管网人工水质监测点数量的确定方法为：

根据“供水人口每两万人设一个采样点计算，供水人口在20万人以下或100万以上时，可酌量增减”的原则，结合各网格内的用水量，计算出的人口数量，确定各网格中管网人工水质监测点数量。

5.根据权利要求1所述的一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法，其特征在于，步骤G具体为：

结合节点水龄法原理，通过地理信息系统、管网水力模型，分析各区块的重要因子，该重要因子包括用水量、居民人口密度、管网分布情况、水龄、流向、管网末梢点的动态变化；

找出各分区内，人口密度大、用水量多、分布形态具有代表性、水龄长、管网末梢点位置的用户区域；

符合上述特点的用户水表，集中进行关于重要因子的叠加，同时结合特殊管网水质监测点，初步找出符合基本条件的拟定管网人工水质监测点。

6.根据权利要求1所述的一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法，其特征在于，根据拟定管网人工水质监测点确定最终管网人工水质监测点的方法为：

在同一个区块内，对拟定管网人工水质监测点进行关于水龄、水量排查、核对、分析、对比，确定选取结果；

管网水力模型中的流量、水龄、流速、流向参数结合监控和数据采集系统中的在线水质监测指标参数，判断各区块中拟定的各个管网人工水质监测点的水流方向、水量区域覆盖范围，得到基于覆盖水量法原理的拟定优化布局各水质监测点；

根据步骤C中确定的各区拟定选点数量，选取符合条件的供水管网水质监测点；

结合地理信息系统确定拟定的管网水质监测点取水点地理位置、街道及门牌号信息；结合城市行政区划、供水区域边界信息，对全区块的管网人工水质监测点进行关于符合城市行政区域、重点考虑供水区域边界的数量区划，形成与城市行政区划相匹配的各行政区域管网人工水质监测点；

对确定的供水管网水质监测点进行现场取样核实。

7.根据权利要求1所述的一种基于城市供水管网人工水质监测点选址方法，其特征在于，所述步骤H具体为：

H1、在同一个区块内，逐个对拟定管网人工水质监测点进行关于水龄、水量、流速的梳理、核对、分析、对比，初步确定拟选水质监测点；

H2、结合管网水力模型中的流量、水龄、流速、流向参数和数据采集系统中的水质监测指标参数，根据管网水力模型的模拟结果，判断各区块中拟定的各个管网人工水质监测点的水流方向，逐个梳理监测点水量区域覆盖范围，拟定科学布局的各水质监测点；

H3、根据确定的各区拟定选点数量，选取符合条件的供水管网水质监测点，再结合地理信息系统确认拟定的管网水质监测点取水点地理位置、街道及门牌号信息，确定全区块管网人工水质监测点。