Как водохозяйственная группа снижает затраты и повышает эффективность за счет мониторинга сети водоотведения
В последние годы участились экстремальные кратковременные сильные ливни, что создает все более серьезные испытания для городских систем водоотведения. В прошлом мониторинг дренажных сетей в основном опирался на ручные инспекции и ликвидацию последствий после дождя, что не позволяло своевременно отслеживать изменения уровня воды, расхода и переполнения.
Создание системы онлайн-мониторинга на основе таких показателей, как водоотведение, уровень воды, расход и защита от подтопления, становится важным направлением точного управления городским водным хозяйством.
В октябре 2023 года один из прибрежных городов Восточного Китая запустил проект онлайн-мониторинга сетей водоотведения и раннего предупреждения о подтоплениях в центральном районе. Проект охватывает ключевые водосборные площади totaling 42,6 кв. км, включая 386 км сетей водоотведения, 12 680 смотровых колодцев, 23 зоны, подверженные подтоплению, и 14 дорожных тоннелей.
Контекст проекта: Давление на систему водоотведения в старых районах
Площадь застроенной территории центрального района данного города составляет около 86 кв. км, постоянное население — около 1,12 млн человек. Сети водоотведения в старых районах были построены давно, расчетный период повторяемости ливневых коллекторов составляет в основном от 1 до 3 лет, в некоторых районах до сих пор действует общесплавная система.
- Общая протяженность: ~1243 км (762 км ливневых, 418 км канализационных, 63 км общесплавных).
- Инфраструктура: 12 ливневых насосных станций и 96 выпусков ливневых стоков.
В период паводков с 2021 по 2022 год в данном районе было зафиксировано 47 случаев значительного подтопления. Средняя глубина подтопления составила около 22 см, максимальная достигала 46 см, а максимальная продолжительность одного подтопления — 4,5 часа.
Из-за отсутствия данных об уровне воды и расходе в сетях, управляющие органы зачастую могли определить причины только постфактум, не имея возможности различить засорение труб, подпор на выпусках или недостаточную мощность насосных станций.
Технические сложности: Мониторинг в сложных условиях эксплуатации
Реализация проекта столкнулась с множеством технических сложностей:
Среда внутри колодцев
Глубина 3–7 метров, высокая влажность, коррозионно-активные газы (сероводород, метан). Датчики должны работать автономно без подключения к электросети и в условиях слабого сигнала.
Стабильность данных
Пена, плавающие объекты, ударные нагрузки и обратный подпор влияют на точность измерений уровня и расхода.
Еще большая сложность заключается в синхронизации данных. Городские подтопления связаны не только с осадками, но и с уровнем воды в реках, работой насосных станций и рельефом дорожных тоннелей. До начала проекта данные были разрозненны по разным системам.
Решение: Система «Уровень воды + Расход + Осадки + Подтопление»
В проекте реализован подход «мониторинг ключевых узлов, дифференцированная конфигурация оборудования, консолидация на единой платформе, многоуровневое предупреждение».
- Мониторинг уровня воды (486 точек): Радарные, ультразвуковые и тензометрические уровнемеры (погрешность ±1 см).
- Мониторинг расхода (218 точек): Ультразвуковые расходомеры Доплера для самотечных участков; электромагнитные расходомеры класса 0,5 для напорных трубопроводов.
- Мониторинг подтоплений (58 комплектов): Разрешение 1 мм в зонах риска и тоннелях.
- Осадки (32 станции): Разрешение 0,2 мм.
Адаптивная частота опроса:
- Ясная погода: 1 раз в 15 минут.
- Период дождей: автоматически увеличивается до 1 раза в 5 минут.
- Аварийный режим: 1 раз в минуту.
Платформа автоматически помечает аномалии (обрыв связи, дрейф) и формирует заявки на обслуживание в течение 30 секунд. Система оповещения использует логику «пороговые значения + тренды + модели».
Процесс реализации: От изысканий к опытной эксплуатации
С октября по ноябрь 2023 года проектная группа завершила базовое обследование 386 км ключевых сетей. Монтаж оборудования проводился с соблюдением строгих мер безопасности в замкнутых пространствах.
В марте 2024 года начались комплексные пусконаладочные работы. Проектная группа провела 72-часовое непрерывное сравнение данных, устранила 137 сбоев связи и оптимизировала настройки. Выборочное сравнение показало среднее отклонение около 1,4 см, что удовлетворяет требованиям эксплуатационного анализа.
Итоговые результаты: Эффективность и экономия
С июня по сентябрь 2024 года проект прошел свой первый полный паводковый период. Платформа обработала ~18,6 млн записей и сгенерировала 317 предупреждений, из которых 91,8% подтвердились как действительные.
Рост эффективности реагирования
- Среднее время упреждения увеличилось с 18 до 52 минут.
- Снижение средней глубины подтопления с 22 до 14 см.
- Сокращение времени схода воды на 41% (со 138 до 81 минуты).
Операционная экономия
- Количество перекрытий дорог снизилось с 11 до 3.
- Жалобы на переполнение снизились на 26%.
- Частота ручных инспекций уменьшилась на 38%.
- Объем работ по проверке сократился на 31%.
Данные помогли выявить 27 подозрительных точек засорения и 18 признаков структурных дефектов. Средний коэффициент доступности оборудования составил 99,2%, а доля достоверных данных — 98,6%.
Отраслевые выводы и перспективы
Проект демонстрирует переход от простого «видения данных» к преобразованию информации в основу для диспетчеризации. Благодаря непрерывному мониторингу управляющие органы способны раньше выявлять риски и накапливать данные для поддержки модернизации инфраструктуры.
В будущем, по мере интеграции метеорологических прогнозов и искусственного интеллекта, система перейдет от точечной сигнализации к прогнозированию для целых районов. Центральный район планирует к 2027 году расширить зону мониторинга до 1243 км основных сетей, постепенно формируя городскую систему предотвращения подтоплений по принципу «5 минут на обнаружение, 15 минут на анализ, 30 минут на реагирование».
