隨著新時(shí)期治水方針的逐步落實(shí)，水利現(xiàn)代化、智能化建設(shè)已開啟，物聯(lián)網(wǎng)、圖像識別、數(shù)字孿生等新技術(shù)的成熟，也為智慧水務(wù)體系的搭建提供了技術(shù)保障，新時(shí)代治水新思路正逐步得到落實(shí)。本文對智慧水務(wù)的總體架構(gòu)與包含的建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行研究，力圖為智慧水務(wù)體系搭建及項(xiàng)目建設(shè)提供部分借鑒。

    (1)水。主要包括水災(zāi)防御、飲用水管理兩部分內(nèi)容。水災(zāi)主要為雨季型洪水、臺風(fēng)型洪水造成的雨澇，當(dāng)有大洪水來時(shí)，通過模型進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警，可以提前采取措施，預(yù)報(bào)各水庫水位，騰出庫容調(diào)蓄洪水，減輕庫區(qū)周邊和下游的防洪壓力。在后汛期，根據(jù)來水預(yù)測及時(shí)攔蓄洪尾水量，盡可能多的儲備水量。當(dāng)預(yù)測來水量較少時(shí)，可根據(jù)水庫蓄水情況和需水量分析，提前采取抗旱措施，減少旱災(zāi)的影響。飲水工程則是統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，和提高民眾生活質(zhì)量，城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要民生基礎(chǔ)設(shè)施，城鄉(xiāng)飲用水密切關(guān)系到群眾的身體健康，防范飲水風(fēng)險(xiǎn)十分必要。通過對人飲工程增加水質(zhì)和水位自動監(jiān)測，可實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)飲水工程供水自動預(yù)警，同時(shí)加強(qiáng)城鄉(xiāng)飲水工程日常業(yè)務(wù)管理，提升城鄉(xiāng)供水和應(yīng)急處置能力。

    (2)水資源。是指有利用價(jià)值且可被利用的水源，包括地表水及地下水等。在信息化中，水資源信息包括水質(zhì)信息、監(jiān)測信息、供水廠監(jiān)測信息、排污口信息、取水戶信息、水庫信息、水電站信息、流量監(jiān)測信息、水利工程信息等。水資源優(yōu)化配置包含了水資源管理、供水管理、灌區(qū)管理的綜合優(yōu)化。(3)水環(huán)境。主要通過監(jiān)測站網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測站網(wǎng)是指在流域內(nèi)或者區(qū)域內(nèi)，由適量的水質(zhì)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室與地表水、地下水、大氣降水水質(zhì)站組成的監(jiān)測信息收集系統(tǒng)。在水環(huán)境管理及保護(hù)上，又可分為河湖長制綜合管理、采砂管理、水土保持管理等。(4)水工程。包括涉水的水利工程建設(shè)管理、水利工程運(yùn)行管理。(5)水事務(wù)。即以水行政事件為主線，涉及到的對象、業(yè)務(wù)流程等，主要為水行政執(zhí)法，包括執(zhí)法對象、執(zhí)法巡查管理、執(zhí)法辦案管理、案件辦理管理、執(zhí)法隊(duì)伍和裝備管理、執(zhí)法指揮調(diào)度等。(6)水公共服務(wù)。即水務(wù)部門面向公眾提供的涉水政務(wù)服務(wù)，通過互聯(lián)網(wǎng)、移動端、辦理窗口、戶外展示引導(dǎo)等提供，主要包括行政審批事項(xiàng)處理、公眾水務(wù)事項(xiàng)解答、公眾水務(wù)事項(xiàng)投訴處理、公眾預(yù)報(bào)預(yù)警、公眾節(jié)水教育、公眾河湖治理宣傳教育、引導(dǎo)公眾參與河湖治理、公眾水情教育等。

   (1)水科學(xué)保障專題。聚焦水災(zāi)防御工作需要，圍繞預(yù)案、預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演等因素建設(shè)，實(shí)現(xiàn)與水災(zāi)防御工作精細(xì)化管理要求。預(yù)案應(yīng)做到結(jié)構(gòu)化管理，由靜態(tài)預(yù)案向動態(tài)預(yù)案轉(zhuǎn)變。預(yù)報(bào)則通過多模型耦合方式，由經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)向科學(xué)預(yù)報(bào)過渡。通過自動監(jiān)測預(yù)警和預(yù)警回執(zhí)，打造預(yù)警工作的閉環(huán)流程。在人飲工程上增加水質(zhì)和水位自動監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)飲水工程供水自動預(yù)警，提升供水和應(yīng)急處置能力。

   (2)水資源優(yōu)化配置專題?；贕IS平臺的展示基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)、監(jiān)控、水位、雨量等監(jiān)測站點(diǎn)以及水文局、氣象局、環(huán)境局共享的監(jiān)測站點(diǎn)等監(jiān)測數(shù)據(jù)的疊加展示，為水質(zhì)、水資源業(yè)務(wù)協(xié)同、水資源優(yōu)化配置、動態(tài)評價(jià)、供水監(jiān)控預(yù)警、供水運(yùn)營管理、供水統(tǒng)計(jì)分析、灌區(qū)管理等應(yīng)用服務(wù)。

   (3)水環(huán)境保護(hù)專題。聚焦河湖長制管理、采砂管理、水土保持管理等應(yīng)用，建設(shè)投訴、采砂計(jì)劃管理、采砂許可證管理、采砂量動態(tài)監(jiān)控、水土流失情況分析及呈現(xiàn)、政策法規(guī)宣傳等模塊。

   (4)水工程精細(xì)調(diào)度專題。引入信息化手段，將招投標(biāo)管理、工程資料、工資支付、工程過程等文件數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)工程業(yè)務(wù)數(shù)字化，同時(shí)基于GIS平臺，將在建項(xiàng)目、已建項(xiàng)目、規(guī)劃項(xiàng)目做疊加展示，實(shí)現(xiàn)工程全景可視化、工程自動預(yù)警、調(diào)度管理可視化等目標(biāo)。

   (5)水事務(wù)管理專題。以水行政事件為主線，主要建設(shè)執(zhí)法監(jiān)視、執(zhí)法巡查計(jì)劃制定和下達(dá)、執(zhí)法信息(包括執(zhí)法隊(duì)伍、執(zhí)法艇、執(zhí)法車、執(zhí)法裝備等)的動態(tài)更新、調(diào)度指揮等模塊。

   (6)水事務(wù)公共服務(wù)專題。建設(shè)審批事項(xiàng)服務(wù)、智能問答、公眾投訴服務(wù)、水務(wù)信息服務(wù)、水務(wù)資訊、節(jié)水宣傳等模塊。(7)移動應(yīng)用，開發(fā)移動應(yīng)用系統(tǒng)，通過移動辦公，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地信息查詢和辦公管理。

5、平臺子系統(tǒng)

 

5.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

    對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時(shí)預(yù)警。

    監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常等數(shù)據(jù)。

5.2 電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

    水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

 

5.3 電動機(jī)管理

    馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能，電動機(jī)保護(hù)器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測和。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

 

5.4 能耗管理

    為水務(wù)搭建計(jì)量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

    將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

    能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算，標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢。

    能效分析按計(jì)量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國家指標(biāo)對標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

 

5.5 智能照明控制

    系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到、節(jié)能、舒心的目的。

 

5.6 電氣

5.6.1 電氣火災(zāi)監(jiān)測

    監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實(shí)現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣預(yù)警。

5.6.2 消防應(yīng)急照明和疏散指示

    根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

5.6.3 消防設(shè)備電源監(jiān)測

    監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備可以正常投入使用。

5.6.4 防火門監(jiān)控系統(tǒng)

    防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門能發(fā)出信號，能指示部位并保存信息，保障了電氣的可靠性。

5.6.5 環(huán)境監(jiān)測

    污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。 

5.6.6 分布式光伏監(jiān)測

    實(shí)時(shí)監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運(yùn)行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實(shí)際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂?shù)难b機(jī)容量。

5.6.7 工藝仿真監(jiān)控

    平臺通過2D、3D方式實(shí)時(shí)監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加接觸、污泥濃縮壓濾、生 物等工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動機(jī)保護(hù)，進(jìn)行短路、過流、過載、起動超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5.7 產(chǎn)品清單

6、結(jié)語

   總之，智慧水務(wù)建設(shè)是一個(gè)長期、動態(tài)的過程，涵蓋領(lǐng)導(dǎo)決策人員、業(yè)務(wù)人員、橫向相關(guān)單位、專家、巡查人員、企業(yè)單位、社會公眾等眾多用戶對象，因此做好頂層規(guī)劃和基礎(chǔ)平臺、模型的搭建，為不同用戶提供個(gè)性化業(yè)務(wù)支持是建設(shè)過程中的聚焦方向。此外，在建設(shè)中還應(yīng)重視項(xiàng)目建設(shè)的后評估分析，及時(shí)調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1]SL219-2013,水環(huán)境檢測規(guī)范[S].

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版

作者簡介

魏健輝，女，安科瑞電氣股份有限公司。