Smart  Water:   lessons  learned  from  4-­‐years  of  large  scale  experimentation  

Professor  Isam  Shahrour,    Isam.shahrour@univ-­‐lille1.fr

Translated  in  Chinese by  Hanbinh Bian

Shandong  Hydrogeology  office,  China    December  24,  2015

智慧水：4年大型现场试验的经验

山东省水文局济南2015年12月24日

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Isam.shahrour@univ-­‐lille1.frwww.isamshahrour.comhttps://www.linkedin.com/in/ishahrourhttp://fr.slideshare.net/ishahrour

Q1:  Water  Challenges  ?

Q2:    How  the  Smart  Water  system  could  help  to  face  the  water  challenges  

Q3:  Lessons  from    4-­‐years  of  a  large  scale  experimentation

3 Questions  

三个方面的问题：

1、面临的挑战

2、如何运用智慧水系统应对面临的挑战

3、4年大型现场试验得到的经验

Greenhouse  emission  &  global  warming  

World  Summits  (From  Kyoto  2005  to  Paris  2015)

温室气体排放及全球变暖

世界峰会：从2005年京都会议到2015年巴黎峰会

Changement  climatique

Increase  in  the  water  stress急剧增长的水资源压力

Urban  Developing  countries

Urban  –Developed    countries

RuralDeveloping  countries

The  population  growth人口增长

Pollution  of  water  resources  :• Industrial  activity• Agriculture  activity  • Solid  waste  storage• Lack  of  sewage  and  treatment  infrastructures  • Sea  intrusion• Over  exploitation  

水污染:• 工业活动• 农业生产• 固体垃圾处理• 污水处理设施的缺失• 海水入侵• 过度开采

Lack  of  water  infrastructure• 1  billon  do  not  have  access  to  drinking  water.• 2.5  billons  do  not  have  access  to  sewage  service.

给排水基础设施缺失• 全球有10亿人得不到洁净饮用水• 25亿人缺乏排污系统

United  States    (ASCE,  2013  report):Water  Infrastructures  GPA  =  D美国工程师协会2013年报告显示，美国水相关基础设施等级为D+

Developed  countries:  aging  water  Infrastructures发达国家:  基础设施的老化问题

Water  Leakage:

According to UN :Leakage -loss- rates of 50% are not

uncommon in urban distribution systems.

水渗漏:

根据联合国报告 :城市供水系统50%漏水率非常普遍

The  water  state  is  critical全球水危机非常严峻In  the  coming  years,  it  could  become  more  critical,  because  of  the  expected  population  growth  在未来的几年里，由于人口增加压力，水危机将更为严峻

Developed  Developed  

Less  developed

Q1:  Water  Challenges  ?

Q2:    How  the  Smart  Water  system  could  help  to  face  the  water  challenges  

Q3:Lessons  from    4-­‐years  of  a  large  scale  experimentation

3 Questions  

三个方面的问题：

1、面临的挑战

2、如何运用智慧水系统应对面临的挑战

3、4年大型现场试验得到的经验

Continuity  of  the  water  public  service:  distribution,  sanitation  and  storm  water,..)

Challenges  of  water  management

1.  General  challengesAsset  management  :  How  to  manage  and  maintain  huge  and  complex  infrastructures  ?Diagnostic  of  the  infrastructure  performances

水管理的挑战

1、面临的主要挑战

如何对数量庞大且复杂的基础设施进行管理和维护

对基础设施工作性能进行诊断

公共水务服务的连续性(饮用水供给、卫生系统、雨水管网等)

Reduce  the  energy  consumption  (Greenhouse  emission,..)  

1.  General  challengesProtection  of  water  resources    (  Contamination,  flood,  water  infiltration,    over-­‐exploitation,  …)

Information  and  interaction  with  end-­‐users  

Challenges  of  water  management

1、面临的主要挑战

水资源保护(水质污染、洪水、降雨入渗、过渡开采等)

降低能耗(减少温室气体排放等)

信息化及与用户的信息交换

水管理的挑战

2.  Drinking  water  :-­‐ Reduce  the  leakage    (rapid  detection  and  localization)

-­‐ Real  time  control  of  the  water  quality  (accidental  pollution  and    optimal  management  of  the  water  treatment)

Challenges  of  water  management水管理的挑战

2.  饮用水 :-­‐ 减少渗漏 (快速反应及其定位)-­‐ 适时水质监控 (突发水质污染及其水质优化处理管理)

3.  Sewage  :-­‐ Dynamic  management  (flood,  abnormal  event,)-­‐ Control  of  the  water  quality  (identification  of  responsibilities,  

optimal  management  of  the  water  treatment,..)

Challenges  of  water  management水管理中的挑战

3.  污水管网 :-­‐ 动态管理 (洪水,  突发事件等,)-­‐ 水质控制 (污染源确定,  污水处理优化管理,..)

How  the  Smart  Technology  could  help  to  face  the  water  management  challenges  ?

智慧技术如何帮助我们应对与水管理工作

中的挑战？

Digital  Technology

数字技术、信息技术

Internet  互联网

Social  Network  社交网络

Each  object  :-­‐ Identified-­‐ Geo-­‐localized-­‐ Communicate-­‐ Store  data-­‐ Analyze  data-­‐ Operates  action  

每一个物体 :-­‐ 身份确认-­‐ 地理坐标-­‐ 信息传输-­‐ 数据存储-­‐ 数据分析-­‐ 远程控制

SeeAnalyzeUnderstandImprove

Real  time适时传输

Smart  technology  in  the  City智慧技术在城市中的应用

可视分析理解进步

Thanks  to  this  technology,  

buried  infrastructures  become  visible  When  we  see  things,  we  make  progress.

基于现代技术，深埋地下的基础设施变得可见。

只有事物变得可见，我们才能进步！

More  data  

BIG  DATA大数据

Industrial  Activity  

Agriculture  Activity  

Users  

Energy  providers

Emergency  service

Smart  technology  allows:• Real-­‐time  monitoring• Cross  the  information  among  services• Rapid  action  in  the  case  of  an  abnormal  event  (leakage,  contamination,....)

• Optimal  management• Users  information  and  implication• New  services  

智能技术永许我们进行 :-­‐ 适时监控-­‐ 不同系统间的信息交换-­‐ 在突发事件时进行快速反应(漏水,  污染等)-­‐ 优化管理-­‐ 用户提醒及用户体验-­‐ 开发新的用户服务

Q1:  Water  Challenges  ?

Q2:    How  the  Smart  Water  system  could  help  to  face  the  water  challenges  

Q3:Lessons  from    4-­‐years  of  a  large  scale  experimentation

3 Questions  

三个方面的问题：

1、面临的挑战

2、如何运用智慧水系统应对面临的挑战

3、4年大型现场试验得到的经验

Large  Scale  demonstrator  of  the  Smart  Water  System  

大型智慧水示范项目

Part  of  a  larger  project  “SunRise  Smart  City:  demonstrator  of  the  Smart  City”

欧盟大型示范项目SunRise智慧城市示范项目的一部分

Innovation  operators  • Pole  Ubiquitaire• CITC  –EURARFID• PRN

Local  government• AMGVF   (Large  

Cities  association)• Lille  Metropolis• Region• ArtoisComm

International:• W-­‐Smart  (Int.  Ass.  for  

water  Security)• US• Netherland,  UK,  Spain• Lebanon,  Morocco

Water/Energy/Buildings  operators• Dalkia• Eaux du  Nord  (Suez)• Eau  de  Paris• ERDF  • Lille  Métropole Habitat  

Research  Laboratories:• Engineering• Information  technology  • Social  Science

Education  :• Master  programs• PhD  programs

Starts-­‐ups  :  Stereograph,  Noolittic,Inodesign,  Calmwater,  Planete oui,  Ixsane,  Projex,  

SunRise  :  Large  public-­‐private  partnershipSunRise示范项目:众多的合作伙伴

Smart  Cityimplementation  ?

智慧城市技术直接应用？

Large  Experimentation  (Demonstrator)大型示范

Why  we  need  a  demonstrator  为什么需要进行示范工作

Scientific  CampusSmart  City  Demonstrator  

Small  town:• 25  000  users• 140  Buildings  

里尔科技大学校园：智慧城市示范区

小型社区:• 25  000  居民• 140  建筑物

100  km  of  urban  networks100公里的市政管网

• Drinking  Water• Sewage• District  Heating• Gas  • Electrical  (  HV,  LV)• Public  light• Roads  

• 饮用水供水管网• 污水管网• 区域供热管网• 天然气管道• 供电网络 (强电,弱电)• 市政照明• 交通网络

SunRise  Community  :研究团队

PhD,  Master  Degree  Students,  engineers,  博士、硕士、工程师等

SunRise  PlatformInformation  Sytem

Asset  Data  (GIS)

Analytics

Web  server    communication

• Users• Management  staff• Technical  staff• Academic  Staff

Communication  :  • Réseaux  filaires  • Réseaux  sans  fils  

Monitoring  • Buildings• Water  Network• Energy  network

Sensors  data  

Users  -­‐ Alert  -­‐ Information

Users  data  

Open  data  • Weather• Traffic  • Emergency  

Open  data  

SunRise系统平台示意图

Drinking  water  

饮用水供水系统

Concerns:  • Leakage• Real-­‐time  contamination  detection• Users  awareness

相关内容:  •管网漏水•适时水质监控•用户提醒服务

TWUL  Demo  siteLondon

Smart  BurgosBurgos

VIPLeeuwarden

Sunrise  Demo  siteLille

European  Smart  Water  demonstrator  SmartWater4Europe欧盟智慧水示范组成单位

Water  network:15  km  of  pipes15公里供水管网

100  electronic  Counters100只电子水表

Pressure  cell Datalogger

Electronic  pressure  cells电子水压计

Consumption  profile用水量模式

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Consom

mation(m

3 )

Temps  (h)

Profile  de  consommation Modèle  simplifié Limite

µ  +  2σ

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Consum

ption  (m

3 )

Time  (h)

P2  (Bâtiment  de  Physique)

Limite Mesure

Application  Building  P2P2建筑物应用实例

leakage

Abnormal

Real  time  water  quality  control  for  detection  of    accidental  contamination

适时水质监控突发性水质污染事件监控

41

Intellisonde                                                                                S::can                                                                                                            EventLab              

Innovative  devices  for  water  quality  control改进的水质监控装置

42

Emplacement  des  capteurs qualité

Plan  of  implementation试验装置布置图

Before    the  field  implementation,  we  conducted  analysis  of  the  sensors  performances  for  the  detection  of  chemical  and  biological  contaminations.

在进行原位安装前，我们对化学污染及生物污染监测设备进行了实验室试验检测

Injection

Point  de  mesure

44

Lab-­‐Station  for  the  analysis  of  the  sensors  performances  for  the  detection  of  chemical  and  biological  contaminations.化学污染及生物污染监测传感器性能实验室试验装置

45

46

Eau  du  robinet

Capteurs

Récupération  Traitement

Réservoir

Pompe

PompeRéseau  

d'assainissement

Point  d’injection

Injection

Chemical  contamination

-­‐0,5

0

0,5

1

1,5

2

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Chan

gemen

t  de  ph

ase  

Temps  (minutes)

化学污染

481,5

1,7

1,9

2,1

2,3

2,5

2,7

2,9

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Turb  ISO  -­‐[FTU

]

Temps  (minutes)

Turbidity  

Absorbency  

E.  Coli  injection生物试液入注试验

105  UFC/mL

105 UFC/mL

108 UFC/mL

107 UFC/mL

Storm  water雨水管网

• 长度 L:    31  km• 管径 D:  150  to  1200  mm

Bassin  A  流域AS  =  50  haC.I.  =  0.4

Bassin  B  流域BS  =  80  haC.I.  =  0.3  

Inspection  of  the  network管网检测

• Instrumentation• 现场监测系统布置• Modélisation• 数值仿真

Monitoring现场监测资料

Weather  Station气象观察站资料

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

37 42 47 52 57 62

Débit  en  m3/s

0

5

10

37 47 57

Weather  Station

Intensité

en  

Calibration  of  numerical  model  :  SWMM数值仿真模型校正

Sanitation卫生管网

12  km

EX1

4  km

Inspection  of  the  network管网检测6  categories  (levels)6个等级

Monitoring监测设备

Sonde  débitmètre流量计Transmetteur

Pack  Batterie电池组及发射装置

Example  (2  weeks)例子(二个星期)

Daily  flow日流量

3  Sep  to  10  Sep  201524  Sep  – 10  Oct  2015

Abnormal  Event突发事件

3-­‐10  Sep  201510-­‐17  Sep  2015

Débit  13  Sep  2015Pluie  13  Sep  2015

Rain  Event降雨事件

Conclusion结论

• Scientific  and  technical• 科技方面的结论• Improvement  of  the  infrastructure  management• 强化基础设施管理方面的结论

Conclusion结论

• Scientific  and  technical• 科技方面的结论• Improvement  of  the  infrastructure  management• 强化基础设施管理方面的结论

Drinking  water  :饮用水供水管网：

Hydraulic  monitoring  for  leakage  detection  operates  well.供水管网渗漏监测系统工作性能良好

Real-­‐time  control  of  the  water  quality  is  more  complex,  it  yet  requires  more  development饮用水水质适时监控非常复杂，还需进一步发展

Sewage  network:污水管道系统

Hydraulic  monitoring  operates  well.  It  could  be  used  for  dynamic  management  of  sewage  network.污水管网监测系统工作性能良好，可以实现对污水管网的动态管理

Real-­‐time  control  of  the  water  quality  yet  faces  major  difficulty  在污水水质适时监控方面仍然面临很多困难

Conclusion结论

• Scientific  and  technical• Improvement  of  the  infrastructure  management• 强化基础设施管理方面的结论

Detection  of  water  leakage  :  November  2015侦测到供水管网在2015年11份的不正常渗漏

3-­‐10  Sep  201510-­‐17  Sep  2015

Débit  13  Sep  2015Pluie  13  Sep  2015

Detection  of  rain  infiltration  in  the  sanitation  network

智能侦测到雨水侵入污管道系统

Reduction  of  the  flood  risk  through  improved  use  of  infrastructure

通过加强和优化运用现有管道系统减少城市内涝

THANK  YOU

谢谢大家!