淺析流域治理工程的智慧水務智能配電能效平台設計與實踐

程瑜

江蘇安科瑞微電網研究院有限公司 江蘇江陰 214432

摘要:近幾年，我國城市化的發展、河道水體(ti) 水質、水景觀治理之間的不協調成為(wei) 城市發展要著重解決(jue) 的一項問題，主要是因為(wei) 河流域水體(ti) 受汙染，不僅(jin) 破壞了人與(yu) 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(yan) 重影響了城區形象，不利於(yu) 經濟社會(hui) 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(wei) 了提升治理的效果，逐漸將智慧水務係統應用到其中。文章基於(yu) 智慧水務係統的概念及設計內(nei) 容，對智慧水務係統架構設計展開了分析和闡述，並且結合案例對其應用實踐進行了闡述，以期為(wei) 智慧水務係統的發展，給予一定的參考意見。

關(guan) 鍵詞:智慧水務係統;河流域治理工程;生態環境

0引言

智慧水務係統主要是以BIM和GIS等技術為(wei) 基礎架構，並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，並且將各項監測數據進行收集和處理，為(wei) 具體(ti) 的治理作業(ye) 展開提供了重要的參考依據。但是，智慧水務係統結構相對較為(wei) 複雜，因此在設計的時候需要明確其設計目的及設計架構，並且加強其實踐力度，以此突顯出智慧水務係統存在的價(jia) 值，為(wei) 河流域治理工程的發展，給予了重要的技術支撐。

1智慧水務係統分析

智慧水務係統在城市水體(ti) 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，在智慧水務係統設計之前，需要對係統概念以及設計內(nei) 容等方麵進行明確，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係統概念

(1)智慧水務係統通過利用傳(chuan) 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，智慧水務係統主要是對湖泊、水資源、汙水等方麵進行監測，分析水體(ti) 環境的具體(ti) 情況，這樣可以為(wei) 治理工程的展開提供重要的參考。智慧水務係統利用數采儀(yi) 、無線網絡、水質水壓等方麵，並且利用可視化方式，對各項數據進行有機整合。另外，在整合以後，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)智慧水務係統在設計的時候，主要是構建集成運行管理、監督管理、工業(ye) 汙染源監測、防洪排澇、水生態與(yu) 水環境監控、應急指揮與(yu) 調度、數字化巡查與(yu) 養(yang) 護、三維展示等功能於(yu) 一

體(ti) 的智慧水務管理平台。同時，智慧水務係統的出現，可以提升城市水務統一化管理，並且在水安全、水環境等方麵的日常運行、智慧管控與(yu) 運營、監督與(yu) 應急指揮保障能力，為(wei) 運行單位以及水務相關(guan) 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)通過智慧水務係統的設計，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，並且對城市水務相關(guan) 運行係統進行維護、調度、巡查養(yang) 護、管理考核等閉環管理，以此提供好的服務體(ti) 係。

1.2設計內(nei) 容

(1)智慧水務係統設計較為(wei) 複雜，主要包括“一監測、一個(ge) 平台、一大廳”，換句話說就是全方麵立體(ti) 化的河道監測和智能感知係統、一河兩(liang) 岸生態治理信息服務平台以及信息化綜合服務展示大廳。

(2)智慧水務係統在設計的時候，將“互聯網＋水利生態＋河長製”作為(wei) 基礎理念，並且基於(yu) 相關(guan) 的治理規範，將一河兩(liang) 岸綜合治理工程作為(wei) 設計目標，將河湖涉水作為(wei) 主線，將日常巡查和公眾(zhong) 監督作為(wei) 核心，實現全方麵、立體(ti) 化的河流域智能監測係統。另外，智慧水務係統設計可以實現“一河兩(liang) 岸”生態治理信息服務平台，為(wei) 一河兩(liang) 岸水資源、水環境、水生態的治理和體(ti) 係建設提供智能化、智慧化的管理手段。

(3)智慧水務係統的設計，可以實現全方麵的智能感知體(ti) 係，實時對河流域水位、流量、水量、水質狀況等方麵進行全方麵監測，並且為(wei) 河流域治理工程的實施提供實時數據的支持。另外，智慧水務係統在設計的時候，通過利用監控平台與(yu) 管理考核機製，實現管理的信息化、自動化與(yu) 標準化，這樣大大提升河流域治理工程建設的效果。

2係統架構設計與(yu) 實踐

智慧水務係統主要包括采集層、網絡層、數據層、支撐層、應用層、用戶層以及巡視平台。下麵就針對這幾點內(nei) 容，展開分析和闡述。

2.1采集層

采集層是智慧水務係統設計的要點，並且主要是將自動監測數據、人工錄入數據、外部接入數據等方麵進行整合。同時，在采集層設計的時候，根據河流域水體(ti) 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麵。

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，並且在設計的時候，以光纖覆蓋為(wei) 主，以此形成有線網絡和4G、5G無線網絡係統。同時，在設計的時候，結合數據回傳(chuan) 網絡應用到其中，可以確保數據傳(chuan) 輸的穩定性以及及時性，為(wei) 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

數據層在智慧水務係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(chu) 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(ye) 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(chu) 存，也為(wei) 後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(wei) 基礎，並且將web服務、應用服務、文件服務、BIM服務、GIS服務等方麵應用到其中，這樣不僅(jin) 為(wei) 係統的運行提供有力支撐，而且也可提升係統的服務性。

2.5應用層

應用層在智慧水務係統設計中，主要是實現係統數據資源以及業(ye) 務功能集成管理，並且構建統一的用戶訪問界麵，這樣在操作智慧水務係統的時候，就會(hui) 相對較為(wei) 便利。另外，在設計應用層的時候，將BIM係統、水文監測、水質監測等係統應用到其中，並且與(yu) 外部係統接口連接，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巡視平台

巡視平台在智慧水務係統設計中，主要分為(wei) 三個(ge) 方麵:數據部門、調度指揮部門、多媒體(ti) 展示部門。其中，調度指揮部門主要是將整個(ge) 智慧水務係統所有的各類通信終端，以及信息承載部門進行整合，並且以多種業(ye) 務軟件為(wei) 基礎信息的基礎上，充分發揮調度指揮部門的價(jia) 值。另外，在設計調度指揮部門的時候，將決(jue) 策、監察、遠程執行等方麵進行的整合，以此提升智慧水務係統的功能性。多媒體(ti) 展示部門主要是利用直觀性較強的多媒體(ti) 展示一河兩(liang) 岸生態的具體(ti) 情況，並且將信息化技術作為(wei) 基礎，采集大量的數據。在數據采集完成以後，結合曆史、文化、風貌、人文等方麵，利用360°全息投影、全息數字沙盤係統、虛擬翻書(shu) 係統、互動地幕係統等，進行全方麵的展示。

2.7水質監測

為(wei) 了實時獲取河流域水質的情況，在設計智慧水務係統的時候，需要構建完善水質監測係統，設置水質五參數，主要包括pH、溫度、溶解氧(DO)、電導率、濁度等方麵，並且根據相關(guan) 水質監測指標，利用手機無線網絡將各項數據傳(chuan) 輸到水務管理平台，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，係統平台根據監測的數據，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(jia) 。同時，將評價(jia) 的各項數據繪製成曲線圖，這樣可以清晰地看出河流域汙染的變化趨勢，根據趨勢進行治理，並且明確治理的要點，以此保證治理的效果。

2.8網絡和安全係統

由於(yu) 智慧水務係統中含有大量的數據，所以在設計的時候，做好智慧水務係統中的安全與(yu) 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(wei) 主，將各項數據傳(chuan) 輸到平台上，並且可以利用分層理念的設計方式，設置專(zhuan) 項網、內(nei) 網、外網等三個(ge) 方麵，以此保證智慧水務係統中各項數據的安全性。

3係統應用與(yu) 實踐

以樟樹市城區草溪河治理工程為(wei) 例，本工程主要是對草溪河水體(ti) 、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並提出綜合整治方案，並進行詳細設計，促使水體(ti) 經過治理以後能提升生態環境質量。同時，本工程在智慧水務係統應用實踐的時候，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(jin) 有助於(yu) 提升工程治理的效果，也有助於(yu) 更好地將智慧水務係統應用到其中。

(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禦20年一遇洪水，治澇標準滿足10年一遇24h暴雨24h排至不淹重要建築物高程，河道無汙水直排口。同時，采取合理的手段，構建完善的水生態環境係統，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(liang) 岸景觀係統，滿足人們(men) 休閑娛樂(le) 的需求。

(2)根據樟樹市的建設與(yu) 發展情況，在適當的時間內(nei) 啟動草溪河之後項目整治工程，使草溪河全河道防洪標準滿足抗禦20年一遇洪水，治澇標準滿足10年一遇24h暴雨24h排至不淹重要建築物高程，河道無汙水直排口，構建完善的水生態係統，確保河段水質長期處於(yu) 地表Ⅳ類水標準，以及建設河道兩(liang) 岸景觀係統，滿足人們(men) 休閑娛樂(le) 的需求。

3.2實踐策略

本工程為(wei) 了實現統一化治理體(ti) 係，從(cong) 智慧水務係統的角度，采取了以下具體(ti) 策略:

(1)本工程基於(yu) 全流域統籌、全目標考核、全方麵合作、全過程控製的原則，以及結合國家黑臭河道治理的相關(guan) 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(qin) 近、水景觀五大方麵，采取“八大、四位一體(ti) ”策略，以此形成一個(ge) “以水為(wei) 脈”的城市。同時，需要利用疏拓、截汙、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(ti) 的水體(ti) 作為(wei) 出發點，充分發揮河湖海綿的彈性作用，並且利用疏通河道，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(jue) 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，這樣可以增強水係應對防洪排澇的彈性，實現水體(ti) 功能和景觀的和諧。

(3)可以采用“控源截汙”的手段，主要沿著本工程水岸實現截汙、雨季初期雨水收集處理，這樣可以大大降低河流汙染物的總量。同時，需要沿著水岸線實施截汙處理，以盡可能地提升汙水的收集效率。在汙水處理完成以後，將其統一納入到汙水處理廠，避免汙水直接排放到河流中。

(4)需要注重“內(nei) 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，以恢複良好的水生態環境。

(5)根據草溪河河道的情況，設置生態浮床、生態護坡、濕地等，構建河道生態係統，並且增強河道的水體(ti) 自淨能力。另外，在河道生態恢複的時候，應當將“水清、流暢、岸固、灘綠、景美”作為(wei) 恢複目標，這樣不僅(jin) 可以恢複水生態環境，而且也可實現良好的生態景觀係統。

(6)本工程加大了對智慧水務係統的應用，主要是利用智慧水務係統構建集成運行管理、監督管理、工業(ye) 汙染源監測、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

管理平台。同時，通過利用智慧水務係統，可以將治理情況及時上傳(chuan) 到係統中，這樣在之後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，通過利用智慧水務係統，可以將治理期間河道環境的變化及時進行數據獲取，並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台

4.1平台概述

安科瑞電氣具備從(cong) 終端感知、邊緣計算到能效管理平台的產(chan) 品生態體(ti) 係，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台通過在汙水廠源、網、荷、儲(chu) 、充的各個(ge) 關(guan) 鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用於(yu) 監測汙水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護汙水廠運行可靠，提高汙水廠能效，為(wei) 汙水處理的能效管理提供科學、精細的解決(jue) 方案。

4.2平台組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理係統由變電站綜合自動化係統、電力監控及能效管理係統組成，涵蓋了水務中壓變配電係統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控製、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台、一個(ge) APP實時了解水務配電係統運行狀況，並且根據權限可以適用於(yu) 水務後勤部門管理需要。

4.3平台拓撲圖

4.4平台子係統

4.4.1變電站綜合自動化係統及電力監控

對水務配電係統中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(yu) 治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電係統中存在大量諧波，通過監測其配電係統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，並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(guan) 信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與(yu) PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控製，監視、控製各個(ge) 工藝設備，保障正常生產(chan) 。

4.4.4能耗管理

為(wei) 水務搭建計量體(ti) 係，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(guan) 能源的參數集中在一個(ge) 看板中，從(cong) 多個(ge) 維度對比分析，實現各個(ge) 工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個(ge) 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汙水廠、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(ti) 係要求，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。通過汙水處理產(chan) 量以及係統采集的能耗數據，在汙水單耗中生成汙水單耗趨勢圖，並進行同比和環比分析，同時將汙水的單耗與(yu) 行業(ye) /國家/指標對標，以便企業(ye) 能夠根據產(chan) 品單耗情況來調整生產(chan) 工藝，從(cong) 而降低能耗。

4.4.5智能照明控製

係統為(wei) 汙水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控製管理方案，支持單控、區域控製、自動控製、感應控製、定時控製、場景控製、調光控製等多種控製方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控製功能，盡量利用自然光照，實現室內(nei) 、廠區照明的智能控製達到安全、節能的目的。

4.4.6電氣安全

①電氣火災監測：監測配電係統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對汙水廠、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。係統接入消防應急照明指示係統數據，通過平麵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防火門監控係統：防火門監控係統集中控製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(guan) 閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。係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，能指示警報部位並保存警報信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.4.7 環境監測

汙水廠、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(ti) 濃度展示和預警，保障汙水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體(ti) 或有害氣體(ti) 濃度超標可自動啟動排風風機或新風係統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

4.4.8分布式光伏監測

實時監測低壓並網櫃每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關(guan) 狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側(ce) 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，以曲線方式繪製上述監測的各個(ge) 參量的曆史數據。

平台結合廠區實際分布情況，通過3D或2。5D平麵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、並網點位置，各個(ge) 屋頂的裝機容量。

4.4.9工藝仿真監控

平台通過2D、3D方式實時監視粗格柵、汙水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、汙泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、汙水提升泵、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製櫃或低壓饋電櫃安裝電動機保護，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(yu) PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控製，監視、控製各個(ge) 工藝設備，保障正常生產(chan) 。

5 相關(guan) 平台部署硬件選型清單

6結束語

河流域治理工程已成為(wei) 我國城市建設與(yu) 發展的一項著重關(guan) 注內(nei) 容，並且在對其監測的時候，主要是以智慧水務係統為(wei) 主。但是，在智慧水務係統應用之前，需要根據河流域治理工程的實際情況，展開對智慧水務係統的設計，構建完善的監測係統。同時，需要結合具體(ti) 治理工程，將智慧水務係統應用到其中，從(cong) 而凸顯智慧水務係統存在的價(jia) 值，為(wei) 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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