胡冠楠 上海嘉定

安科瑞電氣股份有限公司 

摘要:近幾年，我國城市化的發展、河道水體水質、水景觀治理之間的不協調成為城市發展要著重解決的一項問題，主要是因為河流域水體受污染，不僅破壞了人與自然和諧相處的人居環境，而且給城區居民的身心健康帶來了不利的影響，同時也嚴重影響了城區形象，不利于經濟社會的可持續發展。然而，隨著各項先進技術的發展，河流域治理工程為了提升治理的效果，逐漸將智慧水務系統應用到其中。文章基于智慧水務系統的概念及設計內容，對智慧水務系統架構設計展開了分析和闡述，并且結合案例對其應用實踐進行了闡述，以期為智慧水務系統的發展，給予一定的參考意見。

關鍵詞:智慧水務系統;河流域治理工程;生態環境

0引言

智慧水務系統主要是以BIM和GIS等技術為基礎架構，并且通過利用各項信息技術，對河流域生態環境情況進行實時監測，并且將各項監測數據進行收集和處理，為具體的治理作業展開提供了重要的參考依據。但是，智慧水務系統結構相對較為復雜，因此在設計的時候需要明確其設計目的及設計架構，并且加強其實踐力度，以此突顯出智慧水務系統存在的價值，為河流域治理工程的發展，給予了重要的技術支撐。

1智慧水務系統分析

智慧水務系統在城市水體治理工程中得到了廣泛的應用，其應用效果也是非常好的。因此，在智慧水務系統設計之前，需要對系統概念以及設計內容等方面進行明確，這樣才能更好地開展設計工作，滿足河流域治理工程的需求。

1.1系統概念

(1)智慧水務系統通過利用傳感器、電子標簽、BIM、GIS等技術，實現信息和時空尺度的信息感知網絡。同時，智慧水務系統主要是對湖泊、水資源、污水等方面進行監測，分析水體環境的具體情況，這樣可以為治理工程的展開提供重要的參考。智慧水務系統利用數采儀、無線網絡、水質水壓等方面，并且利用可視化方式，對各項數據進行有機整合。另外，在整合以后，將大量的數據和信息進行分析和超處理，進而做出相應的河流域治理方案，以此達到“智慧"的狀態。

(2)智慧水務系統在設計的時候，主要是構建集成運行管理、監督管理、工業污染源監測、防洪排澇、水生態與水環境監控、應急指揮與調度、數字化巡查與養護、三維展示等功能于一

體的智慧水務管理平臺。同時，智慧水務系統的出現，可以提升城市水務統一化管理，并且在水安全、水環境等方面的日常運行、智慧管控與運營、監督與應急指揮保障能力，為運行單位以及水務相關主管部門的日常管理和監督提供技術支撐，以此實現城市水務信息化、數字化、智能化等管理模式。

(3)通過智慧水務系統的設計，可以完善環保水務設備的管理、實時監測水務管網以及河流河道水質在線監測，并且對城市水務相關運行系統進行維護、調度、巡查養護、管理考核等閉環管理，以此提供好的服務體系。

1.2設計內容

(1)智慧水務系統設計較為復雜，主要包括“一監測、一個平臺、一大廳"，換句話說就是全方面立體化的河道監測和智能感知系統、一河兩岸生態治理信息服務平臺以及信息化綜合服務展示大廳。

(2)智慧水務系統在設計的時候，將“互聯網＋水利生態＋河長制"作為基礎理念，并且基于相關的治理規范，將一河兩岸綜合治理工程作為設計目標，將河湖涉水作為主線，將日常巡查和公眾監督作為核心，實現全方面、立體化的河流域智能監測系統。另外，智慧水務系統設計可以實現“一河兩岸"生態治理信息服務平臺，為一河兩岸水資源、水環境、水生態的治理和體系建設提供智能化、智慧化的管理手段。

(3)智慧水務系統的設計，可以實現全方面的智能感知體系，實時對河流域水位、流量、水量、水質狀況等方面進行全方面監測，并且為河流域治理工程的實施提供實時數據的支持。另外，智慧水務系統在設計的時候，通過利用監控平臺與管理考核機制，實現管理的信息化、自動化與標準化，這樣大大提升河流域治理工程建設的效果。

2系統架構設計與實踐

智慧水務系統主要包括采集層、網絡層、數據層、支撐層、應用層、用戶層以及巡視平臺。下面就針對這幾點內容，展開分析和闡述。

2.1采集層

采集層是智慧水務系統設計的要點，并且主要是將自動監測數據、人工錄入數據、外部接入數據等方面進行整合。同時，在采集層設計的時候，根據河流域水體的實際情況，設置采集終端，例如水文以及水質監測設備等方面。

2.2網絡層

在設計網絡層的時候，需簡要對采集層終端部署的可靠性進行綜合性的考慮，并且在設計的時候，以光纖覆蓋為主，以此形成有線網絡和4G、5G無線網絡系統。同時，在設計的時候，結合數據回傳網絡應用到其中，可以確保數據傳輸的穩定性以及及時性，為河流域治理工程建設的及時性提供了重要的保障。

2.3數據層

數據層在智慧水務系統設計中占據著非常重要的地位，主要是將采集層所采集的數據，進行分析、處理以及儲存，以此保證各項數據的完整性和安全性。同時，在數據層設計的時候，應當根據不同的業務類型，建立設備數據庫、基礎信息庫、水文數據庫、水質數據庫、BIM數據庫等，這樣可以根據數據不同的屬性及類型，有針對性地進行儲存，也為后期的使用提供了相對便利的條件。

2.4支撐層

支撐層的設計，主要是將數據庫作為基礎，并且將web服務、應用服務、文件服務、BIM服務、GIS服務等方面應用到其中，這樣不僅為系統的運行提供有力支撐，而且也可提升系統的服務性。

2.5應用層

應用層在智慧水務系統設計中，主要是實現系統數據資源以及業務功能集成管理，并且構建統一的用戶訪問界面，這樣在操作智慧水務系統的時候，就會相對較為便利。另外，在設計應用層的時候，將BIM系統、水文監測、水質監測等系統應用到其中，并且與外部系統接口連接，這樣可以實現數據實時共享，以此保證數據獲取的及時性。

2.6巡視平臺

巡視平臺在智慧水務系統設計中，主要分為三個方面:數據部門、調度指揮部門、多媒體展示部門。其中，調度指揮部門主要是將整個智慧水務系統所有的各類通信終端，以及信息承載部門進行整合，并且以多種業務軟件為基礎信息的基礎上，充分發揮調度指揮部門的價值。另外，在設計調度指揮部門的時候，將決策、監察、遠程執行等方面進行的整合，以此提升智慧水務系統的功能性。多媒體展示部門主要是利用直觀性較強的多媒體展示一河兩岸生態的具體情況，并且將信息化技術作為基礎，采集大量的數據。在數據采集完成以后，結合歷史、文化、風貌、人文等方面，利用360°全息投影、全息數字沙盤系統、虛擬翻書系統、互動地幕系統等，進行全方面的展示。

2.7水質監測

為了實時獲取河流域水質的情況，在設計智慧水務系統的時候，需要構建完善水質監測系統，設置水質五參數，主要包括pH、溫度、溶解氧(DO)、電導率、濁度等方面，并且根據相關水質監測指標，利用手機無線網絡將各項數據傳輸到水務管理平臺，以此完成監測工作，這樣治理工程建設的展開，就有了重要的數據支持。另外，系統平臺根據監測的數據，利用BIM技術進行三維模型的構建，以此對監測數據進行評價。同時，將評價的各項數據繪制成曲線圖，這樣可以清晰地看出河流域污染的變化趨勢，根據趨勢進行治理，并且明確治理的要點，以此保證治理的效果。

2.8網絡和安全系統

由于智慧水務系統中含有大量的數據，所以在設計的時候，做好智慧水務系統中的安全與網絡設計是非常必要的。在設計的時候，主要是以光纖網絡為主，將各項數據傳輸到平臺上，并且可以利用分層理念的設計方式，設置專項網、內網、外網等三個方面，以此保證智慧水務系統中各項數據的安全性。

3系統應用與實踐

以樟樹市城區草溪河治理工程為例，本工程主要是對草溪河水體、周邊管網及場地條件的詳細調查，了解草溪河存在的問題，分析其水質較差原因并提出綜合整治方案，并進行詳細設計，促使水體經過治理以后能提升生態環境質量。同時，本工程在智慧水務系統應用實踐的時候，明確治理目標，根據治理目標，強化應用實踐力度，以此實現良好的效果。

3.1工程治理目標

明確工程治理目標，不僅有助于提升工程治理的效果，也有助于更好地將智慧水務系統應用到其中。

(1)預計在2023年年底，完成草溪河首期項目整治工程，治理段河道防洪標準滿足抗御20年一遇洪水，治澇標準滿足10年一遇24h暴雨24h排至不淹重要建筑物高程，河道無污水直排口。同時，采取合理的手段，構建完善的水生態環境系統，以及治理段河道水質長期穩定的保持在地表Ⅳ類水標準，建設河道兩岸景觀系統，滿足人們休閑娛樂的需求。

(2)根據樟樹市的建設與發展情況，在適當的時間內啟動草溪河之后項目整治工程，使草溪河全河道防洪標準滿足抗御20年一遇洪水，治澇標準滿足10年一遇24h暴雨24h排至不淹重要建筑物高程，河道無污水直排口，構建完善的水生態系統，確保河段水質長期處于地表Ⅳ類水標準，以及建設河道兩岸景觀系統，滿足人們休閑娛樂的需求。

3.2實踐策略

本工程為了實現統一化治理體系，從智慧水務系統的角度，采取了以下具體策略:

(1)本工程基于全流域統籌、全目標考核、全方面合作、全過程控制的原則，以及結合國家黑臭河道治理的相關政策及海綿城市建設的要求，完善水安全、水清潔、水靈動、水親近、水景觀五大方面，采取“八大W器、四位一體"策略，以此形成一個“以水為脈"的城市。同時，需要利用疏拓、截污、治淤、活水、生態、強化、造景、智控等手段，完成本工程的治理工作。

(2)需要著重考慮彈性水域，主要是以草溪河整體的水體作為出發點，充分發揮河湖海綿的彈性作用，并且利用疏通河道，拓寬挖深河道等手段，加強河道的宣泄能力。同時，需要根據本工程的實際情況，修建堤岸，以此解決防洪排澇的問題。另外，利用生態河道、濕地、河漫灘等，實現調蓄雨水，這樣可以增強水系應對防洪排澇的彈性，實現水體功能和景觀的和諧。

(3)可以采用“控源截污"的手段，主要沿著本工程水岸實現截污、雨季初期雨水收集處理，這樣可以大大降低河流污染物的總量。同時，需要沿著水岸線實施截污處理，以盡可能地提升污水的收集效率。在污水處理完成以后，將其統一納入到污水處理廠，避免污水直接排放到河流中。

(4)需要注重“內源治理"，治理時主要是根據情況，在草溪河及其支流應結合河道疏拓，進行清理工作，以恢復良好的水生態環境。

(5)根據草溪河河道的情況，設置生態浮床、生態護坡、濕地等，構建河道生態系統，并且增強河道的水體自凈能力。另外，在河道生態恢復的時候，應當將“水清、流暢、岸固、灘綠、景美"作為恢復目標，這樣不僅可以恢復水生態環境，而且也可實現良好的生態景觀系統。

(6)本工程加大了對智慧水務系統的應用，主要是利用智慧水務系統構建集成運行管理、監督管理、工業污染源監測、防洪排澇、水生態及水環境監控、三維展示等，以此實現統一化的

管理平臺。同時，通過利用智慧水務系統，可以將治理情況及時上傳到系統中，這樣在之后治理工程展開的時候，可以提供有力的數據支撐，確保治理的效果。另外，通過利用智慧水務系統，可以將治理期間河道環境的變化及時進行數據獲取，并根據獲取的數據和信息做出適當的調整，以保證治理的效果。

4 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

4.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

4.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統

4.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常警報等數據。

4.4.2電能質量監測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

4.4.3電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測和警報。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備，保障正常生產。

4.4.4能耗管理

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家/G際先進指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

4.4.6電氣安全

①電氣火災監測：監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

②消防應急照明和疏散指示：根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

③消防設備電源監測：監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

④防火門監控系統：防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出警報信號，能指示警報部位并保存警報信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.4.7 環境監測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

4.4.8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，通過3D或2。5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

4.4.9工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備，保障正常生產。

5 相關平臺部署硬件選型清單

6結束語

河流域治理工程已成為我國城市建設與發展的一項著重關注內容，并且在對其監測的時候，主要是以智慧水務系統為主。但是，在智慧水務系統應用之前，需要根據河流域治理工程的實際情況，展開對智慧水務系統的設計，構建完善的監測系統。同時，需要結合具體治理工程，將智慧水務系統應用到其中，從而凸顯智慧水務系統存在的價值，為河域治理工程的展開，以及提升水生態環境的質量，提供重要的保障。

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