廣河縣城鄉供水信息化建設研究

楊學濤，許 健

(甘肅農業大學 水利水電工程學院，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業林業水利工程。2019年全國水利工作會議對水利行業做出了要好智慧水利頂層設計，構建安全實用、智慧高效的水利信息大系統的指示[1]。2021年6月28日，在水利部召開的“三對標、一規劃”專項行動總結大會上李國英部長指出要推動智慧水利建設[2]。2021年1月水利部等九大部門共同印發《關于做好農村供水保障工作的的指導意見》指出：“到2025年，全國農村自來水普及率達到88%，農村供水工程布局將更加優化，運行管理機制將不斷完善，工程運行管理水平將不斷提升，水質達標率將不斷提高。到2035年我國將基本實現農村供水現代化”[3]。2023年7月24日水利部印發通知2030年底前100人以上的農村集中供水工程全面實現標準化。積極推進數字孿生農村供水工程建設，提高城鄉供水工程的數字化、網絡化、智能化水平。這一系列政策的發布，凸顯了水利工程信息化建設的重要性和迫切性。開展水利工程信息化建設，是構建數字化、網絡化、智能化水網工程的基礎，是實現水利行業現代化的重要抓手，是推進新時代水利高質量發展的重要舉措。廣河縣城鄉供水提質增效信息化建設恰逢其時，信息化與城鄉供水管理融合，提升廣河縣城鄉供水管理水平和服務質量，提升供水保證率和水質達標率。

1 廣河縣城鄉供水信息化現狀

廣河縣多年來一直重視全縣城鄉供水工程的建設，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農村、廣河縣買家巷鎮農村飲水安全工程、廣河縣中南部農村飲水安全工程和廣河縣北部農村飲水安全等四處農村飲水安全工程并并網至廣河縣中南部農村安全飲水工程。第二階段2018年施了臨夏州和廣兩縣城鄉供水水源保障工程、農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供水智能化水表改造及管理平臺建設工程。

(1)水源地現狀。目前廣河縣基本形成了以和政縣松鳴鎮小峽小牛圈溝、松鳴鎮吊灘村在建的和廣兩縣供水工程調蓄水池為兩大水源地，在水源地只建設了視頻監控系統無水質監測設備，引水樞紐閘門啟閉設施為螺桿式啟閉機，無自控設施。

(2)水廠現狀。主要是風轉磨水廠、鞏固提升工程水廠聯合運行的城鄉一體化供水體系，設計日供水量3.3萬m3，年供水量1200萬m3，建有水質檢測中心、中控室、清水池、制水車間、加藥間等制水、供水、加藥設備。目前，整個水廠系統運行基本正常。

(3)高位水池現狀。全縣現有大小蓄水池223座，總容積43640m3。目前，各蓄水池運行基本穩定，供水正常。

(4)管網現狀。配水管網沒有任何智能檢測設備，管道老化；堵塞嚴重。閥門井等附屬建筑物年久失修有破損漏水現象。沒有設置遠程控制閥門。

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

(6)通信網絡現狀。目前，廣河縣在各管理站配置了20M VPN光纖數據專線，在指揮中心配置了300M VPN光纖數據專線，本次經過復核網絡配置能夠滿足本次建設項目的需要

2 信息化需求分析

隨著廣河縣社會經濟的發展，縣域內城鄉供水工程運行難度逐步極大。水利信息化保障程度低，自動化管理設施水平不高，水利信息化建設不夠的問題逐步凸顯，信息化管理急缺。

2.1 用戶需求分析

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

2.2 功能需求分析

系統總體功能框架如圖1所示。

圖1 系統總體功能框架圖

(1)準確、全面的信息支撐，信息是管理的基礎，全縣城鄉人飲供水工程管理需要及時、全面、準確的信息支撐。及建設城鄉供水信息化系統的目的就是為了實現全域供水管網、泵站、蓄水池的水位、壓力、流量、閥門狀態等數據信息進行實時全面的掌控。

(2)高效、穩定的管理支撐，建成的信息化管理系統為各級管理單位提供高效的業務管理支撐，保證各級管理單位對自己所轄范圍的各監控點實現實時有效的管理，同時各類業務數據在物理上集中存放、在邏輯上相互獨立。

(3)快速、靈活的應急支撐，面對干旱災害、水污染事故的發生，監管平臺必須建立反應敏捷、啟動及時的應急機制。如果出現問題，要能夠在最短的時間內發現問題并作出有效的措施，顯著提升應對重大突發性事件的能力[9]。

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

2.3 數據需求分析

(1)數據之間的通訊需求，各測站監測到信息的需要安全可靠的網絡傳遞。根據各個測站測點的通訊要求及現場實際情況調研，經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域形成一個安全可靠且高效的通訊網絡系統，以保證數據傳輸的的速度和安全。

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

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

(4)數據整合的需求，對各個測站測點采集到的雨量、水位、水質、水壓等數據，以及泵站、閥門等設施的工作狀態、用電量、能耗、工作時長等數據，與關鍵節點的視頻監控信息，進行統一的收集、傳輸、處理和分析集中整合，根據不同的服務對象提供不同的信息服務，為實現不同部門、不同業務的管理工作奠定基礎[10]。

2.4 性能需求分析

城鄉供水信息化工程是民生工程一旦信息化系統出現故障整個區域內的供水就會出現問題對全縣居民的生產生活有極大影響這就要求系統軟硬件整體及其功能模塊具有高穩定性，在長時間運行的情況下不會出現死機等故障問題，更不能出現系統崩潰和數據丟失的現象[9]。系統數據的維護、查詢、分析、及計算都要求正確性和準確性及確保數據的安全和完整性。這就要求系統具有高可靠性。在日常運行過程中相關操作人員不可避免的會出現一些錯誤的操作，為了能夠正常運行要求系統要對使用人員不規范不正確可能導致系統錯誤的違規操作能夠預警或給予正確的操作提示。這就要求系統要具有容錯和自適應性。系統工作時需要同時處理多個數據或進行其它多項工作這就使得系統要具備同時處理多個任務的能力即系統的并發性。為了數據安全，確保數據的保密性和權限控制避免數據泄露；信息被竊取等安全問題，系統要具有高安全性。為了便于系統的升級，應制定相關方案，預留相應的接口保證系統能夠在需要時快速擴展存儲容量和功能，要求系統有高的可擴展性。系統涉及的數據類型眾多，從數據采集、錄入、上報、檢驗、維護到入庫，經過多個環節，要保證每一個環節數據的精度。要求系統數據的精確性。系統要能夠支持多種數據格式、操作方式、運行環境、編程語言方便數據交換和分析[9]，要求系統具有開放性。

3 存在的問題

3.1 水源地存在的問題

由于水源地無水質監測設備，在下雨期間，洪水導致原水濁度增高，泥沙堵塞原水池，水量急劇減少導致下游時常缺水，水量隨季節變化明顯，特別是在枯水期來水嚴重偏小制約全縣供水，水源地遠程自動化程度不高，預警操作滯后。

3.2 水廠存在的問題

預處理池排泥管閘閥損壞無法排泥，絮凝劑加藥設備陳舊老化、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備、電器電路老化，反沖洗設備故障，自動化監控系統嚴重陳舊老化，穩定性差，無法有效操控監視；水質檢測中心部分設備更新不及時，微生物室不達標，專業檢測人員不足

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、損壞嚴重，無法進行有效操控；部分蓄水池漏損嚴重，導致個別村社在高峰用水時段時出現供水不足的現象，未設置液位計、電動控制閥、水表、壓力傳感器等自動化測控設備，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 輸水管網存在的問題

管網分水口部分村級配水管網管道老化、堵塞嚴重，有些存在配水管壓力過高，未做減壓措施，爆管現象時有發生，影響居民正常供水。同時配水管網無任何智能監測設備，對出現的跑冒滴漏及爆管情況無法及時得到信息，導致大量水資源浪費，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、漏水現象，且常年未進行開閉，出現打開后無法關閉，關閉后無法打開的情況，無法滿足正常操控管理需求。未設置遠程控制閥門，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，抄表及收費系統由廠家提供，導致不同區域間無法進行統一的計量收費管理。受群眾歷史用水習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、泵站等數據通過自動化監控系統采集，但是在運行管理上，這些數據只是發揮了單一功能，并沒有在管理者的運營決策中發揮更大的作用。

4 建設方案及建議

4.1 建設方案

根據廣河縣城鄉供水的現狀及問題分析[12]，以現有水廠、泵站、末端用戶計量信息化基礎設施為基礎，新增蓄水池液位感知、進出水口量測控制、干分支及村口管網分水口量測控制硬件設備，水源地水質監測設備。建設廣河縣城鄉供水數據中心及視頻會商中心；各片區分控中心改造提升；遵循“總體規劃、分步實施，統一開發、集中部署，整合資源、共享利用，統一標準、統一架構”的基本原則[14]，建立廣河縣城鄉供水綜合管理平臺，如圖2所示。

圖2 系統架構圖

總體按“1+M”模式進行設計，即1個總平臺，M個業務應用系統，主要包括：數據管理技術支撐、應用管理技術支撐、信息采集交互、供水工程GIS一張圖、供水調度管理、營業收費管理、漏損分析、巡檢養護管理、用戶服務管理及視頻監控綜合管理等子系統[15]，并與已建水廠、泵站、末端用戶計量等工程信息化系統集成，初步形成與縣域城鄉供水運行調度管理相配套的集信息感知采集、自動化監控、通信網絡、數據資源、應用支撐、業務應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，采用進行統一的抄表及營收系統建設。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，保證城鄉供水工程形成良性的運行生態，確保供水工程長效運行。

(2)加強數據融合，對水廠、泵站、管網、蓄水池、管網分水口及末端用戶進行統一管理，對各項運行數據進行科學的統計、分析、計算，使供水管理單位獲得管理所需的各種統計報表、趨勢分析和對比預測等信息，實現對城鄉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據支撐。

(3)安全措施需要完善提高，工程信息網絡結構復雜，網上信息類型繁多，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。計算機網絡一旦遭到破壞，業務信息安全和系統服務安全被侵害的客體為整體縣域內城鄉供水所涉及的工程及基礎設施，遭到破壞時業務將不能開展，使得職能無法得到行使，城鄉居民將無法保質保量的用水。根據國家等級保護相關要求，按照：緊密貼合實際；參考并符合政策法規；統一規劃分步實施；分層保護綜合防范；需求、風險代價平衡；動態發展和可擴展

的原則開展廣河縣城鄉供水信息化安全體系建設。

(4)優化用水管理，根據實際需求一方面要保證水量的計劃調度、合理調度，另一方面要強化當地水資源的調節補充，規范外調水、當地水的調度及管理制度。堅持“水權集中，分級管理”的原則，設立專管機構負責管理。根據用水需求，通過建立綜合管理自動化系統進行調度及運用。積極推廣和使用節水技術、產品和設備，實行計劃用水和節約用水。

5 結語

水利信息化是水里現代化的重要體現，既是國民經濟和社會信息化建設的大勢所趨也是水利事業自身發展的迫切需要。城鄉供水信息化建設是保障水利事業與國民經濟發展相適應的主要途徑。廣河縣城鄉供水提質增效信息化建設，使廣河縣城鄉供水保障水平與鄉村振興戰略有效銜接，順應城鄉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供水保障率、水質達標率、促進生態文明建設和鄉村振興戰略起到重要作用。