孫連鵬：如何以管網為核心構建“源-網-廠-河/流域”全過程智慧管控？

2024-12-07 09:09:37來源：中國水網陳偉浩關鍵詞：智慧水務管網改造閱讀量：18886

導讀：中山大學環(huán)境科學與工程學院院長孫連鵬提出了水環(huán)境全過程智慧管控的思路，就是以流域為單元，堅持“一張藍圖繪到底”的理念，對涉水環(huán)節(jié)進行全面摸查，統(tǒng)籌規(guī)劃，科學實施水環(huán)境治理項目，構建“源、廠、網、河”一體化管理機制。

　　在佛山水業(yè)舉辦的“佛水高質量發(fā)展大會暨佛山水業(yè)集團60周年活動”上，中山大學環(huán)境科學與工程學院院長孫連鵬提出了水環(huán)境全過程智慧管控的思路，就是以流域為單元，堅持“一張藍圖繪到底”的理念，對工業(yè)園區(qū)、生活小區(qū)、污水處理廠、各類排水管網及設施、道路、河湖等涉水環(huán)節(jié)進行全面摸查，統(tǒng)籌規(guī)劃，科學實施水環(huán)境治理項目，構建“源、廠、網、河”一體化管理機制，實現(xiàn)對水環(huán)境全流域、全流程管控，上下聯(lián)動，提升排水系統(tǒng)整體運行效能，穩(wěn)固水環(huán)境治理成效。

　　01 環(huán)境管控成效不穩(wěn)定，缺乏系統(tǒng)思路及現(xiàn)代化智慧化技術手段

　　“十三五” 以來，我國水環(huán)境逐步向好，2021 年底地表水三類水體以上達 84.9%，“十四五” 期間也有明顯進展，2024 年 8 月數(shù)據顯示全國2023 年地表水優(yōu)良率提升至 89.4%，超出 “十四五” 規(guī)劃目標 4.4 個百分點。

　　“雖然水環(huán)境綜合治理取得了顯著成效，但全國水環(huán)境質量改善不平衡、不協(xié)調的問題依然存在，面源污染防治仍是薄弱環(huán)節(jié)，黑臭水體消除從根本上難度還比較大，‘三水’統(tǒng)籌治理還處于起步階段。”孫連鵬介紹。

　　具體而言，一是對源頭治理不夠重視，尤其偏重末端治理，包括各種提標改造，導致水環(huán)境質量不穩(wěn)定；二是整體統(tǒng)籌不夠，普遍存在“頭痛醫(yī)痛、腳痛醫(yī)腳”的情況，缺乏系統(tǒng)治理思路；三是治理技術現(xiàn)代化不夠，智慧化水平有待提高。

　　02 水環(huán)境智慧管控的關鍵

　　“安全與效率是水環(huán)境管控的兩大關鍵要素。”孫連鵬強調，安全要求能夠快速識別水環(huán)境變化并及時應對，如同人體體檢，即使未出現(xiàn)明顯問題，指標變化也可能預示風險。水環(huán)境變化迅速，更需精準識別并降低風險；提高效率實際上也是降低成本，通過各種技術優(yōu)化減少資源與能源投入，從而減少碳排放。

　　近些年，國家相繼發(fā)布了《全國“十四五”農村供水保障規(guī)劃》、《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》等一系列政策，其中，智慧化被頻繁提及。孫連鵬認為，智慧化將成為水環(huán)境管控未來發(fā)展的重大趨勢。

　　水環(huán)境智慧管控的關鍵，一是要明確的機理、大數(shù)據(大量的數(shù)據和可靠的數(shù)據)；二是建立機理模型或/和數(shù)據模型，明確數(shù)學關系；三是少滯后的控制，全局的優(yōu)化和協(xié)調。

　　03 以管網為核心，構建“源網廠河”全過程智慧管控

　　”水環(huán)境管控的問題大都來自于管網，因為它連接著源頭、污水廠與河流等所有關鍵環(huán)節(jié)，管控管網就相當于管控了水環(huán)境的全過程。”所以孫連鵬提出要以管網為核心，以流域為單元，堅持“一張藍圖繪到底”的理念，對工業(yè)園區(qū)、生活小區(qū)、污水處理廠、各類排水管網及設施、道路、河湖等涉水環(huán)節(jié)進行全面摸查，統(tǒng)籌規(guī)劃，科學實施水環(huán)境治理項目，構建“源、廠、網、河”一體化管理機制，實現(xiàn)對水環(huán)境全流域、全流程管控，上下聯(lián)動，提升排水系統(tǒng)整體運行效能，穩(wěn)固水環(huán)境治理成效。

　　在智慧管網方面，一是要基于圖像識別的排水管道缺陷智能評估技術，對存量污水管網、納污暗渠開展清淤及CCTV檢測工作，準確、高效、批量式處理海量的存量數(shù)據；二是要開展管網健康度的仿真評估技術，實現(xiàn)排水管網健康度定量分析，修正水力模型；三是基于管網健康度的排水管網水力模型構建及模擬技術，模擬及評估不同工況下的管網運行情況，提出管網優(yōu)化及內澇預警方案。

　　智慧水廠建設方面，一是要建立機器學習智慧預測模型，探究水質指標的變化關系，實現(xiàn)對常規(guī)污染物、新興污染物的在線準確預測；二是分析污水處理廠中各個處理設施之間的關系、水質參數(shù)，建立多目標過程智慧管控與預測模型，實現(xiàn)全局角度的處理單元水質智慧控制；三是根據數(shù)據挖掘和過程控制的處理、優(yōu)化中探尋關鍵性影響因素和結論，建立減污降碳評估體系，實現(xiàn)污水處理廠“提質增效、低碳運行” 。

　　在河流水環(huán)境的智慧建設過程中，應使用多元監(jiān)測的手段來構建水力模型，包括無人船的水質移動監(jiān)測及污染溯源技術、大數(shù)據及模型的污染溯源技術。然后以“一張藍圖繪到底”的理念，將所有的數(shù)據放到一個體系里面，做到全數(shù)據一個庫，全流域一張圖，從而構建一個“天上+地表+地下”及“固定+移動”的“源-網-廠-河/流域”水環(huán)境智慧監(jiān)管平臺。

　　最后孫連鵬強調，當前，智慧化工具和技術層出不窮，這背后，幾個關鍵問題尤為突出：首先，數(shù)據的準確性是基礎中的基礎，任何偏差都可能導致后續(xù)分析的誤導；其次，數(shù)據的多少也非常重要，沒有足夠的數(shù)據支撐，任何智能算法都難以發(fā)揮其應有的效能；最后，也是最為核心的一點，即機理的缺乏。如果我們對于水環(huán)境問題的內在機理理解不夠深入，那么即便擁有海量的數(shù)據，也難以通過智慧化的手段來有效解決這些問題。因此，要想真正智慧化地解決水環(huán)境問題，我們必須在確保數(shù)據準確性和充足性的同時，不斷深化對問題機理的研究和理解。