摘要：

為推進(jìn)供水系統(tǒng)的水資源優(yōu)化配置，提高水利工程的有效運行管理，響應(yīng)國家新階段水利信息化的變革發(fā)展，以銀川都市圈中線供水工程為例，介紹了該供水工程綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)情況：銀川都市圈中線供水工程的自動化系統(tǒng)的植入，使得調(diào)度中心可根據(jù)工程需水量以及各泵站機組的不同情況靈活下達(dá)調(diào)度指令，實現(xiàn)水資源合理調(diào)度、充分利用以及節(jié)約用水，以此提高工程供水質(zhì)量、降低供水成本。該工程自動化系統(tǒng)的建設(shè)對寧夏地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定至關(guān)重要，可為水利工程建設(shè)運行、管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：

供水工程； 水利工程； 自動化系統(tǒng)； 銀川都市圈

中圖法分類號：TV212

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2025.03.012

文章編號：1006-0081（2025）03-0071-05

收稿日期：

2024-03-22

作者簡介：

閆" 鵬，男，工程師，主要從事水利水電工程規(guī)劃設(shè)計等相關(guān)工作。E-mail：568929299@qq.com

引用格式：

閆鵬.銀川都市圈中線供水工程綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

［J］.水利水電快報，2025，46（3）：71-75.

0" 引" 言

隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程加快以及人口的不斷增加，近年來，以銀川市為中心的銀川都市圈水資源供需矛盾愈加尖銳，水安全等問題日益突出。基于此，銀川市圍繞該地區(qū)建設(shè)了一系列的水利工程，但部分存在信息化水平不高、信息化基礎(chǔ)設(shè)施不足等問題，亟待進(jìn)一步優(yōu)化革新［1-4］。

面對水利工程運行管理等方面的復(fù)雜問題，張盼［5］認(rèn)為完善的水利工程與信息化體系，將成為興修水利、抗災(zāi)減害的關(guān)鍵保障。信息化應(yīng)用方面，余健［6］將信息化技術(shù)應(yīng)用在了小型農(nóng)田水利工程建設(shè)和管理中，以求改變小型農(nóng)田水利建設(shè)和管理現(xiàn)象，研究表明在應(yīng)用信息化技術(shù)后，小型農(nóng)田水利工程具有更好的效益；祿慧麗［7］對工程地區(qū)的水源、水廠、輸配水管網(wǎng)、村級計量等設(shè)施進(jìn)行自動化及信息化建設(shè)，實現(xiàn)了對水資源的實時監(jiān)測、調(diào)度和管理以及決策智能化的目標(biāo)。

本文以銀川都市圈中線供水工程為例，介紹了該工程綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容與設(shè)計方法，以期為其他水利工程的自動化系統(tǒng)建設(shè)提供借鑒。

1" 工程概況

項目區(qū)位于寧夏引黃灌區(qū)銀川平原東北角，海拔高程1 100～1 260 m，沿黃河?xùn)|岸展布，為形似“春蠶”的狹長地帶，西至黃河邊、東至寧蒙邊界、北至都思兔河、南至銀川市寶豐生態(tài)牧場，東西方向?qū)?.0～3.8 km，南北方向長95 km，是寧夏北部黃河?xùn)|岸以揚水站為單元自成灌排體系的一個獨立灌區(qū)。灌區(qū)地形分為鄂爾多斯臺地、黃河沖積平原和河灘區(qū)三大地貌單元，黃河沖積平原地勢平坦，地面坡降大致與黃河垂直。項目區(qū)修建了黃沙古渡泵站等若干骨干工程，重力流輸水管線及蓄水池流量調(diào)節(jié)閥井等配水和連通工程。

2" 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

為了后期更好運行與維護(hù)銀川都市圈中線供水工程，項目遵循《寧夏水聯(lián)網(wǎng)數(shù)字治水總體方案》和《寧夏智慧水利“十三五”規(guī)劃》的要求，針對黃沙古渡泵站、供水管道等若干工程進(jìn)行自動化監(jiān)控系統(tǒng)植入與視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，實時自動化監(jiān)控，為工程管理提供一個可視化管理平臺。項目還統(tǒng)籌業(yè)務(wù)需求，推進(jìn)行業(yè)、區(qū)域、業(yè)務(wù)、部門、系統(tǒng)等之間的融合，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)、應(yīng)用服務(wù)支持下的多元化業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，以實現(xiàn)資源共享、業(yè)務(wù)協(xié)同等目標(biāo)。

此外，灌區(qū)依托自治區(qū)電子政務(wù)外網(wǎng)，采取“公網(wǎng)租用+自建”相結(jié)合的模式，構(gòu)建工程項目區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為工程沿線自動化監(jiān)測、監(jiān)視和監(jiān)控信息以及業(yè)務(wù)管理等信息的實時傳輸提供保障。同時，項目利用應(yīng)用管理系統(tǒng)為工程管理機構(gòu)的各級人員提供一個業(yè)務(wù)應(yīng)用管理平臺，以實現(xiàn)工程全線、輸配水過程的信息化、自動化、智能化等管理目標(biāo)。

3" 系統(tǒng)設(shè)計

銀川都市圈中線供水工程綜合自動化系統(tǒng)總體建設(shè)框架分為應(yīng)用系統(tǒng)、應(yīng)用支撐平臺、數(shù)據(jù)資源管理平臺、信息采集監(jiān)控系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)6個部分。其中應(yīng)用系統(tǒng)主要由基于BIM的全壽命周期系統(tǒng)與供水平衡模型、全灌區(qū)區(qū)域調(diào)度模型組成；數(shù)據(jù)資源管理平臺包括綜合數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及異地災(zāi)備系統(tǒng)；通信系統(tǒng)包括行政電話與語音調(diào)度系統(tǒng)、通信光傳輸系統(tǒng)、水慧通平臺、自治區(qū)政務(wù)網(wǎng)、通信電源系統(tǒng)、Internet互聯(lián)網(wǎng)和5G專網(wǎng)水利專網(wǎng)。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

4" 關(guān)鍵技術(shù)研究

根據(jù)銀川都市圈中線供水工程防洪調(diào)度以及后期安全運營監(jiān)測等的建設(shè)要求，工程采用了智能聯(lián)動技術(shù)、供水平衡模型技術(shù)、全灌區(qū)域調(diào)度模型等對工程進(jìn)行自動化建設(shè)。

4.1" 智能聯(lián)動技術(shù)

通過智能聯(lián)動技術(shù)對供水工程進(jìn)行植入，根據(jù)報警輸入的屬性預(yù)設(shè)多種報警事件，系統(tǒng)可針對事件設(shè)置不同的聯(lián)動方案，同時調(diào)用整個安防平臺的多數(shù)資源進(jìn)行響應(yīng)。

（1） 越線檢測。智能視頻服務(wù)器可有效利用視頻分析技術(shù)代替常規(guī)檢測和報警手段，在服務(wù)器上設(shè)置一條或多條虛擬線，設(shè)定越線方向后，任何符合該規(guī)則的越線行為均可被檢測到并激發(fā)實時報警。在泵站采用越界檢測智能算法，可實現(xiàn)人員翻墻進(jìn)出等行為的智能管控并實時報警，保障人員安全。

（2） 徘徊檢測。智能監(jiān)控服務(wù)器若檢測到目標(biāo)在設(shè)定區(qū)域內(nèi)徘徊/滯留超過設(shè)定的時間則立即報警，徘徊/滯留的判別不受人員在警戒區(qū)內(nèi)的行為影響，如動靜坐臥等。

（3） 入侵檢測。智能視頻服務(wù)器針對預(yù)定區(qū)域進(jìn)行檢測，可設(shè)定警戒區(qū)域（區(qū)域大小、出入方向均可設(shè)）多個防區(qū)，每個防區(qū)可分別設(shè)置檢測規(guī)則，并可以多防區(qū)同時進(jìn)行檢測和跟蹤，智能視頻服務(wù)器可檢測各種形狀的物體如：人、動物、物品、包裹等?？蛇x擇

“進(jìn)入禁區(qū)檢測、離開禁區(qū)檢測、邊界進(jìn)入禁區(qū)檢測、邊界離開禁區(qū)檢測、在區(qū)域中出現(xiàn)檢測、從區(qū)域中消失檢測”中的一種檢測項目進(jìn)行實時監(jiān)測，若非法目標(biāo)出入該區(qū)域，服務(wù)器可立即檢測識別并實時報警。

（4） 警戒攝像機。攝像機對固定區(qū)域進(jìn)行視頻移動偵測，如果有人異常闖入，前端會通過白燈閃爍、語音提示、激光跟蹤對入侵者進(jìn)行警示震懾。通過接入專業(yè)智能警戒球機，實現(xiàn)周界防范事件偵測功能，并可在平臺上對其進(jìn)行配置、接收報警等操作，在事件中心模塊對該報警配置聯(lián)動動作。

4.2" 供水平衡模型技術(shù)

區(qū)域的供需水平衡需根據(jù)一定的雨情、水情、旱情來進(jìn)行多因素分析計算。基于銀川都市圈的干旱災(zāi)害風(fēng)險普查成果，結(jié)合氣象、水文干旱預(yù)警等，利用目前已有的干旱監(jiān)測體系成果，進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a充調(diào)查和補充監(jiān)測。此外，為了進(jìn)一步科學(xué)合理地衡量銀川都市圈中線供水工程供水系統(tǒng)的漏損水平，該項目結(jié)合國際水協(xié)所建立的供水平衡模型和供水服務(wù)性能指標(biāo)系統(tǒng)，對供水系統(tǒng)的水量組成進(jìn)行了分類，并通過供水平衡模型對漏損量分析和計算。其區(qū)域供水虧缺指數(shù)計算公式和供水平衡模型分別如下：

θ=∑W供+∑Q來-∑Q需/∑W需=∑ΔW/∑W需（1）

ΔW=W供+Q來-Z損失-W需（2）

式中：θ為供水缺陷指數(shù)；∑W供為區(qū)域所有供水工程計算初始日的可供水量；∑Q來，∑Q需分別為區(qū)域所有供水工程未來的來水量和需水量；∑W需為區(qū)域內(nèi)生態(tài)、人飲、灌溉、工業(yè)等總需水量；ΔW為水庫剩余可供水量；W供為計算初始日的可供水量；Q來為未來7 d或15 d的來水量；Z損失為水庫損失水量，包含水面蒸發(fā)、滲漏損失量及其他損失量；W需為水庫服務(wù)對象需水量。

4.3" 全灌區(qū)域調(diào)度模型技術(shù)

針對銀川都市圈中線供水工程的揚水灌區(qū)水資源緊缺、供水揚程高、不同灌溉方式并存、供水調(diào)配困難、運行成本高等問題，該項目建立了全灌區(qū)域調(diào)度模型。調(diào)度模型依托系統(tǒng)的自動化支撐平臺，采用數(shù)據(jù)緊密、應(yīng)用分散等集成方式，以系統(tǒng)的自動化數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用信息交換服務(wù)獲取支撐模型運行的基礎(chǔ)和監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)設(shè)置模擬方案的各種參數(shù)，并調(diào)用相關(guān)模型，模型在后臺運行結(jié)束后將模型結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫。

以銀川都市圈中線供水工程水資源調(diào)度模型為例，全灌區(qū)域調(diào)度模型是對銀川地區(qū)的社會經(jīng)濟、水文、氣象、水資源等因子及其相互關(guān)系進(jìn)行概化。該模型以各層缺水量平方和最小和運行功耗最小為目標(biāo)，考慮不同灌溉時段的影響，以進(jìn)行單個泵站控制區(qū)內(nèi)各時段輸蓄水量分配優(yōu)化各時段田間蓄水池供水量和提水量。然后，模型以供水量作為協(xié)調(diào)變量，依據(jù)大系統(tǒng)分解-協(xié)調(diào)原理進(jìn)行求解，最終解決不同層次之間水量調(diào)配和主體利益的協(xié)調(diào)問題，進(jìn)而提出供水、防洪和發(fā)電等調(diào)度的建議方案，以促進(jìn)全灌區(qū)域水資源的有效使用，使其發(fā)揮更大的社會和經(jīng)濟效益。

5" 建設(shè)成效

通過使用銀川都市圈中線供水工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)，水庫地域管理困難、檢測監(jiān)控功能不足、運行管理手段落后、調(diào)度管理體系不完善等均得到了改善。

通過視頻監(jiān)控技術(shù)，工程可實現(xiàn)灌區(qū)自動化采集檢測數(shù)據(jù)，完善了工程安全檢測感知體系能力，可使工作人員更加靈活監(jiān)視和控制整個輸水過程中的機組、閥門、開關(guān)柜、閘門、水質(zhì)在線監(jiān)測設(shè)備等，以實現(xiàn)整個輸水系統(tǒng)的流量平衡及經(jīng)濟運行。其視頻監(jiān)控平臺系統(tǒng)如圖2所示。智能聯(lián)動技術(shù)的應(yīng)用，可實現(xiàn)多種內(nèi)部聯(lián)動，包括彈圖、聲音聯(lián)動、啟用對講、字符疊加、錄像聯(lián)動、云鏡聯(lián)動、報警輸出聯(lián)動、短信聯(lián)動、郵件聯(lián)動、電子地圖聯(lián)動、抓圖等；接收到報警后可聯(lián)動關(guān)聯(lián)監(jiān)控點視頻在客戶端與大屏上顯示，快速啟動語音對講功能，實現(xiàn)跟前端報警場所的語音通話；支持警情優(yōu)先級別，同級別報警排隊顯示；支持統(tǒng)計、查詢和打印報警信息，可通過報警事件檢索錄像；支持多種智能分析報警接入，如穿越警戒面、區(qū)域入侵、人員聚集、徘徊、物品遺留等功能。

通過供水平衡模型技術(shù)與全區(qū)域調(diào)度模型技術(shù)的實施，工程灌區(qū)水量調(diào)度系統(tǒng)可通過GIS（地理信息系統(tǒng)）平臺，把供用水平衡模型生成的實時水量供需數(shù)據(jù)和工程建筑數(shù)據(jù)參數(shù)結(jié)合起來，通過調(diào)度控制指令進(jìn)行閘門開度操作［8］。系統(tǒng)采用Client/Server（客戶端/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端部署數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用于存儲空間數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)等，提供數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)維護(hù)及并發(fā)控制等服務(wù)，水量調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程如圖3所示。

BIM模型相較于傳統(tǒng)三維模型的優(yōu)勢在于其強大的數(shù)據(jù)包容和信息整合能力，BIM模型不僅可以精確表達(dá)可視化的三維幾何信息，還能夠容納和處理工程中的非幾何信息，實現(xiàn)對工程項目的數(shù)字化重鑄。在

都市圈中線供水工程中，定制BIM+GIS三維可視化平臺應(yīng)用管理系統(tǒng)，系統(tǒng)定制內(nèi)容如下：

通過BIM+GIS三維可視化平臺，用戶可以通過對模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移、縮放，更直觀方便查看銀川都市圈中線供水工程某處的運行情況。此外，BIM技術(shù)可充分發(fā)揮出強大的數(shù)字模擬、信息共享、數(shù)字測繪等功能。

6" 結(jié)" 語

綜合自動化系統(tǒng)作為一種新興的信息化工具，實現(xiàn)了信息技術(shù)與物理工程的精準(zhǔn)映射和同步檢測，大幅度提升銀川都市圈中線生態(tài)灌區(qū)的工程管理水平與項目安全性，成功解決了該灌區(qū)管理困難、檢測監(jiān)控功能不足、運維管理復(fù)雜等問題。為后續(xù)水利工程行業(yè)的信息化建設(shè)提供了借鑒，值得在水利行業(yè)推廣應(yīng)用。

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（

編輯：李" 晗

）

Design and application of integrated automation system for Middle Line Water Supply Project in Yinchuan Metropolitan Area

YAN Peng

（Ningxia Water Conservancy and Hydropower Surveying and Design Research Institute Co.，Ltd.，Yinchuan 750000，China）

Abstract： To promote the optimized allocation of water resources in the water supply system，improve the effective operation and management of water conservancy projects，and respond to the transformation and development of water conservancy informatization in the new stage of the country，we took Yinchuan Urban Circle Middle Line Water Supply Project as a case study to carry out the construction of a comprehensive automation system.The results showed that the integration of the automation system in the central line water supply project of the Yinchuan metropolitan area allowed the dispatch center to flexibly issue dispatch instructions based on the water demand of the project and the different situations of each pump station unit，achieving reasonable scheduling，full utilization，and water conservation of water resources，thereby improving the quality of water supply，reducing water supply costs，and ultimately achieving the goal of sustainable development.The construction of the automation system for this project is crucial for the economic development and social stability of Ningxia area，and can also provide a reference for the operation and management of water conservancy engineering construction.

Key words：

water supply engineering； water conservancy engineering； automation system； Yinchuan Metropolitan Area