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)
2018年中央一號(hào)文件明確提出實(shí)施智慧農(nóng)業(yè)林業(yè)水利工程。2019年全國(guó)水利工作會(huì)議對(duì)水利行業(yè)做出了要好智慧水利頂層設(shè)計(jì),構(gòu)建安全實(shí)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(kāi)的“三對(duì)標(biāo)、一規(guī)劃”專項(xiàng)行動(dòng)總結(jié)大會(huì)上李國(guó)英部長(zhǎng)指出要推動(dòng)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(jiàn)》指出:“到2025年,全國(guó)農(nóng)村自來(lái)水普及率達(dá)到88%,農(nóng)村供水工程布局將更加優(yōu)化,運(yùn)行管理機(jī)制將不斷完善,工程運(yùn)行管理水平將不斷提升,水質(zhì)達(dá)標(biāo)率將不斷提高。到2035年我國(guó)將基本實(shí)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(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。積極推進(jìn)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(kāi)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(shí)現(xiàn)水利行業(yè)現(xiàn)代化的重要抓手,是推進(jìn)新時(shí)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(shí),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(dá)標(biāo)率。
廣河縣多年來(lái)一直重視全縣城鄉(xiāng)供水工程的建設(shè),自2005開(kāi)始分3個(gè)階段實(shí)施飲水安全工程項(xiàng)目,第一階段實(shí)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(shí)施了總投資4250萬(wàn)元的廣河縣城鄉(xiāng)供水智能化水表改造及管理平臺(tái)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(wú)水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備,引水樞紐閘門啟閉設(shè)施為螺桿式啟閉機(jī),無(wú)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(yùn)行的城鄉(xiāng)一體化供水體系,設(shè)計(jì)日供水量3.3萬(wàn)m3,年供水量1200萬(wàn)m3,建有水質(zhì)檢測(cè)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(gè)水廠系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行基本穩(wěn)定,供水正常。
(4)管網(wǎng)現(xiàn)狀。配水管網(wǎng)沒(méi)有任何智能檢測(cè)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(méi)有設(shè)置遠(yuǎn)程控制閥門。
(5)末端用戶計(jì)量現(xiàn)狀。目前,廣河縣人飲工程管理局正在實(shí)施《廣河縣城鄉(xiāng)供水智能化水表改造》項(xiàng)目,對(duì)52046戶進(jìn)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(jī)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(guò)復(fù)核網(wǎng)絡(luò)配置能夠滿足本次建設(shè)項(xiàng)目的需要
隨著廣河縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,縣域內(nèi)城鄉(xiāng)供水工程運(yùn)行難度逐步極大。水利信息化保障程度低,自動(dòng)化管理設(shè)施水平不高,水利信息化建設(shè)不夠的問(wèn)題逐步凸顯,信息化管理急缺。
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(jìn)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(jì)劃編制、實(shí)施調(diào)水計(jì)劃過(guò)程中的監(jiān)測(cè)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(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)人員,對(duì)系統(tǒng)定期的完善和升級(jí)工作。最后是系統(tǒng)維護(hù)用戶,主要為系統(tǒng)本身運(yùn)行維護(hù)管理的用戶,及時(shí)準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)狀況,有效處理系統(tǒng)突發(fā)問(wèn)題[8]。
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(shí)、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(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(jí)管理單位提供高效的業(yè)務(wù)管理支撐,保證各級(jí)管理單位對(duì)自己所轄范圍的各監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)有效的管理,同時(shí)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(dú)立。
(3)快速、靈活的應(yīng)急支撐,面對(duì)干旱災(zāi)害、水污染事故的發(fā)生,監(jiān)管平臺(tái)必須建立反應(yīng)敏捷、啟動(dòng)及時(shí)的應(yīng)急機(jī)制。如果出現(xiàn)問(wèn)題,要能夠在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并作出有效的措施,顯著提升應(yīng)對(duì)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(duì)縣域內(nèi)各用水戶及用水管理單位來(lái)說(shuō)都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
(1)數(shù)據(jù)之間的通訊需求,各測(cè)站監(jiān)測(cè)到信息的需要安全可靠的網(wǎng)絡(luò)傳遞。根據(jù)各個(gè)測(cè)站測(cè)點(diǎn)的通訊要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)研,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)比較選擇出一個(gè)最佳的通訊方式,連接各個(gè)站點(diǎn)使整個(gè)項(xiàng)目區(qū)域形成一個(gè)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(gè)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(fèi),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(chǔ)需求,將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,建立完整的信息庫(kù),在此基礎(chǔ)上為便于數(shù)據(jù)信息的管理和維護(hù),建設(shè)綜合管理數(shù)據(jù)中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)各個(gè)測(cè)站測(cè)點(diǎn)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(shí)長(zhǎng)等數(shù)據(jù),與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的視頻監(jiān)控信息,進(jìn)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(duì)象提供不同的信息服務(wù),為實(shí)現(xiàn)不同部門、不同業(yè)務(wù)的管理工作奠定基礎(chǔ)[10]。
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(gè)區(qū)域內(nèi)的供水就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題對(duì)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的情況下不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)等故障問(wèn)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(hù)、查詢、分析、及計(jì)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(yùn)行過(guò)程中相關(guān)操作人員不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤的操作,為了能夠正常運(yùn)行要求系統(tǒng)要對(duì)使用人員不規(guī)范不正確可能導(dǎo)致系統(tǒng)錯(cuò)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(cuò)和自適應(yīng)性。系統(tǒng)工作時(shí)需要同時(shí)處理多個(gè)數(shù)據(jù)或進(jìn)行其它多項(xiàng)工作這就使得系統(tǒng)要具備同時(shí)處理多個(gè)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(wèn)題,系統(tǒng)要具有高安全性。為了便于系統(tǒng)的升級(jí),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(shí)快速擴(kuò)展存儲(chǔ)容量和功能,要求系統(tǒng)有高的可擴(kuò)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(bào)、檢驗(yàn)、維護(hù)到入庫(kù),經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié),要保證每一個(gè)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(yùn)行環(huán)境、編程語(yǔ)言方便數(shù)據(jù)交換和分析[9],要求系統(tǒng)具有開(kāi)放性。
由于水源地?zé)o水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(shí)常缺水,水量隨季節(jié)變化明顯,特別是在枯水期來(lái)水嚴(yán)重偏小制約全縣供水,水源地遠(yuǎn)程自動(dòng)化程度不高,預(yù)警操作滯后。
預(yù)處理池排泥管閘閥損壞無(wú)法排泥,絮凝劑加藥設(shè)備陳舊老化、故障頻出,無(wú)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(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)嚴(yán)重陳舊老化,穩(wěn)定性差,無(wú)法有效操控監(jiān)視;水質(zhì)檢測(cè)中心部分設(shè)備更新不及時(shí),微生物室不達(dá)標(biāo),專業(yè)檢測(cè)人員不足
部分蓄水池浮球閥等管件閘閥老化、損壞嚴(yán)重,無(wú)法進(jìn)行有效操控;部分蓄水池漏損嚴(yán)重,導(dǎo)致個(gè)別村社在高峰用水時(shí)段時(shí)出現(xiàn)供水不足的現(xiàn)象,未設(shè)置液位計(jì)、電動(dòng)控制閥、水表、壓力傳感器等自動(dòng)化測(cè)控設(shè)備,無(wú)法掌握漏損水量;部分村社蓄水池進(jìn)口、出口檢查井損壞、偏小,日常運(yùn)行管理不便。
管網(wǎng)分水口部分村級(jí)配水管網(wǎng)管道老化、堵塞嚴(yán)重,有些存在配水管壓力過(guò)高,未做減壓措施,爆管現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,影響居民正常供水。同時(shí)配水管網(wǎng)無(wú)任何智能監(jiān)測(cè)設(shè)備,對(duì)出現(xiàn)的跑冒滴漏及爆管情況無(wú)法及時(shí)得到信息,導(dǎo)致大量水資源浪費(fèi),無(wú)形增加了后期的運(yùn)行維護(hù)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(jìn)行開(kāi)閉,出現(xiàn)打開(kāi)后無(wú)法關(guān)閉,關(guān)閉后無(wú)法打開(kāi)的情況,無(wú)法滿足正常操控管理需求。未設(shè)置遠(yuǎn)程控制閥門,給檢修人員造成了很大的不便。
已有水表涉及多個(gè)廠家,抄表及收費(fèi)系統(tǒng)由廠家提供,導(dǎo)致不同區(qū)域間無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)量收費(fèi)管理。受群眾歷史用水習(xí)慣和不愿付費(fèi)使用自來(lái)水影響,目前全縣水費(fèi)收繳率遠(yuǎn)低于國(guó)家和省上收繳要求,難以收支平衡長(zhǎng)效運(yùn)行。
目前,水廠、泵站等數(shù)據(jù)通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采集,但是在運(yùn)行管理上,這些數(shù)據(jù)只是發(fā)揮了單一功能,并沒(méi)有在管理者的運(yùn)營(yíng)決策中發(fā)揮更大的作用。
根據(jù)廣河縣城鄉(xiāng)供水的現(xiàn)狀及問(wèn)題分析[12],以現(xiàn)有水廠、泵站、末端用戶計(jì)量信息化基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ),新增蓄水池液位感知、進(jìn)出水口量測(cè)控制、干分支及村口管網(wǎng)分水口量測(cè)控制硬件設(shè)備,水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備。建設(shè)廣河縣城鄉(xiāng)供水?dāng)?shù)據(jù)中心及視頻會(huì)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(shí)施,統(tǒng)一開(kāi)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(tái),如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖
總體按“1+M”模式進(jìn)行設(shè)計(jì),即1個(gè)總平臺(tái),M個(gè)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(yíng)業(yè)收費(fèi)管理、漏損分析、巡檢養(yǎng)護(hù)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(jì)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(yùn)行調(diào)度管理相配套的集信息感知采集、自動(dòng)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(tái)體系。
(1)改變計(jì)量收費(fèi)模式,對(duì)各個(gè)廠家的水表進(jìn)行集成,采用進(jìn)行統(tǒng)一的抄表及營(yíng)收系統(tǒng)建設(shè)。徹底改變?cè)械挠?jì)量收費(fèi)管理模式,打破上門繳費(fèi)的單一途徑,要支持多種抄表,計(jì)費(fèi)、繳費(fèi)方式,實(shí)現(xiàn)居民24h自助繳費(fèi),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(fèi)繳納情況、用水量等信息全面提高用戶用水體驗(yàn),從而提高水費(fèi)的收繳率,保證城鄉(xiāng)供水工程形成良性的運(yùn)行生態(tài),確保供水工程長(zhǎng)效運(yùn)行。
(2)加強(qiáng)數(shù)據(jù)融合,對(duì)水廠、泵站、管網(wǎng)、蓄水池、管網(wǎng)分水口及末端用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理,對(duì)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算,使供水管理單位獲得管理所需的各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表、趨勢(shì)分析和對(duì)比預(yù)測(cè)等信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)城鄉(xiāng)供水工程的管理工作、水廠運(yùn)行情況綜合評(píng)價(jià),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(jì)算機(jī)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(shí)業(yè)務(wù)將不能開(kāi)展,使得職能無(wú)法得到行使,城鄉(xiāng)居民將無(wú)法保質(zhì)保量的用水。根據(jù)國(guó)家等級(jí)保護(hù)相關(guān)要求,按照:緊密貼合實(shí)際;參考并符合政策法規(guī);統(tǒng)一規(guī)劃分步實(shí)施;分層保護(hù)綜合防范;需求、風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)平衡;動(dòng)態(tài)發(fā)展和可擴(kuò)展
的原則開(kāi)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(shí)際需求一方面要保證水量的計(jì)劃調(diào)度、合理調(diào)度,另一方面要強(qiáng)化當(dāng)?shù)厮Y源的調(diào)節(jié)補(bǔ)充,規(guī)范外調(diào)水、當(dāng)?shù)厮恼{(diào)度及管理制度。堅(jiān)持“水權(quán)集中,分級(jí)管理”的原則,設(shè)立專管機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)管理。根據(jù)用水需求,通過(guò)建立綜合管理自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度及運(yùn)用。積極推廣和使用節(jié)水技術(shù)、產(chǎn)品和設(shè)備,實(shí)行計(jì)劃用水和節(jié)約用水。
水利信息化是水里現(xiàn)代化的重要體現(xiàn),既是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化建設(shè)的大勢(shì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(duì)美好生活的向往[16],對(duì)進(jìn)一步提升廣河縣城鄉(xiāng)供水保障率、水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略起到重要作用。