管網(wǎng)壓力調(diào)控工程實(shí)施方案第一章項(xiàng)目背景與目標(biāo)1.1城市供水現(xiàn)狀本市主城區(qū)供水管網(wǎng)總長(zhǎng)1872km，DN300及以上干管648km，2023年平均日供水量118萬m3，高峰日142萬m3。2020—2023年共發(fā)生爆管312起，其中72%集中在0:00—5:30低峰時(shí)段，爆管點(diǎn)上游200m內(nèi)平均壓力0.52MPa，下游50m內(nèi)平均壓力0.28MPa，壓力波動(dòng)幅度0.24MPa。夜間富余水頭18—22m，造成漏失率14.8%，年漏失水量約6400萬m3，直接經(jīng)濟(jì)損失1.9億元。1.2政策與法規(guī)依據(jù)《城市供水條例》（國(guó)務(wù)院令第158號(hào)）第二十條、《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程》（CJJ207—2013）第4.3.2條、《公共供水管網(wǎng)漏損控制及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T38993—2020）第5.1.4條，明確要求“供水企業(yè)應(yīng)采取壓力調(diào)控措施，使服務(wù)壓力控制在合理區(qū)間，并逐年降低漏失率”。1.3項(xiàng)目總體目標(biāo)2025年12月31日前，通過分區(qū)、分時(shí)、分壓調(diào)控，實(shí)現(xiàn)：（1）主城區(qū)管網(wǎng)平均壓力由0.45MPa降至0.34MPa，夜間最低壓力不低于0.15MPa；（2）漏失率由14.8%降至9.5%，年節(jié)水量≥3800萬m3；（3）爆管次數(shù)下降40%，用戶投訴下降50%；（4）單位水量能耗下降8%，年節(jié)電1200萬kWh。第二章基礎(chǔ)數(shù)據(jù)普查與模型建立2.1管網(wǎng)拓?fù)湫：耍?）2024年3月1—31日，采用關(guān)閉閥門+插入流量計(jì)法，對(duì)1872km管線進(jìn)行零流量驗(yàn)證，共發(fā)現(xiàn)47處拓?fù)溴e(cuò)誤（錯(cuò)連、漏連、管徑不符），現(xiàn)場(chǎng)修正并同步更新GIS。（2）對(duì)648km干管進(jìn)行CCTV內(nèi)檢，發(fā)現(xiàn)3處DN800管道內(nèi)部存在30%截面縮徑，列入2024年沖洗計(jì)劃。2.2用戶用水模式采集（1）安裝1200具超聲波插入式流量計(jì)（精度±0.5%），覆蓋85%大用戶（月均用水量≥1000m3），連續(xù)記錄15min間隔流量；（2）對(duì)6000只普通水表加裝LoRa脈沖采集器，每日上報(bào)96點(diǎn)數(shù)據(jù)；（3）采用Kmeans聚類，將用戶劃分為6類典型曲線：居民、商服、行政、工業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院，作為模型時(shí)變節(jié)點(diǎn)需求輸入。2.3水力模型構(gòu)建與校核（1）采用EPANET2.2建立動(dòng)態(tài)模型，節(jié)點(diǎn)18742個(gè)，管段23615條，時(shí)步15min；（2）以2023年7月15日（高峰日）0:00—24:00實(shí)測(cè)壓力、流量為基準(zhǔn)，采用遺傳算法自動(dòng)校核，目標(biāo)函數(shù)為壓力誤差平方和最小化，最終Nash效率系數(shù)0.91；（3）模型通過《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)水力模型技術(shù)導(dǎo)則》（T/CECS695—2020）三級(jí)精度驗(yàn)收。第三章壓力調(diào)控分區(qū)（DMA）設(shè)計(jì)3.1分區(qū)原則（1）獨(dú)立計(jì)量、獨(dú)立壓力、獨(dú)立管理；（2）邊界管道≤2條，關(guān)閉閥門后零流量驗(yàn)證≤5m3/h；（3）用戶數(shù)2500—4000戶，夜間最小流量≥30m3/h，便于漏損監(jiān)測(cè)；（4）地形高差≤15m，減少二次加壓需求。3.2分區(qū)結(jié)果主城區(qū)共劃分38個(gè)一級(jí)DMA，平均面積3.2km2，干管長(zhǎng)度46km，用戶數(shù)3300戶。對(duì)高程>45m的6個(gè)山區(qū)DMA再細(xì)分為12個(gè)二級(jí)DMA，確保壓力分級(jí)調(diào)控。3.3關(guān)鍵閥門改造（1）增設(shè)114套雙向密封蝶閥（PN16，帶開度反饋），閥井采用C30抗浮底板，井內(nèi)加裝24V加熱帶，防止冬季閥板凍裂；（2）對(duì)38處邊界閥門加裝太陽能RTU，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)及開度回傳，RTU防護(hù)等級(jí)IP68，電池續(xù)航≥7天。第四章調(diào)控設(shè)備選型與布置4.1減壓閥（PRV）（1）類型：軸流式、導(dǎo)閥控制、可調(diào)比≥10:1；（2）規(guī)格：DN150—DN600，共62套，設(shè)計(jì)流量按2030年高峰日疊加20%余量；（3）安裝位置：距離水廠≥5km的干管末端，避開泵站吸程段；（4）閥前后加裝壓力傳感器（4—20mA，±0.1%），閥后加裝超聲波流量計(jì)（雙向計(jì)量）。4.2變頻調(diào)速泵（VFD）（1）對(duì)3座中途加壓泵站共9臺(tái)機(jī)組加裝高壓變頻器（6kV/630kW），采用“一拖一”方式，保留工頻旁路；（2）變頻器品牌：ABBACS580，效率≥98%，諧波THDi≤3%，滿足IEEE519—2014；（3）設(shè)置最小轉(zhuǎn)速30Hz，防止水泵反轉(zhuǎn)及軸承潤(rùn)滑不足。4.3智能排氣閥（1）在38個(gè)DMA最高處增設(shè)76套組合式排氣閥（DN50），排氣能力1600m3/h，防止負(fù)壓吸氣；（2）閥體采用316L不銹鋼，浮球采用EPDM包覆，壽命≥10年。第五章控制策略與算法5.1時(shí)間驅(qū)動(dòng)控制（TDC）（1）將24h劃分為6個(gè)時(shí)段：0:00—4:30低峰，目標(biāo)閥后壓力0.18MPa；4:30—7:00早高峰，目標(biāo)0.28MPa；7:00—11:30上午平峰，目標(biāo)0.24MPa；11:30—13:30午高峰，目標(biāo)0.30MPa；13:30—21:00下午平峰，目標(biāo)0.26MPa；21:00—24:00晚高峰，目標(biāo)0.32MPa。（2）時(shí)段切換前5min發(fā)出預(yù)警，SCADA平臺(tái)自動(dòng)短信通知調(diào)度員。5.2流量驅(qū)動(dòng)控制（FDC）（1）當(dāng)DMA入口流量連續(xù)15min高于設(shè)定閾值（早高峰1200m3/h、午高峰1100m3/h、晚高峰1300m3/h），PRV閥后壓力自動(dòng)提升0.02MPa；（2）當(dāng)流量低于低峰閾值300m3/h，壓力自動(dòng)下降0.03MPa，但不得低于0.15MPa。5.3臨界壓力保護(hù)（1）任意監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力≤0.12MPa持續(xù)3min，立即全開PRV，并觸發(fā)四級(jí)應(yīng)急響應(yīng)；（2）消防監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力≤0.10MPa，立即啟動(dòng)消防泵，同時(shí)短信通知119指揮中心。5.4模型預(yù)測(cè)控制（MPC）（1）以EPANET動(dòng)態(tài)模型為預(yù)測(cè)器，預(yù)測(cè)時(shí)域2h，控制時(shí)域30min，目標(biāo)函數(shù)：J=Σ(壓力偏差2+0.5×閥門動(dòng)作次數(shù)+0.1×能耗)（2）采用粒子群算法在線滾動(dòng)優(yōu)化，每15min輸出最優(yōu)閥門開度組合；（3）2024年8月模擬運(yùn)行顯示，MPC比傳統(tǒng)PID節(jié)能6.7%，壓力波動(dòng)降低42%。第六章SCADA與信息化平臺(tái)6.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置（1）壓力：每500m干管1點(diǎn)，共1296點(diǎn)，采用4GCAT1傳輸，采樣間隔1min；（2）流量：DMA入口38點(diǎn)、主干管62點(diǎn)、大用戶1200點(diǎn)，采用電池供電，續(xù)航5年；（3）水質(zhì)：余氯、濁度在線儀76套，安裝于PRV下游50m處，防止死水區(qū)水質(zhì)惡化。6.2通信協(xié)議（1）現(xiàn)場(chǎng)儀表統(tǒng)一采用ModbusRTUoverTCP，數(shù)據(jù)幀≤256byte，心跳周期30s；（2）SCADA主備雙云部署（阿里云+華為云），通過MQTT消息隊(duì)列同步，延遲≤500ms；（3）防火墻開啟白名單，僅允許38個(gè)固定IP接入，SSL/TLS加密，證書有效期1年。6.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份（1）時(shí)序數(shù)據(jù)寫入InfluxDB，壓縮比8:1，保留5年；（2）每日02:30自動(dòng)快照至OSS冷存，跨域復(fù)制到300km外異地機(jī)房，RPO≤15min。6.4移動(dòng)端應(yīng)用（1）“壓力通”App采用Flutter開發(fā)，支持離線緩存，調(diào)度員可遠(yuǎn)程下發(fā)閥門開度指令；（2）App內(nèi)置一鍵報(bào)障，拍照+GPS定位，30min內(nèi)流轉(zhuǎn)至維修工單系統(tǒng)。第七章施工組織與實(shí)施步驟7.1前期準(zhǔn)備（2024年1—2月）（1）完成38個(gè)DMA閥門零流量測(cè)試，確認(rèn)邊界封閉性；（2）完成道路挖掘許可證辦理，涉及市政道路76條，采用“非開挖+夜間施工”模式，減少交通影響；（3）對(duì)114套閥門、62套PRV、76套排氣閥進(jìn)行廠驗(yàn)，出具第三方檢測(cè)報(bào)告。7.2第一階段（2024年3—5月）（1）完成1—12號(hào)DMA施工，鋪設(shè)DN600鋼管3.2km，安裝PRV18套；（2）同步敷設(shè)12芯光纜46km，熔接192芯，OTDR測(cè)試衰減≤0.3dB/km；（3）完成SCADA主站服務(wù)器部署，接入324個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，上線率100%。7.3第二階段（2024年6—8月）（1）完成13—26號(hào)DMA施工，涉及3座泵站VFD改造，完成高壓柜繼電保護(hù)整定；（2）進(jìn)行壓力調(diào)控聯(lián)調(diào)：先手動(dòng)→半自動(dòng)→全自動(dòng)，每階段運(yùn)行7天，記錄1600萬條數(shù)據(jù)；（3）組織2次24h實(shí)戰(zhàn)演練：模擬爆管6處、消防大流量3處，閥門遠(yuǎn)程關(guān)閉時(shí)間平均3min42s。7.4第三階段（2024年9—10月）（1）完成27—38號(hào)DMA施工，全部MPC算法上線；（2）對(duì)6個(gè)山區(qū)二級(jí)DMA增設(shè)12套小型無負(fù)壓罐（5m3），防止停水瞬間負(fù)壓；（3）完成項(xiàng)目初驗(yàn)，邀請(qǐng)省住建廳、市水務(wù)局、市自來水公司、第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)四方評(píng)審，一次通過率98%，整改項(xiàng)7項(xiàng)，10月底全部閉環(huán)。7.5試運(yùn)行（2024年11—12月）（1）進(jìn)入60天試運(yùn)行期，實(shí)行“日?qǐng)?bào)告、周例會(huì)、月總結(jié)”制度；（2）統(tǒng)計(jì)漏失率：11月10.2%，12月9.7%，達(dá)到階段目標(biāo)；（3）爆管次數(shù)：11月5起，12月3起，同比下降45%。第八章運(yùn)行維護(hù)制度8.1巡檢周期（1）PRV、排氣閥：每日遠(yuǎn)程巡檢，每月現(xiàn)場(chǎng)巡檢；（2）流量計(jì)、壓力傳感器：每季度現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)1次，誤差>±1.5%立即更換；（3）閥門井：每半年清理淤泥、檢查密封脂，發(fā)現(xiàn)滲水24h內(nèi)修復(fù)。8.2故障分級(jí)與響應(yīng)（1）一級(jí)故障：壓力<0.10MPa且持續(xù)>10min，或30%以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)通信中斷，15min內(nèi)到場(chǎng)，1h內(nèi)恢復(fù)；（2）二級(jí)故障：?jiǎn)翁譖RV失效、數(shù)據(jù)異常>2h，2h內(nèi)到場(chǎng)，4h內(nèi)恢復(fù)；（3）三級(jí)故障：?jiǎn)吸c(diǎn)傳感器離線、電池電量<20%，24h內(nèi)處理。8.3備品備件（1）關(guān)鍵設(shè)備按5%比例儲(chǔ)備：PRV3套、壓力傳感器65只、RTU6套、電池200組；（2）建立“虛擬倉庫”ERP系統(tǒng)，庫存低于安全線自動(dòng)觸發(fā)采購，交貨期≤15天。8.4培訓(xùn)與考核（1）每年4月、10月舉辦兩期“壓力調(diào)控技術(shù)”封閉培訓(xùn)，學(xué)時(shí)24h，考試合格率≥90%；（2）建立“紅黃牌”制度：同一人員年內(nèi)2次操作失誤導(dǎo)致壓力超標(biāo)，停崗再培訓(xùn)；（3）調(diào)度中心每季度組織一次無腳本應(yīng)急演練，評(píng)分<80分的班組扣發(fā)當(dāng)月績(jī)效10%。第九章法律法規(guī)與合規(guī)性9.1取水許可項(xiàng)目不改變?nèi)∷偭?，無需重新申請(qǐng)取水許可證，但須向市水務(wù)局備案“供水運(yùn)行方式變更”，備案號(hào)：2024SG壓力調(diào)控01。9.2道路挖掘修復(fù)依據(jù)《城市道路管理?xiàng)l例》第23條，挖掘后5日內(nèi)完成回填，30日內(nèi)完成路面恢復(fù)，采用C40快硬混凝土，抗折強(qiáng)度≥4.5MPa，現(xiàn)場(chǎng)取芯檢測(cè)不合格則返工。9.3環(huán)保與噪聲夜間施工22:00—06:00需辦理《夜間施工許可證》，噪聲執(zhí)行《建筑施工場(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12523—2011）限值55dB(A)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置移動(dòng)聲屏障，高2.5m。9.4數(shù)據(jù)安全遵守《數(shù)據(jù)安全法》第21條，SCADA平臺(tái)通過網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)3.0三級(jí)測(cè)評(píng)，每年9月進(jìn)行滲透測(cè)試，高危漏洞24h內(nèi)修復(fù)。第十章投資估算與資金計(jì)劃10.1總投資工程費(fèi)用28456萬元，其中：設(shè)備購置15320萬元（PRV、VFD、傳感器、RTU）；安裝施工6780萬元（管道、閥門井、光纜、土建）；軟件平臺(tái)2150萬元（SCADA、MPC、App、GIS升級(jí)）；其他費(fèi)用4206萬元（設(shè)計(jì)、監(jiān)理、檢測(cè)、培訓(xùn)、預(yù)備費(fèi)）。10.2資金來源市財(cái)政專項(xiàng)資金40%（11382萬元），市自來水公司自籌35%（9960萬元），國(guó)家綠色發(fā)展基金25%（7114萬元）。10.3支付節(jié)點(diǎn)（1）合同簽訂后15日內(nèi)支付預(yù)付款10%；（2）每完成一個(gè)階段并通過驗(yàn)收，支付該階段合同價(jià)70%；（3）試運(yùn)行結(jié)束并通過終驗(yàn)，支付15%；（4）質(zhì)保期滿2年無質(zhì)量缺陷，支付剩余5%。第十一章效益分析11.1經(jīng)濟(jì)效益（1）年節(jié)水量3800萬m3，按綜合水價(jià)2.85元/m3，年節(jié)約水費(fèi)10830萬元；（2）年節(jié)電1200萬kWh，按0.65元/kWh，年節(jié)約電費(fèi)780萬元；（3）減少爆管維修費(fèi)1600萬元/年；（4）靜態(tài)投資回收期3.2年。11.2社會(huì)效益（1）用戶端壓力更穩(wěn)定，高層住宅二次加壓設(shè)備故障率下降30%；（2）夜間施工噪聲降低，居民投訴量由2023年247起降至2024年98起；（3）年減少CO?排放9600t，相當(dāng)于植樹52萬棵。第十二章風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與應(yīng)急預(yù)案12.1技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)（1）MPC算法失效→自動(dòng)切換至