楊學(xué)濤，許 健

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

2018年中央一號文件明確提出實施智慧農(nóng)業(yè)林業(yè)水利工程。2019年全國水利工作會議對水利行業(yè)做出了要好智慧水利頂層設(shè)計，構(gòu)建安全實用、智慧高效的水利信息大系統(tǒng)的指示[1]。2021年6月28日，在水利部召開的“三對標(biāo)、一規(guī)劃”專項行動總結(jié)大會上李國英部長指出要推動智慧水利建設(shè)[2]。2021年1月水利部等九大部門共同印發(fā)《關(guān)于做好農(nóng)村供水保障工作的的指導(dǎo)意見》指出：“到2025年，全國農(nóng)村自來水普及率達到88%，農(nóng)村供水工程布局將更加優(yōu)化，運行管理機制將不斷完善，工程運行管理水平將不斷提升，水質(zhì)達標(biāo)率將不斷提高。到2035年我國將基本實現(xiàn)農(nóng)村供水現(xiàn)代化”[3]。2023年7月24日水利部印發(fā)通知2030年底前100人以上的農(nóng)村集中供水工程全面實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。積極推進數(shù)字孿生農(nóng)村供水工程建設(shè)，提高城鄉(xiāng)供水工程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平。這一系列政策的發(fā)布，凸顯了水利工程信息化建設(shè)的重要性和迫切性。開展水利工程信息化建設(shè)，是構(gòu)建數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水網(wǎng)工程的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)水利行業(yè)現(xiàn)代化的重要抓手，是推進新時代水利高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措。廣河縣城鄉(xiāng)供水提質(zhì)增效信息化建設(shè)恰逢其時，信息化與城鄉(xiāng)供水管理融合，提升廣河縣城鄉(xiāng)供水管理水平和服務(wù)質(zhì)量，提升供水保證率和水質(zhì)達標(biāo)率。

1 廣河縣城鄉(xiāng)供水信息化現(xiàn)狀

廣河縣多年來一直重視全縣城鄉(xiāng)供水工程的建設(shè)，自2005開始分3個階段實施飲水安全工程項目，第一階段實施了廣河縣三甲集鎮(zhèn)農(nóng)村、廣河縣買家巷鎮(zhèn)農(nóng)村飲水安全工程、廣河縣中南部農(nóng)村飲水安全工程和廣河縣北部農(nóng)村飲水安全等四處農(nóng)村飲水安全工程并并網(wǎng)至廣河縣中南部農(nóng)村安全飲水工程。第二階段2018年施了臨夏州和廣兩縣城鄉(xiāng)供水水源保障工程、農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程，第三階段2021年又實施了總投資4250萬元的廣河縣城鄉(xiāng)供水智能化水表改造及管理平臺建設(shè)工程。

(1)水源地現(xiàn)狀。目前廣河縣基本形成了以和政縣松鳴鎮(zhèn)小峽小牛圈溝、松鳴鎮(zhèn)吊灘村在建的和廣兩縣供水工程調(diào)蓄水池為兩大水源地，在水源地只建設(shè)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)無水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，引水樞紐閘門啟閉設(shè)施為螺桿式啟閉機，無自控設(shè)施。

(2)水廠現(xiàn)狀。主要是風(fēng)轉(zhuǎn)磨水廠、鞏固提升工程水廠聯(lián)合運行的城鄉(xiāng)一體化供水體系，設(shè)計日供水量3.3萬m3，年供水量1200萬m3，建有水質(zhì)檢測中心、中控室、清水池、制水車間、加藥間等制水、供水、加藥設(shè)備。目前，整個水廠系統(tǒng)運行基本正常。

(3)高位水池現(xiàn)狀。全縣現(xiàn)有大小蓄水池223座，總?cè)莘e43640m3。目前，各蓄水池運行基本穩(wěn)定，供水正常。

(4)管網(wǎng)現(xiàn)狀。配水管網(wǎng)沒有任何智能檢測設(shè)備，管道老化；堵塞嚴(yán)重。閥門井等附屬建筑物年久失修有破損漏水現(xiàn)象。沒有設(shè)置遠程控制閥門。

(5)末端用戶計量現(xiàn)狀。目前，廣河縣人飲工程管理局正在實施《廣河縣城鄉(xiāng)供水智能化水表改造》項目，對52046戶進行水表更換，其中物聯(lián)網(wǎng)水表18659塊、IC卡智能水表33187塊、村頭水表200塊(機械水表)。

(6)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀。目前，廣河縣在各管理站配置了20M VPN光纖數(shù)據(jù)專線，在指揮中心配置了300M VPN光纖數(shù)據(jù)專線，本次經(jīng)過復(fù)核網(wǎng)絡(luò)配置能夠滿足本次建設(shè)項目的需要

2 信息化需求分析

隨著廣河縣社會經(jīng)濟的發(fā)展，縣域內(nèi)城鄉(xiāng)供水工程運行難度逐步極大。水利信息化保障程度低，自動化管理設(shè)施水平不高，水利信息化建設(shè)不夠的問題逐步凸顯，信息化管理急缺。

2.1 用戶需求分析

首先是調(diào)度管理用戶，主要包括水務(wù)局及人飲工程管理局、水廠、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)管理站進行日常供水調(diào)度管理的工作人員，主要需求包括：供水調(diào)度方案制定及計劃編制、實施調(diào)水計劃過程中的監(jiān)測控制、日常管理等需求[7]。其次是系統(tǒng)管理員用戶，主要是指參與前期系統(tǒng)開發(fā)的開發(fā)人員，對系統(tǒng)定期的完善和升級工作。最后是系統(tǒng)維護用戶，主要為系統(tǒng)本身運行維護管理的用戶，及時準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)狀況，有效處理系統(tǒng)突發(fā)問題[8]。

2.2 功能需求分析

系統(tǒng)總體功能框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體功能框架圖

(1)準(zhǔn)確、全面的信息支撐，信息是管理的基礎(chǔ)，全縣城鄉(xiāng)人飲供水工程管理需要及時、全面、準(zhǔn)確的信息支撐。及建設(shè)城鄉(xiāng)供水信息化系統(tǒng)的目的就是為了實現(xiàn)全域供水管網(wǎng)、泵站、蓄水池的水位、壓力、流量、閥門狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息進行實時全面的掌控。

(2)高效、穩(wěn)定的管理支撐，建成的信息化管理系統(tǒng)為各級管理單位提供高效的業(yè)務(wù)管理支撐，保證各級管理單位對自己所轄范圍的各監(jiān)控點實現(xiàn)實時有效的管理，同時各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在物理上集中存放、在邏輯上相互獨立。

(3)快速、靈活的應(yīng)急支撐，面對干旱災(zāi)害、水污染事故的發(fā)生，監(jiān)管平臺必須建立反應(yīng)敏捷、啟動及時的應(yīng)急機制。如果出現(xiàn)問題，要能夠在最短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題并作出有效的措施，顯著提升應(yīng)對重大突發(fā)性事件的能力[9]。

(4)科學(xué)、高效的決策支撐，合理調(diào)度、優(yōu)化配置寶貴的水資源，對縣域內(nèi)各用水戶及用水管理單位來說都具有重大的現(xiàn)實意義。

2.3 數(shù)據(jù)需求分析

(1)數(shù)據(jù)之間的通訊需求，各測站監(jiān)測到信息的需要安全可靠的網(wǎng)絡(luò)傳遞。根據(jù)各個測站測點的通訊要求及現(xiàn)場實際情況調(diào)研，經(jīng)過實驗比較選擇出一個最佳的通訊方式，連接各個站點使整個項目區(qū)域形成一個安全可靠且高效的通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡乃俣群桶踩?/p>

(2)數(shù)據(jù)信息共享需求，供水用水的數(shù)據(jù)信息與水務(wù)局等各個部門互聯(lián)互通，不同單位部門之間信息共享，避免了信息的重復(fù)采集和浪費，為管理部門決策提供更加準(zhǔn)確全面的依據(jù)。

(3)數(shù)據(jù)信息存儲需求，將采集到的數(shù)據(jù)進行存儲和管理，建立完整的信息庫，在此基礎(chǔ)上為便于數(shù)據(jù)信息的管理和維護，建設(shè)綜合管理數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)進行分類整理和歸檔，方便后續(xù)的查詢和分析。

(4)數(shù)據(jù)整合的需求，對各個測站測點采集到的雨量、水位、水質(zhì)、水壓等數(shù)據(jù)，以及泵站、閥門等設(shè)施的工作狀態(tài)、用電量、能耗、工作時長等數(shù)據(jù)，與關(guān)鍵節(jié)點的視頻監(jiān)控信息，進行統(tǒng)一的收集、傳輸、處理和分析集中整合，根據(jù)不同的服務(wù)對象提供不同的信息服務(wù)，為實現(xiàn)不同部門、不同業(yè)務(wù)的管理工作奠定基礎(chǔ)[10]。

2.4 性能需求分析

城鄉(xiāng)供水信息化工程是民生工程一旦信息化系統(tǒng)出現(xiàn)故障整個區(qū)域內(nèi)的供水就會出現(xiàn)問題對全縣居民的生產(chǎn)生活有極大影響這就要求系統(tǒng)軟硬件整體及其功能模塊具有高穩(wěn)定性，在長時間運行的情況下不會出現(xiàn)死機等故障問題，更不能出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰和數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象[9]。系統(tǒng)數(shù)據(jù)的維護、查詢、分析、及計算都要求正確性和準(zhǔn)確性及確保數(shù)據(jù)的安全和完整性。這就要求系統(tǒng)具有高可靠性。在日常運行過程中相關(guān)操作人員不可避免的會出現(xiàn)一些錯誤的操作，為了能夠正常運行要求系統(tǒng)要對使用人員不規(guī)范不正確可能導(dǎo)致系統(tǒng)錯誤的違規(guī)操作能夠預(yù)警或給予正確的操作提示。這就要求系統(tǒng)要具有容錯和自適應(yīng)性。系統(tǒng)工作時需要同時處理多個數(shù)據(jù)或進行其它多項工作這就使得系統(tǒng)要具備同時處理多個任務(wù)的能力即系統(tǒng)的并發(fā)性。為了數(shù)據(jù)安全，確保數(shù)據(jù)的保密性和權(quán)限控制避免數(shù)據(jù)泄露；信息被竊取等安全問題，系統(tǒng)要具有高安全性。為了便于系統(tǒng)的升級，應(yīng)制定相關(guān)方案，預(yù)留相應(yīng)的接口保證系統(tǒng)能夠在需要時快速擴展存儲容量和功能，要求系統(tǒng)有高的可擴展性。系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)類型眾多，從數(shù)據(jù)采集、錄入、上報、檢驗、維護到入庫，經(jīng)過多個環(huán)節(jié)，要保證每一個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的精度。要求系統(tǒng)數(shù)據(jù)的精確性。系統(tǒng)要能夠支持多種數(shù)據(jù)格式、操作方式、運行環(huán)境、編程語言方便數(shù)據(jù)交換和分析[9]，要求系統(tǒng)具有開放性。

3 存在的問題

3.1 水源地存在的問題

由于水源地?zé)o水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，在下雨期間，洪水導(dǎo)致原水濁度增高，泥沙堵塞原水池，水量急劇減少導(dǎo)致下游時常缺水，水量隨季節(jié)變化明顯，特別是在枯水期來水嚴(yán)重偏小制約全縣供水，水源地遠程自動化程度不高，預(yù)警操作滯后。

3.2 水廠存在的問題

預(yù)處理池排泥管閘閥損壞無法排泥，絮凝劑加藥設(shè)備陳舊老化、故障頻出，無法有效處理高濁度源水；老水廠制水車間制水設(shè)備、電器電路老化，反沖洗設(shè)備故障，自動化監(jiān)控系統(tǒng)嚴(yán)重陳舊老化，穩(wěn)定性差，無法有效操控監(jiān)視；水質(zhì)檢測中心部分設(shè)備更新不及時，微生物室不達標(biāo)，專業(yè)檢測人員不足

3.3 高位水池存在的問題

部分蓄水池浮球閥等管件閘閥老化、損壞嚴(yán)重，無法進行有效操控；部分蓄水池漏損嚴(yán)重，導(dǎo)致個別村社在高峰用水時段時出現(xiàn)供水不足的現(xiàn)象，未設(shè)置液位計、電動控制閥、水表、壓力傳感器等自動化測控設(shè)備，無法掌握漏損水量；部分村社蓄水池進口、出口檢查井損壞、偏小，日常運行管理不便。

3.4 輸水管網(wǎng)存在的問題

管網(wǎng)分水口部分村級配水管網(wǎng)管道老化、堵塞嚴(yán)重，有些存在配水管壓力過高，未做減壓措施，爆管現(xiàn)象時有發(fā)生，影響居民正常供水。同時配水管網(wǎng)無任何智能監(jiān)測設(shè)備，對出現(xiàn)的跑冒滴漏及爆管情況無法及時得到信息，導(dǎo)致大量水資源浪費，無形增加了后期的運行維護成本。輸配水管網(wǎng)已建閥門井等附屬建筑物年久失修破損，部分井蓋缺失，各類閥門配件存在生銹、損壞、漏水現(xiàn)象，且常年未進行開閉，出現(xiàn)打開后無法關(guān)閉，關(guān)閉后無法打開的情況，無法滿足正常操控管理需求。未設(shè)置遠程控制閥門，給檢修人員造成了很大的不便。

3.5 末端用戶計量存在的問題

已有水表涉及多個廠家，抄表及收費系統(tǒng)由廠家提供，導(dǎo)致不同區(qū)域間無法進行統(tǒng)一的計量收費管理。受群眾歷史用水習(xí)慣和不愿付費使用自來水影響，目前全縣水費收繳率遠低于國家和省上收繳要求，難以收支平衡長效運行。

3.6 運行管理存在的問題

目前，水廠、泵站等數(shù)據(jù)通過自動化監(jiān)控系統(tǒng)采集，但是在運行管理上，這些數(shù)據(jù)只是發(fā)揮了單一功能，并沒有在管理者的運營決策中發(fā)揮更大的作用。

4 建設(shè)方案及建議

4.1 建設(shè)方案

根據(jù)廣河縣城鄉(xiāng)供水的現(xiàn)狀及問題分析[12]，以現(xiàn)有水廠、泵站、末端用戶計量信息化基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)，新增蓄水池液位感知、進出水口量測控制、干分支及村口管網(wǎng)分水口量測控制硬件設(shè)備，水源地水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備。建設(shè)廣河縣城鄉(xiāng)供水?dāng)?shù)據(jù)中心及視頻會商中心；各片區(qū)分控中心改造提升；遵循“總體規(guī)劃、分步實施，統(tǒng)一開發(fā)、集中部署，整合資源、共享利用，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一架構(gòu)”的基本原則[14]，建立廣河縣城鄉(xiāng)供水綜合管理平臺，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

總體按“1+M”模式進行設(shè)計，即1個總平臺，M個業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，主要包括：數(shù)據(jù)管理技術(shù)支撐、應(yīng)用管理技術(shù)支撐、信息采集交互、供水工程GIS一張圖、供水調(diào)度管理、營業(yè)收費管理、漏損分析、巡檢養(yǎng)護管理、用戶服務(wù)管理及視頻監(jiān)控綜合管理等子系統(tǒng)[15]，并與已建水廠、泵站、末端用戶計量等工程信息化系統(tǒng)集成，初步形成與縣域城鄉(xiāng)供水運行調(diào)度管理相配套的集信息感知采集、自動化監(jiān)控、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐、業(yè)務(wù)應(yīng)用的信息化平臺體系。

4.2 建議

(1)改變計量收費模式，對各個廠家的水表進行集成，采用進行統(tǒng)一的抄表及營收系統(tǒng)建設(shè)。徹底改變原有的計量收費管理模式，打破上門繳費的單一途徑，要支持多種抄表，計費、繳費方式，實現(xiàn)居民24h自助繳費，要兼容多種支付方式如：微信、支付寶、銀行卡等。也要讓群眾可以清楚的掌握水質(zhì)情況、水費繳納情況、用水量等信息全面提高用戶用水體驗，從而提高水費的收繳率，保證城鄉(xiāng)供水工程形成良性的運行生態(tài)，確保供水工程長效運行。

(2)加強數(shù)據(jù)融合，對水廠、泵站、管網(wǎng)、蓄水池、管網(wǎng)分水口及末端用戶進行統(tǒng)一管理，對各項運行數(shù)據(jù)進行科學(xué)的統(tǒng)計、分析、計算，使供水管理單位獲得管理所需的各種統(tǒng)計報表、趨勢分析和對比預(yù)測等信息，實現(xiàn)對城鄉(xiāng)供水工程的管理工作、水廠運行情況綜合評價，為決策分析提供良好的數(shù)據(jù)支撐。

(3)安全措施需要完善提高，工程信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)上信息類型繁多，主要涉及水量、安全、視頻、工情、閥門的控制信息等。上述信息均為普通信息，不涉及涉密信息。計算機網(wǎng)絡(luò)一旦遭到破壞，業(yè)務(wù)信息安全和系統(tǒng)服務(wù)安全被侵害的客體為整體縣域內(nèi)城鄉(xiāng)供水所涉及的工程及基礎(chǔ)設(shè)施，遭到破壞時業(yè)務(wù)將不能開展，使得職能無法得到行使，城鄉(xiāng)居民將無法保質(zhì)保量的用水。根據(jù)國家等級保護相關(guān)要求，按照：緊密貼合實際；參考并符合政策法規(guī)；統(tǒng)一規(guī)劃分步實施；分層保護綜合防范；需求、風(fēng)險代價平衡；動態(tài)發(fā)展和可擴展

的原則開展廣河縣城鄉(xiāng)供水信息化安全體系建設(shè)。

(4)優(yōu)化用水管理，根據(jù)實際需求一方面要保證水量的計劃調(diào)度、合理調(diào)度，另一方面要強化當(dāng)?shù)厮Y源的調(diào)節(jié)補充，規(guī)范外調(diào)水、當(dāng)?shù)厮恼{(diào)度及管理制度。堅持“水權(quán)集中，分級管理”的原則，設(shè)立專管機構(gòu)負(fù)責(zé)管理。根據(jù)用水需求，通過建立綜合管理自動化系統(tǒng)進行調(diào)度及運用。積極推廣和使用節(jié)水技術(shù)、產(chǎn)品和設(shè)備，實行計劃用水和節(jié)約用水。

5 結(jié)語

水利信息化是水里現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)，既是國民經(jīng)濟和社會信息化建設(shè)的大勢所趨也是水利事業(yè)自身發(fā)展的迫切需要。城鄉(xiāng)供水信息化建設(shè)是保障水利事業(yè)與國民經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng)的主要途徑。廣河縣城鄉(xiāng)供水提質(zhì)增效信息化建設(shè)，使廣河縣城鄉(xiāng)供水保障水平與鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略有效銜接，順應(yīng)城鄉(xiāng)廣大人民群眾對美好生活的向往[16]，對進一步提升廣河縣城鄉(xiāng)供水保障率、水質(zhì)達標(biāo)率、促進生態(tài)文明建設(shè)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略起到重要作用。