杨学涛，许 健

(甘肃农业大学 水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070)

0 引言

2018年中央一号文件明确提出实施智慧农业林业水利工程。2019年全国水利工作会议对水利行业做出了要好智慧水利顶层设计，构建安全实用、智慧高效的水利信息大系统的指示[1]。2021年6月28日，在水利部召开的“三对标、一规划”专项行动总结大会上李国英部长指出要推动智慧水利建设[2]。2021年1月水利部等九大部门共同印发《关于做好农村供水保障工作的的指导意见》指出：“到2025年，全国农村自来水普及率达到88%，农村供水工程布局将更加优化，运行管理机制将不断完善，工程运行管理水平将不断提升，水质达标率将不断提高。到2035年我国将基本实现农村供水现代化”[3]。2023年7月24日水利部印发通知2030年底前100人以上的农村集中供水工程全面实现标准化。积极推进数字孪生农村供水工程建设，提高城乡供水工程的数字化、网络化、智能化水平。这一系列政策的发布，凸显了水利工程信息化建设的重要性和迫切性。开展水利工程信息化建设，是构建数字化、网络化、智能化水网工程的基础，是实现水利行业现代化的重要抓手，是推进新时代水利高质量发展的重要举措。广河县城乡供水提质增效信息化建设恰逢其时，信息化与城乡供水管理融合，提升广河县城乡供水管理水平和服务质量，提升供水保证率和水质达标率。

1 广河县城乡供水信息化现状

广河县多年来一直重视全县城乡供水工程的建设，自2005开始分3个阶段实施饮水安全工程项目，第一阶段实施了广河县三甲集镇农村、广河县买家巷镇农村饮水安全工程、广河县中南部农村饮水安全工程和广河县北部农村饮水安全等四处农村饮水安全工程并并网至广河县中南部农村安全饮水工程。第二阶段2018年施了临夏州和广两县城乡供水水源保障工程、农村饮水安全巩固提升工程，第三阶段2021年又实施了总投资4250万元的广河县城乡供水智能化水表改造及管理平台建设工程。

(1)水源地现状。目前广河县基本形成了以和政县松鸣镇小峡小牛圈沟、松鸣镇吊滩村在建的和广两县供水工程调蓄水池为两大水源地，在水源地只建设了视频监控系统无水质监测设备，引水枢纽闸门启闭设施为螺杆式启闭机，无自控设施。

(2)水厂现状。主要是风转磨水厂、巩固提升工程水厂联合运行的城乡一体化供水体系，设计日供水量3.3万m3，年供水量1200万m3，建有水质检测中心、中控室、清水池、制水车间、加药间等制水、供水、加药设备。目前，整个水厂系统运行基本正常。

(3)高位水池现状。全县现有大小蓄水池223座，总容积43640m3。目前，各蓄水池运行基本稳定，供水正常。

(4)管网现状。配水管网没有任何智能检测设备，管道老化；堵塞严重。阀门井等附属建筑物年久失修有破损漏水现象。没有设置远程控制阀门。

(5)末端用户计量现状。目前，广河县人饮工程管理局正在实施《广河县城乡供水智能化水表改造》项目，对52046户进行水表更换，其中物联网水表18659块、IC卡智能水表33187块、村头水表200块(机械水表)。

(6)通信网络现状。目前，广河县在各管理站配置了20M VPN光纤数据专线，在指挥中心配置了300M VPN光纤数据专线，本次经过复核网络配置能够满足本次建设项目的需要

2 信息化需求分析

随着广河县社会经济的发展，县域内城乡供水工程运行难度逐步极大。水利信息化保障程度低，自动化管理设施水平不高，水利信息化建设不够的问题逐步凸显，信息化管理急缺。

2.1 用户需求分析

首先是调度管理用户，主要包括水务局及人饮工程管理局、水厂、各乡镇管理站进行日常供水调度管理的工作人员，主要需求包括：供水调度方案制定及计划编制、实施调水计划过程中的监测控制、日常管理等需求[7]。其次是系统管理员用户，主要是指参与前期系统开发的开发人员，对系统定期的完善和升级工作。最后是系统维护用户，主要为系统本身运行维护管理的用户，及时准确掌握系统状况，有效处理系统突发问题[8]。

2.2 功能需求分析

系统总体功能框架如图1所示。

图1 系统总体功能框架图

(1)准确、全面的信息支撑，信息是管理的基础，全县城乡人饮供水工程管理需要及时、全面、准确的信息支撑。及建设城乡供水信息化系统的目的就是为了实现全域供水管网、泵站、蓄水池的水位、压力、流量、阀门状态等数据信息进行实时全面的掌控。

(2)高效、稳定的管理支撑，建成的信息化管理系统为各级管理单位提供高效的业务管理支撑，保证各级管理单位对自己所辖范围的各监控点实现实时有效的管理，同时各类业务数据在物理上集中存放、在逻辑上相互独立。

(3)快速、灵活的应急支撑，面对干旱灾害、水污染事故的发生，监管平台必须建立反应敏捷、启动及时的应急机制。如果出现问题，要能够在最短的时间内发现问题并作出有效的措施，显著提升应对重大突发性事件的能力[9]。

(4)科学、高效的决策支撑，合理调度、优化配置宝贵的水资源，对县域内各用水户及用水管理单位来说都具有重大的现实意义。

2.3 数据需求分析

(1)数据之间的通讯需求，各测站监测到信息的需要安全可靠的网络传递。根据各个测站测点的通讯要求及现场实际情况调研，经过实验比较选择出一个最佳的通讯方式，连接各个站点使整个项目区域形成一个安全可靠且高效的通讯网络系统，以保证数据传输的的速度和安全。

(2)数据信息共享需求，供水用水的数据信息与水务局等各个部门互联互通，不同单位部门之间信息共享，避免了信息的重复采集和浪费，为管理部门决策提供更加准确全面的依据。

(3)数据信息存储需求，将采集到的数据进行存储和管理，建立完整的信息库，在此基础上为便于数据信息的管理和维护，建设综合管理数据中心对数据进行分类整理和归档，方便后续的查询和分析。

(4)数据整合的需求，对各个测站测点采集到的雨量、水位、水质、水压等数据，以及泵站、阀门等设施的工作状态、用电量、能耗、工作时长等数据，与关键节点的视频监控信息，进行统一的收集、传输、处理和分析集中整合，根据不同的服务对象提供不同的信息服务，为实现不同部门、不同业务的管理工作奠定基础[10]。

2.4 性能需求分析

城乡供水信息化工程是民生工程一旦信息化系统出现故障整个区域内的供水就会出现问题对全县居民的生产生活有极大影响这就要求系统软硬件整体及其功能模块具有高稳定性，在长时间运行的情况下不会出现死机等故障问题，更不能出现系统崩溃和数据丢失的现象[9]。系统数据的维护、查询、分析、及计算都要求正确性和准确性及确保数据的安全和完整性。这就要求系统具有高可靠性。在日常运行过程中相关操作人员不可避免的会出现一些错误的操作，为了能够正常运行要求系统要对使用人员不规范不正确可能导致系统错误的违规操作能够预警或给予正确的操作提示。这就要求系统要具有容错和自适应性。系统工作时需要同时处理多个数据或进行其它多项工作这就使得系统要具备同时处理多个任务的能力即系统的并发性。为了数据安全，确保数据的保密性和权限控制避免数据泄露；信息被窃取等安全问题，系统要具有高安全性。为了便于系统的升级，应制定相关方案，预留相应的接口保证系统能够在需要时快速扩展存储容量和功能，要求系统有高的可扩展性。系统涉及的数据类型众多，从数据采集、录入、上报、检验、维护到入库，经过多个环节，要保证每一个环节数据的精度。要求系统数据的精确性。系统要能够支持多种数据格式、操作方式、运行环境、编程语言方便数据交换和分析[9]，要求系统具有开放性。

3 存在的问题

3.1 水源地存在的问题

由于水源地无水质监测设备，在下雨期间，洪水导致原水浊度增高，泥沙堵塞原水池，水量急剧减少导致下游时常缺水，水量随季节变化明显，特别是在枯水期来水严重偏小制约全县供水，水源地远程自动化程度不高，预警操作滞后。

3.2 水厂存在的问题

预处理池排泥管闸阀损坏无法排泥，絮凝剂加药设备陈旧老化、故障频出，无法有效处理高浊度源水；老水厂制水车间制水设备、电器电路老化，反冲洗设备故障，自动化监控系统严重陈旧老化，稳定性差，无法有效操控监视；水质检测中心部分设备更新不及时，微生物室不达标，专业检测人员不足

3.3 高位水池存在的问题

部分蓄水池浮球阀等管件闸阀老化、损坏严重，无法进行有效操控；部分蓄水池漏损严重，导致个别村社在高峰用水时段时出现供水不足的现象，未设置液位计、电动控制阀、水表、压力传感器等自动化测控设备，无法掌握漏损水量；部分村社蓄水池进口、出口检查井损坏、偏小，日常运行管理不便。

3.4 输水管网存在的问题

管网分水口部分村级配水管网管道老化、堵塞严重，有些存在配水管压力过高，未做减压措施，爆管现象时有发生，影响居民正常供水。同时配水管网无任何智能监测设备，对出现的跑冒滴漏及爆管情况无法及时得到信息，导致大量水资源浪费，无形增加了后期的运行维护成本。输配水管网已建阀门井等附属建筑物年久失修破损，部分井盖缺失，各类阀门配件存在生锈、损坏、漏水现象，且常年未进行开闭，出现打开后无法关闭，关闭后无法打开的情况，无法满足正常操控管理需求。未设置远程控制阀门，给检修人员造成了很大的不便。

3.5 末端用户计量存在的问题

已有水表涉及多个厂家，抄表及收费系统由厂家提供，导致不同区域间无法进行统一的计量收费管理。受群众历史用水习惯和不愿付费使用自来水影响，目前全县水费收缴率远低于国家和省上收缴要求，难以收支平衡长效运行。

3.6 运行管理存在的问题

目前，水厂、泵站等数据通过自动化监控系统采集，但是在运行管理上，这些数据只是发挥了单一功能，并没有在管理者的运营决策中发挥更大的作用。

4 建设方案及建议

4.1 建设方案

根据广河县城乡供水的现状及问题分析[12]，以现有水厂、泵站、末端用户计量信息化基础设施为基础，新增蓄水池液位感知、进出水口量测控制、干分支及村口管网分水口量测控制硬件设备，水源地水质监测设备。建设广河县城乡供水数据中心及视频会商中心；各片区分控中心改造提升；遵循“总体规划、分步实施，统一开发、集中部署，整合资源、共享利用，统一标准、统一架构”的基本原则[14]，建立广河县城乡供水综合管理平台，如图2所示。

图2 系统架构图

总体按“1+M”模式进行设计，即1个总平台，M个业务应用系统，主要包括：数据管理技术支撑、应用管理技术支撑、信息采集交互、供水工程GIS一张图、供水调度管理、营业收费管理、漏损分析、巡检养护管理、用户服务管理及视频监控综合管理等子系统[15]，并与已建水厂、泵站、末端用户计量等工程信息化系统集成，初步形成与县域城乡供水运行调度管理相配套的集信息感知采集、自动化监控、通信网络、数据资源、应用支撑、业务应用的信息化平台体系。

4.2 建议

(1)改变计量收费模式，对各个厂家的水表进行集成，采用进行统一的抄表及营收系统建设。彻底改变原有的计量收费管理模式，打破上门缴费的单一途径，要支持多种抄表，计费、缴费方式，实现居民24h自助缴费，要兼容多种支付方式如：微信、支付宝、银行卡等。也要让群众可以清楚的掌握水质情况、水费缴纳情况、用水量等信息全面提高用户用水体验，从而提高水费的收缴率，保证城乡供水工程形成良性的运行生态，确保供水工程长效运行。

(2)加强数据融合，对水厂、泵站、管网、蓄水池、管网分水口及末端用户进行统一管理，对各项运行数据进行科学的统计、分析、计算，使供水管理单位获得管理所需的各种统计报表、趋势分析和对比预测等信息，实现对城乡供水工程的管理工作、水厂运行情况综合评价，为决策分析提供良好的数据支撑。

(3)安全措施需要完善提高，工程信息网络结构复杂，网上信息类型繁多，主要涉及水量、安全、视频、工情、阀门的控制信息等。上述信息均为普通信息，不涉及涉密信息。计算机网络一旦遭到破坏，业务信息安全和系统服务安全被侵害的客体为整体县域内城乡供水所涉及的工程及基础设施，遭到破坏时业务将不能开展，使得职能无法得到行使，城乡居民将无法保质保量的用水。根据国家等级保护相关要求，按照：紧密贴合实际；参考并符合政策法规；统一规划分步实施；分层保护综合防范；需求、风险代价平衡；动态发展和可扩展

的原则开展广河县城乡供水信息化安全体系建设。

(4)优化用水管理，根据实际需求一方面要保证水量的计划调度、合理调度，另一方面要强化当地水资源的调节补充，规范外调水、当地水的调度及管理制度。坚持“水权集中，分级管理”的原则，设立专管机构负责管理。根据用水需求，通过建立综合管理自动化系统进行调度及运用。积极推广和使用节水技术、产品和设备，实行计划用水和节约用水。

5 结语

水利信息化是水里现代化的重要体现，既是国民经济和社会信息化建设的大势所趋也是水利事业自身发展的迫切需要。城乡供水信息化建设是保障水利事业与国民经济发展相适应的主要途径。广河县城乡供水提质增效信息化建设，使广河县城乡供水保障水平与乡村振兴战略有效衔接，顺应城乡广大人民群众对美好生活的向往[16]，对进一步提升广河县城乡供水保障率、水质达标率、促进生态文明建设和乡村振兴战略起到重要作用。