浅析太原市北部管网水质在线监测点布点

梁明明

（国家城市供水水质监测网太原监测站 太原供水集团水质监测中心，山西 太原 030009）

引言

给水管网水质监测为保证市民饮水安全发挥重要作用。传统监测采用人工采样水样实验室仪器检测的办法，来监测给水管网水质数据，具有延时性，需要一定的反应时间。随着云计算、物联网、电化学技术的发展，在线水质监测成为了弥补传统水质监测的一种重要手段。在线监测系统能够全天候、快速、客观的反应给水管网水质情况，在应对水质突发事方面、供水调度决策、建立给水管网水质模型方面发挥了重要作用。

《城市市政供水水质在线监测规范》与2018 年6 月1 日实施，其中对在线监测点位布局作出了要求：点位能够保证准确、及时、全面的反应管网水质。供水干管、不同水厂供水交汇区域、加压站等重要地区或节点设置在线监测点位。

太原市的水厂主要分布在北部，同时北部地区也是太原的老城区，适合作为管网水质在线监测网建设的试点地区。本文就北部地区的管网水质在线监测布点情况进行讨论。

1 管网在线水质监测点情况

1.1 水质线监测点检测的水质参数

以《《城市市政供水水质在线监测规范》作为指导，要求日常监测市政管网饮用水的浊度、余氯、指标，可以增加pH、电导率、水温、色度等参数。结合经济性，太原北部给水管网水质在线监测点确定了浊度、余氯、电导、pH、温度等5 个参数。

浊度是水体物理性状指标之一，表征水中悬浮物质等阻碍光线透过的程度。一般来说，水中的不溶解物质越多，浑浊度也越高。

余氯参数是指水经过加氯消毒,接触一定时间后，水中所存留的有效氯，其衰减与管道内部环境有密切关系。

电导率代表水中导电能力，pH 代表了水中氢离子比例，温度代表了水中分子运动的剧烈程度。

1.2 仪表运行环境集成

给水管网在线监测仪，如果安装在环境复杂地点及其容易产生以下问题，带来技术风险，比如：水、电等不受控制的问题，带来监测数据的不稳定性；由于维护周期间隔期间无人值守产生了安全风险；用户单位内部管网情况复杂，管路的清洁状况直接影响到监测精度。

针对以上问题，在线仪表集成系统中需要使用自动化技术，来保证检测精度。自动监测仪采用有PLC主控，配置传感探头、清洗泵、蓄电池、压力表、DTU 等模块。为保障运行安全，在线监测系统要求断电保护系统可保证断电运行1 d 以上；具有远程防盗、防雷、防漏水功；自动清洗功能。

2 在线监测布点情况

2.1 监测点选择设计

在部区域布置的给水管网在线监测点时，主要根据《城市市政供水水质在线监测规范》[1]，结合日常给水管网水质监测采样点位置，选取10 个候选点位，其需满足以下条件：点位能够保证准确、及时、全面的反应管网水质。供水干管、不同水厂供水交汇区域、加压站等重要地区或节点设置在线监测点位。

选取的10 个候选点位，同时具有以下特点：结合给水管网日常水质监测采样点，与在线监测点之间形成印证。人口密集区，用水集中地区，以及重点保供水单位。按照在线监测仪表技术要求，保证仪表正常运行，监测点安装场地需满足以下条件：具有用水量较大的供水管网；电压、水压、排水等必须符合在线仪表技术要求；具有溢流地漏，消除安全隐患；具有保温设施，防止冬季低温对仪表造成损害。

2.2 在线监测点实施情况

按照上文的选点原则，结合管网水日常监测水质采样点，选取候选点位10 个，其中包括重点单位、学校、医院、大型社区等等，具体情况如表1 所示。

表1 在线点位现场考察情况

3 点位场地和6 点位场地杂乱，达不到能够满足仪表技术要求，排除其点位。9 点位场地排水不通畅，达不到安装条件，排除其点位。

其他点位实地考察后，可以满足安装要求。笔者初步确定了下列7 个在线监测点，如图1 所示。

图1 在线点位详细分布情况（1、2、4、5、7、9、10 符合条件点位）

其中绿色为符合条件点位，红色为不符合安装条件点位。

2.3 在线监测运行情况

仪表安装后运行一段时间发现，数据回传稳定，获取了大量水质监测数，下面对比对了某一时段在线监测回传的平均数据和个人工采样实验室数据，以浊度指标为例，如表2 所示。

表2 浓度在线数据与实验室台式数据对比

数据表明，在线仪表数据与实验室仪器数据具有系统性误差，这与采样方式、滞留时间、不同检测仪器产生的误差有关。误差在可以接受的范围内，通过软件调整可以很好地校准在线仪表数据。日常维护以三个月为一个周期，维护包括清洗、校准、更新耗材。运维时发现仪表系统管路清洁，维护后能够达到理想的使用效果。

2.4 在线水质监测布点优化技术

使用经验法选择的在线监测点为具有一定的局限性，下面介绍一种基于管网模型的优化布点技术。

覆盖水量法：假定给水管网内部上游节点的水质好于下游节点水质，下游节点水质一定程度上能够反映整体的水质情况，某种条件下游节点能够用上游节点使用率来衡量，计算出能够覆盖最大范围的节点为最优化节点。

节点水龄法：使用EPANETH 软件中的模拟功能。收集某一时段平均用水量数据，推导出管网的节点水龄，在PANETH 软件中，模拟管网水质随空间时间的变化，计算节点水龄水质数据作为优化管网在线水质监测布点的参考。

3 结论和展望

通过进行简单的模拟计算，选定的7 个监测点覆盖面积最优。并且经EPANETH 软件计算后，与7 个监测重合性在90%以上。说明选定的7 个监测点，可以有效反应地区管网水质情况。这也表明在线监测点设立在管网交汇支线较多处，以及管网的最末梢处可以是最有效的监测点位。

由于管网各项数据的偏差，和管网粗糙系数等数据的不足，造成了个别节点有一定的偏差。目前在管网模型上建立存在着模拟简单，资料不全面的情况，管网水质模型仍然有一定的局限性。下一步在完善管网GIS 信息后，加强给水管网监测点的优化计算工作。为下一步建设水质在线监测网提供更优化的技术保障。