供水管网水质安全保障关键技术研究与应用-广州自来水公司.doc

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1、供水管网水质安全保障关键技术研究与应用-广州自来水公司国家科技进步奖推荐公示材料项目名称：供水管网水质安全保障关键技术研究与应用推荐单位（专家）意见:我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。随着我国社会经济的快速发展，供水管网对饮用水水质的污染问题已成制约龙头水达标的主要因素。该项目以提高龙头水水质为目标,经过十余年产学研用联合攻关，在供水管网创新平台、管网水质稳定控制技术、管网水力水质监控与调度系统等方面实现了重大突破。创建的国内首个大型供水管网集成创新平台，在管网温控、远程监控等方面处于国际领先水平;研发的管网水质稳

2、定控制技术，在嘉兴、广州、舟山等示范应用表明，余氯等关键管网水质指标达标率从60%提高到95以上,管网水质得到了稳定保障；开发的供水系统实时水力水质监控预警与调度系统，已在广州、嘉兴、绵阳、杭州等实际运行，率先实现了从理论到实际运行的监控预警与调度系统。组织编制了国家行业标准、指南3部，浙江省行业导则1部，参与编制国家行业标准1部。共获得国家发明专利23项，软件著作权26项，发表论文78篇（其中SCI论文47篇）。创建、研发的系列成果在广州(超大城市）、嘉兴(平原地区城市）、绵阳（山地丘陵城市）、杭州、东莞、济南、绍兴、舟山等城市供水管网中实际运行和应用，建设示范工程9项,根据应用证明和检测报

3、告，示范区实现了1800余万人的管网水质稳定达标，推广应用社会效益显著。对照国家科学技术进步奖授奖条件,推荐该项目申报国家科学技术进步奖一等奖。项目简介： 饮用水安全是最大民生和中国当务之急。我国对出厂水的长期关注，在水厂水处理技术上得到了大幅提升，而输配送水质保障技术薄弱，管网对饮用水水质的二次污染问题已成为影响龙头水无法达标的主要因素。技术问题体现在：（1）缺乏供水管网水质综合试验平台，造成研究手段和保障管网水质的相关标准、指南等缺乏；（2）缺乏供水水质在管网中的二次污染规律与控制技术；（3）缺乏面向运行管理的水力水质监控预警与调度系统。项目组通过基础研究、技术研发和推广应用，取得了以下创

4、新成果。1、研发创建了具有在线生物膜采样、远程智能监控等多项原创技术的首个大型供水管网集成创新平台，研究掌握管网水质变化机理及规律。解决了多水源切换、连续运行下的水质检测、循环回路内外温度精确调控、末端用户滞流管段水质再现等技术难题，以此为依托发现了有机物、微生物、消毒副产物等在管网中变化机理，建立了扩展余氯衰减消毒副产物生成模型，为控制管网水质提供了理论依据。教育部组织的鉴定意见认为：“在整体集成度、管网温控及远程监控与协同实验方面达到了国际领先水平”。2、研制了多种新型水质在线监测预警仪器及装备，提出了基于风险评估的水质安全预警技术体系。研制了包括发光菌法在线水质综合毒性监测仪、免试剂多参

5、数在线水质分析系统、颗粒物分析仪等供水系统关键监测预警设备,其中颗粒物分析仪国内市场占有率达87%，为实现全面监控水源、出厂水、管网水质提供了条件；在闭环风险控制框架下，结合管网水质变化规律研究成果，研发了饮用水水质组合预测、异常事件检测、动态风险预警等关键技术,解决了供水管网中水质污染物的多传感器融合预测预警难题.3、研发了供水管网水质化学生物稳定控制技术，创建了供水系统实时水力水质监控、预警与优化调度系统。提出了基于末端反馈的供水管网二次消毒优化技术、管网末端缓滞区自控排水技术，解决了供水管网水中微生物、消毒副产物等超标的关键技术问题。已建成的示范工程表明，余氯等关键管网水质指标达标率从6

6、0%提高到95%以上，为管网水的稳定达标创造必要条件。研发了基于在线监测的城市供水系统水力水质精确建模技术，能够在5分钟内（传统至少需要3个月以上）完成类似广州这样超大城市管网的水力模型自动校验。创建供水系统实时水力水质监控、预警与优化调度系统并示范应用，水司年供水规模达45亿吨。项目组编制了行业标准、导则和指南5部，获得国家发明专利23项，软件著作权26项，发表论文78篇（其中SCI论文47篇)。创建、研发的系列成果在广州（超大城市）、嘉兴(平原地区城市）、绵阳(山地丘陵城市）、杭州、东莞、济南、绍兴、舟山等城市供水管网中实际运行和应用，建设示范工程9项,根据应用证明和检测报告，示范区实现了

7、1800余万人的管网水质稳定达标，具有显著的社会、经济、生态效益和重要战略意义。客观评价：1、知识产权（1）本项目拥有64项知识产权:授权国家发明专利23项，实用新型专利15项,软件著作权26项。(2)发表论文:项目在Water Research, ASCE会刊、Journal of Hazardous Materials， Applied Catalysis B: Environmental等国内外权威期刊发表论文78篇(其中SCI论文47篇）。（3）组织编制国家行业标准、指南3部：城镇供水管理信息系统：基础信息分类与编码规则(CJ/T 4742015）、生活饮用水净水厂用煤质活性炭选用指南

8、、生活饮用水净化用臭氧系统设备选用指南；参与编制国家行业标准1部：生活饮用水净水厂用煤质活性炭（CJ/T3452010)；组织编制了浙江省行业导则1部:浙江省城乡一体供水系统优化设计、运行技术导则(建城发2012258号）；编制企业标准2项：综合毒性监测仪(Q/GR 022013）、激光颗粒物分析仪（Q/GR 01-2011）。2、鉴定与验收专家评价（1）教育部组织鉴定会意见（鉴字教QP2010第012号）：“给水管网集成创新平台具有普适性、扩展性和兼容性，整体上达到了国际先进水平，在整体集成度、管网温控及远程监控与协同试验方面达到了国际领先水平。（2)由吴澄院士、王浩院士、庄松林院士等专家组

9、成的鉴定委员会认为：水质安全评价及预警关键技术研究与应用项目成果“具有普适性和可扩展性,整体上达到国际先进水平，在预警系统集成、全流程水质评价、动态风险预警方面达到国际领先水平.（3)住房和城乡建设部组织的水专项课题水质安全评价及预警关键技术研究与示范应用（编号:2008ZX07420-004）验收意见:”实现了典型渐变性、水华、有毒有害物质泄漏事故预测预警在省（山东省）、市（济南市、东莞市和杭州市）进行了水质安全预警系统示范应用,为示范地水质安全保障工作起到了支撑作用。（4）住房和城乡建设部组织的水专项子课题城乡一体多级供水系统水质评价、控制及优化调度技术研究（编号：2009ZX07421-

10、005-01)验收意见：“搭建了基于末端余氯反馈的城乡一体管网二次消毒优化系统及其控制平台,编制了城乡一体供水系统优化设计、调度导则与水质安全评价体系。技术成果对城乡一体化供水管网饮用水安全保障具有重要的支撑作用及指导意义”.(5)住房和城乡建设部组织的水专项子课题“平原河网水源突发污染事故城市供水应急处置系统研究与工程示范（编号：2008ZX07421006-02）”验收意见：“开发了嘉兴市实时水力水质监控与调度系统，实时地对嘉兴市管网水力水质状态进行模拟计算，能够对管网中任意节点的来水进行分析，为突发性污染应急处置决策提供支撑”.(6)浙江省建设厅组织的示范工程第三方评估报告：”基于现场次

11、氯酸钠发生装置的二次加氯优化系统,解决了长期困扰水司的乡镇二次消毒剂投加点的安全保障及实现运行无人值守的问题,城乡一体供水系统二次加氯联调联控方案的提出也为管网消毒副产物安全及系统运行的经济性提供了新的思路，具有明显的示范意义”。（7）浙江省电子信息产品检验所的软件评测报告：“该软件实现了对供水系统的调度与运行管理，具有实时监测显示、实时模拟、水龄模拟、供水分区计算、余氯模拟、水力调度等功能。3、国内外权威专家评价（1）国际给排水设计咨询行业龙头企业海曾-威廉公司副总裁Michael Wang认为浙江大学研究团队建立的管网平台代表了当今国际一流水平，在嘉兴建设的引领性水处理装置已经取得了显著效

12、果。（2）美国土木工程师学会会士（ASCE Fellow）Hugo Loaiciga教授认为：浙江大学团队是目前环境污染预警控制技术领域的国际领先团队.。提出的水质安全预警控制系统具有显著的创新性和国际先进性，在中国开展的水质预警系统建设对其他各国的水质安全预警系统建设具有重要的参考意义。（3）中国水利水电科学研究院教授级高工、中国工程院王浩院士评价“该项目研究内容针对性强，研究成果具有前瞻性、系统性、适用性，整体上达到国际领先水平”.4、用户评价（1）嘉兴市嘉源给排水有限公司：“研发的管网水力水质建模技术、调度决策支持技术及二次加氯优化控制技术等逐步在嘉兴饮用水处理、城乡一体化管网工程得到了

13、应用，取得了明显的社会和经济效益.”“市区百万人的管网水质得到稳定保障，供水系统单位吨水电耗较2009年约下降了3%.（2）绵阳市水务（集团)有限公司：“2011年9月供水管网实时监控与调度平台运行以来,通过供水优化调度,在月平均供水总量分别增加10。1和22。8%的情况下,月平均单位电耗分别下降1。7%和0.9。”“市区90万人口的管网水质得到稳定保障，产生了显著的社会和经济效益”。（3）杭州市水业集团有限公司：“系统实现了对我市市区供水管网的实时余氯、水龄、供水分区分析，实时的调度决策支持。”“市区350万人口的管网水质得到了稳定保障,供水系统单位吨水电耗2013年较2009年约下降了3.

14、1%.社会和经济效益显著”。(4）济南市供排水监测中心:”供水管网实时水力水质监控与调度系统，实现了对我市市区供水管网的实时余氯、水龄、供水分区分析,日常水质安全评价及预警。(5)东莞市水务监测中心：“项目成果的应用，为及时掌握市区部分管道流速低、管网水质下降、二次供水设施管理措施不足等导致的水质波动信息，特别是为市区800万人口的管网水质稳定保障工作提供了技术支持”。推广应用情况： 项目研发的供水管网水质在线监测预警装备和预警技术、水质稳定控制技术、供水系统实时水力水质监控、预警与优化调度系统等在广州、嘉兴、绵阳、杭州、东莞、济南、绍兴、舟山等示范区实际运行和应用。所在地政府组织的第三方评估

15、表明：解决了嘉兴河网地区示范区重污染原水的饮用水优化处理工艺难题，使类或劣类的河网原水经处理后出厂水水质达到生活饮用水卫生标准（GB57492006）；解决了广州示范区管网输配过程中的水质下降等问题；解决了长期困扰水司的乡镇二次消毒剂投加点的安全自动运行的问题。突破国外垄断，创新研发、具有自主知识产权的水质颗粒物分析仪市场占有率已经达到87,具有核心知识产权的生物综合毒性监测仪市场占有率已达51%，在广东、浙江、山东、四川等大规模应用，为水质稳定达标、为检测设备的国产化、打破国外垄断发挥重要作用.开发的城市饮用水水质预警系统及装备，已在济南、东莞、杭州等重点城市的水质日常监管和突发事故应急工作

16、中获实际应用,为新安江苯酚泄露事故等重大事件提供服务，为示范地水质监管部门和供水企业提供了有效的管理决策工具。研发的水处理净化关键技术及设备已在舟山庙子湖岛、湖泥岛等海岛村镇和驻岛部队“东海前哨模范营应用，“海防营的饮水历史翻开了崭新的一页”“更加坚定了战士们守卫和建设第二故乡的信心和决心”.项目成果的推广应用有力提升了示范区供水管网水质、管理水平，实现了示范区1800余万人的管网水质稳定达标,社会、经济、生态效益显著，战略意义突出。主要知识产权证明目录（不超过10件）：知识产权类别知识产权具体名称国家（地区)授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利一种循环管网水质综合模拟试

17、验系统中国ZL 201110131393。62013年04月24日第1185411号浙江大学张土乔;程伟平；张燕；周永潮；李聪有效发明专利一种带可视管段的循环管网水质综合模拟试验系统中国ZL 201110130041。92012年12月12日第1099652号浙江大学；浙江大学建筑设计研究院张土乔；方磊;张仪萍;王宁；王玲有效发明专利一种带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统中国ZL 201110130947。02012年11月21日第1082249号浙江大学；浙江大学建筑设计研究院张土乔；李聪;杨玉龙；张燕；王靖华有效发明专利应用于水质应急监测的遥控立体采样系统及采样方法中国ZL 201

18、210444479.92014年12月03日第1533499号浙江大学张光新；鲁天龙;侯迪波；黄平捷；包莹；冯天恒；陈骁有效发明专利一种突发性水质污染事故模拟仿真及可视化服务系统中国ZL 201210141601。52015年04月15日第1632136号浙江大学侯迪波；郭诚；张光新；黄平捷；宋筱轩；樊文杰；高觅谛有效发明专利一种装有溶解氧探头的密封取样器中国ZL 201110130700.92013年04月24日第1185938号浙江大学；杭州天健流体控制设备有限公司毛欣炜；周永潮;张燕；方涛;陈锋有效发明专利一种液体中颗粒物的检测系统和方法中国ZL 200910168181.82012年1

19、2月25日第1328804号杭州绿洁水务科技有限公司董剑峰、叶胜枝、邹爽有效计算机软件著作权供水管网供水水龄、混合区、污染影响分析软件V1。0中国2011SR0201132011年04月13日软著登字第0283787号浙江大学其他有效的知识产权计算机软件著作权城市管网二次 加氯联调联控 系统软件V1.0中国2011SR0605762011年08月25日软著登字第 0324250号浙江大学其他有效的知识产权计算机软件著作权城市饮用水水质预警系统V1.0中国2011SR0638342011年9月6日软著登字第 0327508号浙江大学其他有效的知识产权主要完成人情况：第一完成人:张土乔，男，博士/

20、教授,1963年9月生，汉族，中共党员，市政工程专业，主要从事供水管网安全输配等方面的研究工作.高等学校土建学科给水排水工程专业指导委员会副主任委员,浙江省特级专家，浙江省“五水共治”技术服务团团长.提出了供水管网水质安全保障关键技术的创新设想和研究思路（创新点13）,把握项目的总体研究方案及研究进程，在项目实施推广工作中起到了核心作用。第二完成人:张宏建，男，博士/教授,1961年7月生，汉族,中共党员,热能工程专业博士，主要从事检测技术和自动化装置方面的研究工作。中国计量测试学会常务理事，工业控制技术国家重点实验室副主任。提出了城市饮用水水质安全预警系统平台集成技术的创新设想和研究思路(创

21、新点2、3）,在项目实施推广工作中起到了骨干作用.第三完成人:俞亭超，男，博士/副教授,1976年10月生,汉族，中共党员,市政工程专业，浙江省给排水（节水）及燃气专业委员会副主任委员。主要负责供水系统实时水力水质监控与调度系统等开发（创新点2、3），并在各地市推广应用。第四完成人：张光新，男，教授，1969年9月生，负责水质预警系统平台的技术集成和系统开发工作。 第五完成人：张燕，女,教授，1971年4月生，负责出厂水水质控制技术，研发了高氨氮高有机物污染河网原水组合处理技术。 第六完成人：侯迪波，男,副教授，1977年6月生,负责基于事件驱动和风险评估理论的水质安全预警控制系统的研发和推广

22、应用。 第七完成人:柳景青，男，研究员，1972年6月生，负责研发基于厂网联调联控的城乡一体二次消毒优化技、基于水质末端反馈的供水管网二次消毒优化技术并推广应用.第八完成人：黄平捷，男，副教授,1974年12月生，负责研发支持多任务运行的突发水质污染事故模拟仿真服务系统。第九完成人：叶苗苗，男，副教授，1981年10月生，开发了基于非均相高级氧化的饮用水处理技术，提出了羟基自由基去除和控制水中低浓度、高毒性、难降解微污染有机物的作用机理。第十完成人:邵煜，男,副教授,1979年11月生,研究了管网节点水质混合规律，研发了监测点优化布置技术。第十一完成人:蒋建群，男,教授,1962年4月生，提出

23、了带多通道流量切换校准的循环网管水质综合模拟试验系统和准封闭循环管网水质综合模拟试验系统.第十二完成人：毛欣炜，男,高级工程师，1974年4月生,主要负责远程监控技术的开发，以及供水管网集成创新平台的日常运行和维护。第十三完成人：宋兰合，男,高级工程师，1963年9月生,研究了包括126项水质指标的饮用水水质安全指标体系,参与研发了饮用水水质安全评价系统。第十四完成人：董剑峰,男，工程师，1984年12月生,研发了颗粒物分析仪、水质生物毒性监测仪等核心供水水质监测设备.第十五完成人：许刚，男，高级工程师，1977年10月生。负责管网优化水力建模技术，建设广州市芳村地区供水管网优化布局改造示范工

24、程等。主要完成单位及创新推广贡献： 第一完成单位：浙江大学 本项目的核心成果由浙江大学完成，在供水管网集成创新平台、出厂水水质稳定控制技术、供水管网水质化学生物稳定控制技术、供水系统实时水力水质监控与调度系统、城市饮用水水质预警系统平台、水质安全评价技术、突发事件动态风险预警技术等方面做出了创造性贡献。通过组织本项目其他完成单位，将本项目核心技术和专利产品进行产学研用合作开发，在项目自主技术和系统的推广应用和产业化等方面，起到核心支撑作用。 第二完成单位：中国城市规划设计研究院 本单位主要贡献在创新点2、3，主要负责水质监测网络的构建、水质信息管理系统平台的开发、饮用水水质督察技术的研究等工作

25、，提出了包括126项水质指标的饮用水水质安全指标体系,共同研发完成饮用水水质安全评价系统。 第三完成单位：杭州绿洁水务科技有限公司 本单位主要贡献在创新点2、3，主要负责水质监测预警装备的研发，完成了多种水质监测预警仪器装备的设计、研发和产业化。第四完成单位：广州市自来水公司本单位主要贡献：牵头“南方大型输配水管网诊断改造优化与水质稳定技术集成与示范（2009ZX07423-004）”水专项课题，利用供水管网改造诊断技术、管网系统健康检测评估技术体系等，建设了芳村地区供水管网优化改造示范工程.负责供水系统水力水质实时监控与调度系统在广州的应用实施，建立了广州中心城区DN300及以上管网水力模型

26、，实现了对广州市市区供水管网的实时余氯分析、实时水龄分析、实时供水分区分析和实时的调度决策.完成人合作关系说明： 项目第一至第十二完成人均为浙江大学教职工，根据分工不同，在项目第一和第二完成人的指导和统筹下，全程参与项目核心技术的研发，成果应用推广等工作。 项目第十三完成人（宋兰合）为中国城市规划设计研究院高级工程师,参与研发了基于风险评估的水质安全预警技术体系（创新点2）.浙江大学和中国城市规划设计研究院等组织、参与国家水体污染控制治理重大专项“饮用水水质监控预警及应急技术研究与示范”项目（编号2008ZX07420,2008-2010）的研究与示范工作,浙江大学方主要负责水质安全预警关键技

27、术的研发，中国城市规划设计研究院主要负责水质监测网络的构建、水质信息管理系统平台的开发、饮用水水质督察技术的研究等工作，共同研发了“城市供水水质监测预警系统技术平台”,并在济南、杭州、东莞等城市示范应用。 项目第十四完成人（董剑峰）为杭州绿洁水务科技有限公司工程师、负责人，主要参与本项目多种水质监测预警仪器的设计、研发及产业化。浙江大学和杭州绿洁水务科技有限公司共同参与国家水体污染控制治理重大专项“水质安全评价及预警关键技术研究与示范应用”课题（编号2008ZX07420004,20082010）的研究与示范工作，浙江大学主要负责水质安全预警预测技术、预警系统软件的研发，杭州绿洁水务科技有限公

28、司主要负责水质监测预警装备的研发,双方共同研发的在线水质综合毒性监测仪、在线光谱水质分析仪、移动水质采样监测系统等，为水质监测预警系统建设提供了重要的硬件支撑。 项目第十五完成人（许刚)为广州市自来水公司高级工程师,与浙江大学等一起承担了“南方大型输配水管网诊断改造优化与水质稳定技术集成与示范（2009ZX07423004)”水专项课题，利用供水管网改造诊断技术、管网系统健康检测评估技术体系等，建设了芳村地区供水管网优化改造示范工程，负责本项目在广州的应用实施，建立了广州中心城区DN300及以上管网模型，实现了对广州市市区供水管网的实时余氯分析、实时水龄分析、实时供水分区分析和实时的调度决策。注：字体使用宋体,小四号，行距不小于18磅