浅谈城市智慧水务建设存在的问题及改进措施

任运业

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：随着城市化进程的推进，城市水资源管理逐漸提高。智慧城市建设已成为现代化城市建设的重要部分。智慧水务建设具有水资源调整功能，可以帮助水资源管理及时采取纠正措施，避免灾害的发生。文章针对城市智慧水务建设中的问题，提出了改进措施作为参考。

关键词：城市；智慧水务建设

水利工程是经济发展的基础支撑，加强智慧水务建设，是智慧社会的重要部分，是新时代节水发展的更高阶段，是实施节水业务需求的重要抓手。引导智慧水务建设，是推进水务治理体系和治理能力的客观要求。以智能应用为重点，形成特色的智慧水务系统。

1 智慧水务概念

智慧水务是利用传感器和电子标签等技术，打造涵盖信息和时空尺度的信息感知网络。建立水环境生态水监测系统，检测水资源、河流、湖泊和污水。建立水资源监测能力，实现源水供应、水厂供应、二次供水、城市生态供水和农田灌溉用水的全自动监测。建立覆盖全区的监测系统，对河流、泵站、水坝、堤防和易发洪水点的水情进行全自动监测。智慧水务的监测系统支持各种监控数据传输，并执行物联网业务网络、移动无线和运营网络的物联网网络。利用云计算和虚拟化新技术，构建集水信息采集、存储、分析和数据挖掘于一体的大数据中心，将水利水务工程基础信息、视频监控集成到数据中心，与气象、国土资源和应急管理等部门进行信息共享，基于虚拟扩展模型可以分析供应、排放、污染和灾害等。以水管理联动为模型进行实时监测、未来预测、综合控制、资源调度和水环境改善的协同调控。

2 智慧水务建设要求和支撑

　　智慧水务对于推进生态文明建设具有重要的意义。在当前水资源和生态水环境的严峻形势下，需要持续贯彻新管理理念，推进生态水文明建设，推进工业化、现代化的变革。建立水资源综合治理体系，实现从源头管控、多层级和多部门治理。全面提升技术开发水资源综合管理能力，应对新形势下水资源发展面临的新挑战。

　　近年来，水环境信息学的发展，对防洪抗旱、水资源管理工作有着重要意义。智慧水务建设可以提高水务部门、大型灌区和自来水公司等基层管理的信息化水平，整合信息资源，提升水资源管理效率和水平，并为传统工程向现代工程转变奠定良好的基础。传统的防洪方法是加大雨水排水系统管径，为了在大雨或长时间降雨的情况下增加水系统的承载能力。但工程措施成本髙、施工时间长，使得城市内涝问题难以在短期内得到改善。从管理的角度来看，在智能化发展理念下，水务管理发生了创新变革，经济效益和管理效率有所提升。同时，智慧水务的发展将更好地促进城市管理工作并带动经济发展。推进传统水务管理模式的变革升级，推动传统水务管理模式向智慧模式转变，能够准确地反映水务行业的生产、经营和服务，实现从宏观管理逐渐向微观管理的覆盖。通过智能模拟和智能控制等功能，为水务管理提供科学决策支持。通过平台联通和数据交换，加强了相关水务管理部门之间的协作，提高了水务管理工作效率和质量。在水利工程系统中实现透明化和公共服务的相关性。智慧水务系统内置互动平台，通过在终端设备上共享水务信息，让公众可以查看和了解水务运行状态，提高社会公众的参与度。提供在线业务处理和信息咨询等服务，以提高服务质量和公众满意度。智慧水务建设可以为智慧城市管理和决策提供准确的信息，给排水用户的数据能够真实反映生活和生产状况，以及城市发展状况。给排水信息与大数据对接，可快速分析信息，支持城市内部功能结构调整和城市规划建设管理。同时，智慧水务建设发展需要与给排水技术与信息技术的融合，创造巨大的潜在市场。

3 智慧水务建设的措施

3.1制定科学的评价指标

智慧水务是否智慧取决于实践和数据，水资源管理人员必须根据实际情况，制定合理智能的水资源分类指标体系。根据水务管理，要以产业经济、基础设施和支撑保障作为水务建设智能化评价指标，做好智慧水务建设规划，合理的调整建设和管理方案。推广一些行之有效的管理措施，调整系统建设方向，为智慧城市的建设做出必要的贡献。通过大数据分析，对前端监控问题进行计算分析，得出分析结果。考虑构建多模型管理体系和对于未来开发的集成化服务，为未来智慧水务建设开发中的新模型提供统一的管理服务，避免新模型消耗大量的工作量。分析结果可应用于预警指标系统，提供预警参数的配置，对于超过阈值的信息将通过监控预警进行告警，确保最终的跟踪信息也可以统一显示。在预报预警计算过程中，需要不断更新系统收集监测信息和水系要素等反馈信息，并结合水文气象预报信息确保预警系统的不断优化分析结果。

3.2加强智慧水务信息规划

　　加强水务信息智能化规划，对各系统进行更新，对系统中的子系统进行整体更新。由于不同部门的相关水务信息难以整合，这使得系统的管理变得困难。因此,在水务部门的系统中应加入信息传输功能，以便在信息采集中形成统一的采集形式。针对不同的信息，水务管理系统应具有统一收集管理和统计分析的功能。

3.3提高数据预测的准确性

　　提高智慧水务建设系统数据的准确性，首先要从数据采集入手，采集降水、气候和用水数据，利用大数据对用水进行分析。居民用水根据城市的不同模式、需求和废水排放等，了解不合理利用水资源而引起的环境问题，制定正确的补救措施，利用智能系统数据预测城市洪涝高峰期，并让相关部门进行预警。以便相关智慧水务管理部门提前准备，最da程度地利用水资源和降雨，实现更有效的水管理。

3.4构建物联网下的智慧水务系统

　　互联网的应用和发展也是物联网产生的过程，物联网的概念不仅仅指网络系统，还包括特定的业务工作流和应用程序，是一种结合云计算、大数据、通信和传感器技术来解决物与人交互的方式。可有效的实现物与物、物与人之间的远程管理系统。智慧水务的应用是将传感器检测到的数据通过网络传输到应用系统，实时监控各种水务的运行状态，将水务管理部门与供水、排水设施有效的互通，形成智慧水务物联网。基于物联网的综合信息管理平台，采用模拟模型形成智能管理系统，包括供水监测、防洪、废水处理、数据采集和自动分析功能。智能水生产和运营集成GIS定位、视频监控、数据分析和自动化服务管理系统等。数据分析处理以物联网技术为核心与其他系统相连，消除了传统水务无法共享资源的管理弊端，同时也消除了各领域单边决策的弊端。因此 ，智慧水务建设，使水务系统决策更加精细化，有效的提高了水资源的利用率。

3.5物联网智慧水云平台的搭建

智慧水务中设备的多样性及网络环境的复杂性，意味着物联网搭建的平台将面临诸多问题。通过智慧水务数据采集系统，在云计算平台上采集数据，根据应用筛选有用信息并进行科学处理，优化整个智慧水务建设管理和服务流程。在此基础上构建的云平台可分为服务层、网络层、平台层和感知层。主要进行数据访问，将采集到的数据发布到互联网上。管理员可共享数据应用程序，以此来对各种智慧水务建设设施进行远程控制，并实时的做到数据传输、存储和处理，将复杂数据传输存储后，通过需求进行分析，过滤有用数据和消息，提取的数据可以实时发送到不同的终端设备。同时，跨平台的数据管理可以向多个管理部门显示，支持多级预警，以此来达到防旱防洪和实时监测降雨和水位的目的等，并且对于城市干旱和洪水至关重要。建立云平台资源，完善防汛抗旱体系和水资源管理，合理开发保护水生环境。将城市的水务工作都集成到一个平台上，将数据移出传统的孤岛，相关管理部门之间可以形成统一的决策，减少智慧水务管理工作的重复性,提髙智慧水务管理的效率。

4 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

4.1平台概述

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，监测主要用能设备能效，保护污水厂运行可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

4.2平台组成

AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。

4.3平台拓扑图

4.4平台子系统

4.4.1变电站综合自动化系统及电力监控

对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。

监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

4.4.2电能质量监测与治理

水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。

4.4.3电动机管理

马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

4.4.4能耗管理

为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能的目的。

4.4.6电气安全

①电气火灾监测：监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。

②消防应急照明和疏散指示：根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。

③消防设备电源监测：监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

④防火门监控系统：防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。

4.4.7 环境监测

污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。

4.4.8分布式光伏监测

实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。

平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。

4.4.9工艺仿真监控

平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

5 相关平台部署硬件选型清单

6 结语

　　综上所述，在城市建设智慧水务中，按照水利部标准进行整合，统一管理数据资源，开展水文资源的信息共享。按照规范的标准进行，同时进行自动化作业，数据分析和预警预报，可有效提高智慧水务调度效率。通过大数据制定最you方案，利用已有知识对信息进行分析、比较和判断，提高洪水预报的准确性。以信息化和创新为导向，推动水利现代化发展，按照总体规划、统一标准和资源共享为指导思想，持续推进城市智慧水务建设。智慧水务是水利不断发展的产物，在城市发展和进步中发挥着重要作用。既能满足居民生活需求，又能有效减轻洪涝灾害，保障现代化城市的健康发展，促进水资源合理配置和利用，推动智慧城市建设的不断发展。

参考文献：

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[2]费琳.陕西三门峡库区智慧水务系统建设构想与经济效益分析[J].陕西水利，2021(05):252-253+258.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

作者简介：

任运业，男，安科瑞电气股份有限公司。