城镇供水管网数字水质研究与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

编辑推荐

　　《城镇供水管网数字水质研究与应用》一书，根据上海水务信息化建设总体发展目标和要求，以水务发展需求为导向、应用为核心，与“数字上海”建设相同步，构建以数据平台、网络平台和应用平台为基本框架，以三大行业基础数据库、局核心数据库和社会服务系统、决策辅助系统、政务管理系统为主要内容的“数字水务”建设。
　　《城镇供水管网数字水质研究与应用》一书将数字化信息技术和新的管网水质监测技术相结合，利用管网GIS和SCADA集成技术，探索建立实时在线的管网水质监测系统，与城市水质监测站的实验室仪器的检测结果实现联网，综合相关水质管理历史数据库系统，结合供水热线或客服中心汇总的用户反映水质问题的主要特征和分布区域的水质数据，建立真实反映管网水质变化特点和规律的数字水质模型，并按照水质标准和水质安全的要求由计算机自动生成评估标准，形成动态的数字化评估体系，根据管网水质的工艺特性和消毒方式形成相关的工艺和技术调控方案。通过信息化系统控制分布在管网各处的水质工艺调控设施对水质进行有效的调控或监测调控的效果，以确保管网水质的安全。
　　目前国内外尚未见到专门论述城市供水管网数字化建设的理论和实施方案及应用的专著，本书具有引领作用。据作者分析，本书对于国内中小城市的供水系统，应具更大的借鉴和可供参考价值。

内容简介

　　《城镇供水管网数字水质研究与应用》一书，根据城市水务信息化建设总体发展目标和要求，以水务发展需求为导向，以应用为核心，与“智慧城市”建设相同步，以数据平台、网络平台和应用平台为基本框架，构建以数字水质监测、数字水质评估和数字水质调控为主要内容的数字水质理论。全书共分5章，内容包括智慧水务与智慧管网、城镇供水管网水质数字监测、城镇供水管网水质数字评估、城镇供水管网水质数字调控和城市数字水质信息化平台建设。

作者简介

　　白晓慧，上海交通大学生命科学技术学院副教授、硕士生导师，微生物代谢国家重点实验室水质生物学与过程工艺学实验室主任，上海交通大学优秀教师，烛光奖获得者，黑龙江省科技进步二等奖（高效复合生物反应器处理城市污水，2002年）。

目录

第1章 智慧水务与智慧管网
1.1 智慧城市
1.1.1 智慧城市的概念
1.1.2 智慧城市建设
1.2 智慧水务
1.2.1 智慧水务概述
1.2.2 传统水务系统与智慧水务的区别
1.2.3 建设智慧水务的必要性
1.2.4 智慧水务的前景
1.2.5 智慧水务的可行性分析
1.2.6 智慧水务功能描述
1.2.7 当前我国智慧水务存在的问题
1.2.8 智慧水务实施途径
1.2.9 智慧水务的应用
1.3 智慧管网
1.3.1 智慧管网的概念
1.3.2 智慧管网系统
1.3.3 建设智慧管网的必要性
1.3.4 智慧管网的功能
1.3.5 智慧管网的建设目标与途径
1.3.6 城市智慧管网系统案例
1.4 城镇供水管网数字水质概述
1.4.1 供水管网系统组成与功能
1.4.2 供水管网数字水质信息收集
1.4.3 供水管网数字水质分析
1.4.4 供水管网数字水质调控
1.4.5 供水管网数字水质信息化平台建设
第2章 城镇供水管网水质数字监测
2.1 管网水质数字监测系统
2.1.1 系统组成
2.1.2 系统功能
2.1.3 系统工作流程
2.2 管网水质在线监测点的选取
2.2.1 在线监测点分类
2.2.2 管网水质在线监测点选取原则
2.3 管网水质在线监测指标与检测设备
2.3.1 水质在线监测指标
2.3.2 在线监测仪器的选择
2.4 管网水质监测现状与在线监测系统研究现状
2.4.1 管网水质监测现状
2.4.2 管网在线监测系统研究现状
2.5 上海市供水管网水质数字监测系统
2.5.1 供水管网在线监测系统
2.5.2 二次供水在线监测试点
2.5.3 人工采样监测系统
2.5.4 监测线
2.5.5 水质检测车监测系统
第3章 城镇供水管网水质数字评估
3.1 单指标评估
3.1.1 pH值
3.1.2 浊度
3.1.3 余氯或总氯
3.1.4 铁浓度
3.1.5 锰浓度
3.1.6 溶解性总固体
3.1.7 硬度
3.1.8 颜色
3.1.9 硫酸盐
3.1.10 氯化物
3.1.11 碱度
3.1.12 总大肠菌群
3.1.13 异养菌平板计数（细菌总数）
3.1.14 高锰酸盐指数
3.2 综合指标评估
3.2.1 化学稳定性评价指标
3.2.2 生物稳定性评价指标
3.3 供水管网水质模型
3.3.1 稳态水质模型
3.3.2 动态水质模型
3.3.3 余氯衰减模型
3.3.4 消毒副产物模型
3.3.5 微生物学模型
3.3.6 建立管网水力模型的必要性
3.3.7 水力建模所需信息
3.3.8 管网动态水力模型
3.4 基于实时ArcGIS的管网水质生物安全评价技术
第4章 城镇供水管网水质数字调控
4.1 水质化学稳定性调控
4.1.1 黄铜管材腐蚀控制
4.1.2 混凝土和水泥管材腐蚀控制
4.1.3 紫铜管材腐蚀控制
4.1.4 铁质管材腐蚀控制
4.1.5 铅质管材腐蚀控制
4.1.6 含镍管材腐蚀控制
4.1.7 含锌管材腐蚀控制
4.1.8 不同碱剂的选择
4.1.9 化学稳定性调控对消毒剂衰减影响
4.1.10 输配管网对水质化学稳定性的影响
4.2 水质生物稳定性调控
4.2.1 出厂水调控
4.2.2 水质模型指导水质调控
4.3 利用事故预测统计学模型优化管网改造设计
4.3.1 确定性模型
4.3.2 多因素可靠性预测模型
4.3.3 单因素可靠性预测模型
4.3.4 管道事故率预测统计模型在管网优化改造方面的应用
4.4 非开挖地下管道不锈钢衬里修复技术
4.4.1 非开挖地下管道不锈钢衬里修复技术原理
4.4.2 非开挖地下管道不锈钢衬里修复方法
4.4.3 非开挖地下管道不锈钢衬里技术特点和存在问题
4.4.4 工程应用
第5章 城市数字水质信息化平台建设——以上海市为例
5.1 供水信息化基础建设
5.1.1 中心城区供水概况
5.1.2 供水SCADA系统
5.1.3 供水管网GIS系统
5.1.4 管网水力模型系统
5.1.5 典型区域管网水质模型
5.2 平台总体设计
5.2.1 设计标准及规范
5.2.2 设计原则
5.2.3 系统现状
5.2.4 软硬件支持
5.2.5 网络结构设计
5.2.6 业务流程设计
5.2.7 系统功能设计
5.3 应用支撑系统设计
5.3.1 应用支撑系统的内容
5.3.2 对支撑系统的扩充
5.4 综合数据库设计
5.4.1 数据库设计原则
5.4.2 数据库设计内容
5.5 接口设计与系统集成
5.5.1 支撑系统接口设计
5.5.2 集成框架设计
5.5.3 系统集成安全
5.6 平台操作规程示范
5.6.1 监测数据示范
5.6.2 数据分析及评估示范
5.6.3 调控管理与实施示范
参考文献

前言/序言

　　城市供水是城镇化建设的重要内容，智慧城市建设离不开智慧水务。城市供水输配管网系统是重要的基础设施，它的正常运行与科学化管理对于保障城市的正常运行起着十分重要的作用。当前国际领先的运行控制与管理方式为数字化模式，这是水行业发展的必然趋势。供水系统信息化是城市数字化的基础部分之一，也是发达城市的重要标志之一。
　　由于供水管网水质监测往往是以实验室常规检测为依据，对管网水质变化的信息了解具有间歇性、被动性和延迟性。同时，对管网水质缺乏完整有效的标准评估体系，难以对管网水质的变化实施全面、及时、有效的监测和管理。管网水质管理信息的相对滞后和管网水质综合监测技术的缺乏，给水质安全保障带来困难和隐患。因而建设数字水质，成为实现饮用水水质高效管理的重要途径。
　　供水管网位于供水系统的末端，是供水水质保持的难点和弱点。净水工艺必须担负起承上启下的作用，以末端水质保障和管网水质保持为目标，实时调控出厂水质，保证饮用水安全输配。本书针对供水管网水质变化特点和管理现状，通过研究、建立完善的数字水质监测、评估和调控体系，将数字化信息技术和最新的管网水质监测技术相结合，利用管网地理信息系统（GIS）和监控与数据采集系统（SCADA）集成技术，探索建立实时在线的管网水质监测系统，与城市水质监测站的实验室仪器检测结果实现联网，综合相关水质管理历史数据库系统，结合供水热线或客服中心汇总的水质问题，建立客观反映管网水质变化特点和规律的数字水质模型，并按照水质标准和水质安全要求形成的数字化评估体系，根据净水工艺和管网水质特性及消毒方式形成相关的工艺和技术调控方案。通过信息化系统控制整个供水系统中不同的水质工艺调控设施，实现对水质进行有效调控或监测调控，以确保管网末端水质安全。
　　本书即根据城市水务信息化建设总体发展目标和要求，以水务发展需求为导向、应用为核心，与“智慧城市”建设相同步，构建以数据平台、网络平台和应用平台为基本框架，构建以数字水质监测、数字水质评估和数字水质调控为主要内容的数字水质理论。
　　上海是世界级的国际化都市之一。城市供水系统具备多水源、多水厂、多节点、大管网、大水量、长距离等特点，管网水质监测又存在点多面散、管材复杂、主干网和管网末梢分布不均的特性。本书介绍了数字水质理论在上海的应用现状，这对于其在全国智慧城市建设和数字水务中的推广具有示范意义。本书成果对提高我国供水行业信息化管理水平、保障供水安全，也具有重要的参考价值。
　　本书由上海交通大学白晓慧副教授、上海供水管理处孟明群教授级高工、上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司舒诗湖高工和上海城投水务集团供水分公司姚黎光高工共同编著完成。具体编写分工如下：白晓慧编写了第1章的1.1、1.4.1和1.4.2，第2章的2.1～2.4，第3章的3.1、3.2、3.4和第4章的4.1、4.2；孟明群编写了第1章的1.4.3～1.4.5，第2章的2.5和第5章；舒诗湖编写了第1章的1.2、1.3，第3章的3.3和第4章的4.3；姚黎光编写了第4章的4.4。全书由白晓慧统稿定稿。
　　本书受国家水体污染控制与治理科技重大专项（2009ZX07421005）、（2012ZX07403002）和“哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室开放基金项目（QA201612）”资助。同时感谢上海供水管理处、上海市供水调度监测中心、上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司、上海城投水务集团供水分公司对本书的大力支持。本书主要根据作者所承担的国家水体污染控制与治理科技重大专项相关课题内容整理而成，同时参考了大量其他参考文献，在此向他们表示诚挚的谢意。
　　由于作者水平和时间有限，本书不足之处恳请各位同仁批评指正。
　　全体作者
　　2016年8月

《水之脉动：城市生命线的水质守护》 一、 水，生命的源泉，城市的动脉 水，自古以来便是生命赖以生存的根本，也是文明得以繁衍的基石。在现代社会，城市供水管网如同城市的血管，将源源不断、安全卫生的饮用水输送到千家万户，维持着城市的正常运转和居民的健康生活。从水源地的撷取，到层层净化处理，再到庞大复杂的地下管网系统，每一环节都承载着保障居民饮水安全的重任。然而，这条承载着生命之水的“生命线”，并非一成不变，它所流经的每一段路程，都可能面临着各种复杂的挑战，而水质，正是其中最核心、最敏感的要素。 城市的规模日益扩张，人口不断增长，对供水量的需求也在持续攀升。与此同时，环境污染、管网老化、水处理技术瓶颈等一系列问题，都可能对输送过程中的水质产生不可预测的影响。如何确保每一滴送到居民手中的水都是安全、健康的，这不仅关乎居民的生命健康，更直接影响着城市的形象、居民的幸福感，乃至社会的稳定。因此，对城市供水管网水质的深入研究与有效应用，已成为衡量一个城市现代化水平和治理能力的重要标志。 二、 穿越时空的旅程：水质变化的奥秘 想象一下，我们追溯一滴水在城市供水管网中的旅程。它从遥远的水源地出发，经过絮凝、沉淀、过滤、消毒等一系列精密的净化处理，获得了“洁净”的身份。然而，这条旅程并未就此结束，它还要穿越纵横交错、遍布城市地下的管网。这段漫长的旅途，是一段充满未知的探索，也是一段水质可能发生微妙甚至剧烈变化的旅程。 管网系统，作为水质变化的“隐形战场”，其复杂性远远超出我们的想象。老旧的管道可能存在内壁腐蚀、结垢、渗漏等问题，为微生物滋生、重金属溶出提供了温床。新铺设的管道，如果材质选择不当或施工工艺不达标，也可能释放出有害物质。管网中的阀门、弯头、三通等构件，是水流速度变化、发生湍流的区域，容易加速管道内壁的侵蚀和沉淀物的脱落。长时间的静止或低流速区域，更可能成为细菌“安营扎寨”的理想场所。 更值得关注的是，管网中的水质并非一成不变。它会受到季节性变化的影响，例如夏季高温容易导致微生物快速繁殖；雨季的降雨可能冲刷地表污染物进入水源或管网；冬季的低温则可能影响水处理的效率。城市建设、道路施工、甚至突发的环境污染事件，都可能在短时间内对管网内的水质造成冲击。这些潜在的“风险点”和“变化因素”，使得保障水质成为一项持续的、动态的任务，需要我们深入洞察水在管网中“穿越时空”的每一次微小变化。 三、 科技赋能：洞察水质的“隐形之眼” 面对管网中复杂多变的水质状况，传统的检测方式往往显得力不从心。人工采样、实验室分析耗时耗力，难以实现对水质的实时、连续监测。一旦水质出现问题，等到检测结果出来，可能已经造成了广泛的影响。因此，将先进的科技手段引入水质监测领域，构建一套智慧化的水质监测与预警体系，就显得尤为迫切和重要。 “水质监测”不再仅仅是实验室里的试管和烧杯，而是演变成一套集成了传感器技术、数据传输、云计算、大数据分析、人工智能等多元技术的综合性系统。在管网的关键节点、水质敏感区域，部署先进的在线水质监测设备，它们能够24小时不间断地采集水温、pH值、浊度、余氯、溶解氧、电导率等关键参数。这些数据通过无线或有线网络，实时传输到数据中心。 一旦这些海量的数据汇聚，强大的“大脑”——大数据分析平台便开始发挥作用。它能够对这些动态变化的数据进行深度挖掘，识别出异常的波动模式，判断水质是否偏离正常范围。例如，某个区域的余氯浓度突然下降，可能意味着消毒剂不足或管网泄漏；溶解氧水平异常降低，可能预示着有机物污染。通过建立完善的“水质模型”，平台可以模拟不同场景下的水质变化趋势，提前预警潜在的风险。 人工智能技术更是为水质的精准诊断和预测提供了强大的动力。通过机器学习算法，系统可以不断学习历史数据中的规律，识别出更复杂的、肉眼难以察觉的水质变化“指纹”。当出现疑似污染事件时，AI能够快速分析所有相关的监测数据， pinpoint出污染源的可能位置和污染物的类型，为应急处理争取宝贵的时间。这种“隐形之眼”般的监测能力，能够帮助我们从被动响应转向主动预防，将潜在的水质风险扼杀在萌芽状态。 四、 应用为王：将智慧转化为行动 监测与分析的最终目的是为了更好地应用，将科技的洞察转化为切实有效的行动，守护每一滴水的安全。水质研究与应用的价值，体现在对整个供水管理体系的优化和升级。 1. 精准的风险预警与应急响应： 当水质监测系统发出预警信号时，能够迅速将信息推送给相关部门和管理人员。预警信息会包含异常的水质参数、发生区域、潜在风险等级等，为决策者提供清晰的依据。基于预警信息，管理部门可以立即启动应急预案，例如调整水处理厂的出水水质，关闭受污染的管段，向受影响区域发布二次供水提示，甚至启动管网冲洗等措施，将负面影响降到最低。 2. 优化管网的运行与维护： 通过长期的数据积累和分析，可以识别出管网中水质最容易发生变化的区域和薄弱环节。这些信息为管网的日常巡检、维护和改造提供了科学的指导。例如，可以优先对高风险区域的管道进行检测和修复，制定更具针对性的管网冲洗计划，优化水泵的运行模式以保持适宜的水流速度。 3. 提升水处理工艺的科学性： 监测到的管网水质信息，可以反馈给水处理厂，帮助优化原水的水质处理方案。例如，如果发现管网中某种污染物溶出量增加，可以调整预处理或深度处理工艺，提高去除效率。这种“前后端联动”的模式，能够实现从源头到用户端的水质全程控制。 4. 提升公众饮水安全感与满意度： 通过公开透明的水质信息平台，向公众展示实时或准实时监测的水质数据，增强公众对供水水质的信心。当出现水质异常情况时，能够及时、准确地向公众发布信息，并说明采取的应对措施，避免不必要的恐慌，提升公众的饮水安全感和对供水企业的满意度。 5. 推动行业的技术进步与标准化： 对管网水质的研究和应用，必然会催生新的监测技术、分析方法和管理模式。这些实践经验的总结和提炼，将为行业发展提供宝贵的案例和参考，推动相关技术标准的更新和完善，促进整个城市供水行业的智能化、精细化发展。 四、 结语：让水之脉动，澎湃生命活力 水，是城市的脉搏，是生命的源泉。保障城市供水管网中的每一滴水都安全、健康，是守护城市生命线、提升居民生活品质的基石。这本书，将带您深入探索城市供水管网水质变化的复杂世界，揭示科技如何成为我们洞察水质变化的“隐形之眼”，更重要的是，它将展示如何将这些智慧的洞察转化为切实有效的行动，让城市的水质管理更加科学、精准、高效。 这是一场科技与水的深度对话，是一次对城市生命线最温柔却最有力的守护。让我们一起，让“水之脉动”，更加澎湃，更加健康，为每一个城市居民，带来更纯净、更安心的饮水体验，为城市的持续繁荣与发展，注入源源不断的生命活力。