摘要：以新塘鎮(zhèn)排水系統(tǒng)為例，結(jié)合廣州市建設(shè)國家新型智慧城市的戰(zhàn)略目標(biāo)以及實(shí)現(xiàn)新塘鎮(zhèn)市政排水系統(tǒng)智慧化建設(shè)的需求，介紹了智慧水務(wù)在污水管網(wǎng)系統(tǒng)“擠外水、提濃度”以及在雨水系統(tǒng)防洪排澇預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。對(duì)污水管網(wǎng)系統(tǒng)管道水位、水質(zhì)、流量和外水入侵情況進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)提升污水廠運(yùn)行效能有較大裨益，對(duì)雨水系統(tǒng)易澇點(diǎn)和外江水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，構(gòu)建城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系，避免災(zāi)害發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行和管理智能化、專業(yè)化和精細(xì)化。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù)；提質(zhì)增效；排水系統(tǒng)；智能預(yù)警

0 引言

近年來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，它已融入到各行各業(yè)。智慧水務(wù)就是通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與水務(wù)技術(shù)深度融合，使水務(wù)系統(tǒng)的管理和運(yùn)行更加智能化、數(shù)據(jù)化、精細(xì)化。

水是生命之源，而隨著城市的發(fā)展水污染問題愈發(fā)嚴(yán)重，城市河涌、水系受到嚴(yán)重污染的情況屢見不鮮，水環(huán)境、水資源監(jiān)管和治理成為城市發(fā)展迫切需要解決的問題。水質(zhì)監(jiān)測(cè)缺失或不及時(shí)、暴雨或洪澇災(zāi)害預(yù)警不及時(shí)更是直接關(guān)系到國計(jì)民生的問題。而智慧水務(wù)能夠協(xié)調(diào)并及時(shí)、準(zhǔn)確、地對(duì)此類問題進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，構(gòu)建城市暴雨監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、災(zāi)害評(píng)估等功能于一體的防控體系，為城市防汛減災(zāi)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保證。同時(shí)，智慧水務(wù)建設(shè)是推進(jìn)城市管理智慧化、科學(xué)化的重要舉措，結(jié)合廣州市建設(shè)國家新型智慧城市的戰(zhàn)略總目標(biāo)，新塘鎮(zhèn)加快智慧排水系統(tǒng)建設(shè)，發(fā)揮智慧水務(wù)在智慧城市建設(shè)中的示范效應(yīng)。

1 工程概況

廣州市增城區(qū)新塘鎮(zhèn)鎮(zhèn)域面積為84.86km2，污水系統(tǒng)包括新塘和永和兩個(gè)系統(tǒng)，服務(wù)人口約65萬，其中新塘污水廠土建規(guī)模為15萬m3/d，永和污水廠土建規(guī)模為10萬m3/d，雨水管網(wǎng)總長544km，污水管總長696km，雨污合流管總長667km。鎮(zhèn)域有內(nèi)澇點(diǎn)13個(gè)，污水泵站10個(gè)，防洪閘門9個(gè)。

2019年12月新塘鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效工程正式啟動(dòng)，智慧水務(wù)建設(shè)屬于本工程的一個(gè)子項(xiàng)工程。新塘鎮(zhèn)智慧水務(wù)平臺(tái)集移動(dòng)辦公、在線審批、過程監(jiān)控、多級(jí)河長管理和公眾參與管理等多功能于一建設(shè)全流域管控一體、全鎮(zhèn)域聯(lián)動(dòng)協(xié)作、全鎮(zhèn)資源共享的智慧管控平臺(tái)，通過“廠-網(wǎng)-河一體化，水務(wù)環(huán)境一體化”的建設(shè)模式[1]，實(shí)現(xiàn)“水質(zhì)提升、防洪安*全、云上護(hù)水”的建設(shè)目標(biāo)。平臺(tái)軟件界面見圖 1。

圖1 平臺(tái)軟件界面

2 智慧水務(wù)建設(shè)內(nèi)容

硬件設(shè)備安裝：本工程在污水管網(wǎng)各重要節(jié)點(diǎn)安裝液位計(jì)135個(gè)、水質(zhì)取樣器4個(gè)和流量監(jiān)測(cè)儀1個(gè)，實(shí)現(xiàn)污水系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)測(cè)。在雨水系統(tǒng)的排澇泵站、內(nèi)澇點(diǎn)等處安裝電子水尺37個(gè)、雨量計(jì)5個(gè)和攝像頭11個(gè)、實(shí)現(xiàn)洪澇預(yù)警。

軟件平臺(tái)：主要包含排水設(shè)施一張圖、設(shè)施巡檢養(yǎng)護(hù)、廠站網(wǎng)河監(jiān)測(cè)一張網(wǎng)、防澇應(yīng)急調(diào)度、數(shù)據(jù)共享與集成、安*全生產(chǎn)信息管理、排水設(shè)施數(shù)據(jù)管理和排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)更新維護(hù)等模塊。

排水設(shè)施一張圖模塊：基于GIS將排水設(shè)施數(shù)據(jù)與地理信息數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)、污水處理廠、一體化處理設(shè)施、泵站、排水戶等的可視化以及設(shè)施的基礎(chǔ)信息查詢、統(tǒng)計(jì)、空間分析等功能，同時(shí)可疊加監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將靜態(tài)地理數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫結(jié)合，為污水廠、排水管網(wǎng)、泵站等監(jiān)管業(yè)務(wù)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐。實(shí)現(xiàn)研究范圍內(nèi)所有排水設(shè)施靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、關(guān)鍵考核指標(biāo)的一張圖展示，主要功能摸塊有：地圖管理、排水設(shè)施專題圖、隱患點(diǎn)專題圖、運(yùn)營調(diào)度看板、管網(wǎng)問題智能診斷等。功能包含：排水設(shè)施圖層瀏覽、查詢、定位、追溯分析、實(shí)時(shí)定位、設(shè)施定位、地圖查詢、刪除等功能。

設(shè)施巡檢養(yǎng)護(hù)模塊：建設(shè)設(shè)施巡檢養(yǎng)護(hù)模塊，建立對(duì)納入養(yǎng)護(hù)計(jì)劃的設(shè)施建立統(tǒng)一的臺(tái)賬，實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)設(shè)施養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)的信息化管理，借助移動(dòng)終端了解巡檢人員的巡檢軌跡和巡檢到位情況；通過設(shè)施狀態(tài)、參數(shù)等數(shù)據(jù)可掌握、分析設(shè)施運(yùn)行情況。系統(tǒng)建設(shè)模塊包含人員管理模塊、問題臺(tái)賬、人員出勤監(jiān)測(cè)、人員軌跡播放、設(shè)施統(tǒng)計(jì)、工單詳情等功能。

廠站網(wǎng)河監(jiān)測(cè)一張網(wǎng)模塊：針對(duì)城市易澇點(diǎn)建設(shè)易澇點(diǎn)水位監(jiān)測(cè)與視頻監(jiān)控；在排水系統(tǒng)中布設(shè)排水管網(wǎng)水位、流量、水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器；在泵站及工業(yè)園區(qū)出口布設(shè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)感知排水管網(wǎng)運(yùn)行情況，掌握易澇點(diǎn)水位、管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)水位及流量、泵站及工業(yè)園區(qū)水質(zhì)情況；支持設(shè)備基本信息、參數(shù)、位置信息管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的動(dòng)態(tài)更新管理。功能包括：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查看、提質(zhì)增效專題圖、監(jiān)測(cè)設(shè)備預(yù)報(bào)警、液位之間關(guān)聯(lián)分析、液位雨量關(guān)聯(lián)分析、液位河道水位關(guān)聯(lián)分析、污水廠監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、易澇點(diǎn)液位情況分析。

防澇應(yīng)急調(diào)度模塊：防澇應(yīng)急調(diào)度模塊集成多部門數(shù)據(jù)，包括氣象、國土、水利、公安等部門數(shù)據(jù)，結(jié)合排水管理要素一張圖系統(tǒng)與排水設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)汛期前“應(yīng)急預(yù)案制定”、汛情發(fā)生時(shí)的“執(zhí)行預(yù)案、應(yīng)急調(diào)度”、汛情結(jié)束后的“一雨一報(bào)”、“預(yù)案優(yōu)化”、“澇情回顧”等綜合管理。結(jié)合移動(dòng)APP與排水的配套使用，可實(shí)現(xiàn)防澇工作人員及車輛、物資的綜合管理、結(jié)合水雨情分析提供在線快速調(diào)配的決策支持。功能包含：預(yù)警啟動(dòng)、應(yīng)急隊(duì)伍管理、值班管理、信息報(bào)送管理、事中報(bào)告、事后報(bào)告、應(yīng)急預(yù)案管理和應(yīng)急隊(duì)伍調(diào)度等功能。

數(shù)據(jù)共享與集成模塊：通過標(biāo)準(zhǔn)化接口方式實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享對(duì)接集成，項(xiàng)目將與廣州市增城區(qū)水務(wù)局對(duì)接，接入增城區(qū)已建河道水位的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；與廣州市智慧排水系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享交換。

安*全生產(chǎn)模塊：通過安*全生產(chǎn)APP項(xiàng)目管理人員對(duì)項(xiàng)目安*全情況進(jìn)行核查，當(dāng)管理人員發(fā)現(xiàn)安*全隱患時(shí)可通過APP上傳安*全隱患至系統(tǒng)提示相關(guān)項(xiàng)目工作人員盡快處理。本模塊功能包含：項(xiàng)目信息、消息推送、隱患排查治理、隱患上報(bào)、隱患處理、日常工作、培訓(xùn)分析、學(xué)習(xí)培訓(xùn)、個(gè)人中*心和資料歸檔等功能。

摸清排水設(shè)施“家底”信息，將河涌信息、流域要素、入河排口、排水管網(wǎng)、實(shí)時(shí)在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)等信息數(shù)據(jù)收集、整合[2]；新塘鎮(zhèn)智慧排水管理系統(tǒng)的建設(shè)，集成了PLC自控系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、云端管理系統(tǒng)、防洪排澇模型等系統(tǒng)，同時(shí)新建控制室1座。

智慧水務(wù)平臺(tái)以數(shù)據(jù)為核心，包括數(shù)據(jù)采集、解析和展示，匯集數(shù)量眾多，品牌不一的監(jiān)測(cè)設(shè)備到統(tǒng)一的平臺(tái)系統(tǒng)，讓管理者能夠清晰直觀地看到各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；以應(yīng)用為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)雨、污水管網(wǎng)信息實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，掌握、真實(shí)的監(jiān)測(cè)信息、氣象信息，通過系統(tǒng)制定切實(shí)有效的應(yīng)急措施并能快速啟動(dòng)。

3 智慧水務(wù)應(yīng)用

3.1污水系統(tǒng)提質(zhì)增效

經(jīng)過多年的建設(shè)，我國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施已基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋，處理能力基本上可以滿足城鎮(zhèn)居民生活排水的處理需求。但排水管網(wǎng)不健全、不*，管網(wǎng)質(zhì)量差、運(yùn)行不規(guī)范、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等導(dǎo)致出現(xiàn)污水收集率低下、污水處理廠進(jìn)水濃度偏低等問題。為此，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等部委聯(lián)合印發(fā)了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案(2019~2021年)》，提出生活污水處理的由“數(shù)量增加”向“質(zhì)量提升”轉(zhuǎn)變，挖掘提升生活污水收集處理設(shè)施的效能，要求實(shí)現(xiàn)城市生活污水集中收集率、污水廠進(jìn)水BOD濃度“雙提”的目標(biāo)，保持和鞏固水環(huán)境整治、水生態(tài)改善的工作成效。本工程的實(shí)施同樣響應(yīng)了“污水處理提質(zhì)增效”的新要求。

本工程排水管網(wǎng)特點(diǎn)是：管網(wǎng)覆蓋面廣、長度較長，管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜；同時(shí)，由于新塘鎮(zhèn)地處東江北岸，水系發(fā)達(dá)，河涌遍布，地下水位較，污水管網(wǎng)多次下穿河涌，污水管網(wǎng)較復(fù)雜接入點(diǎn)多且分散。

污水水質(zhì)、水量和水位是污水的三個(gè)重要指標(biāo)，均可通過在線設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，從經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)施性角度出發(fā)，優(yōu)先選取水量易發(fā)生波動(dòng)節(jié)點(diǎn)、過河涌節(jié)點(diǎn)、支管接入主管等節(jié)點(diǎn)處設(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)備。東江是珠江的支流，其每天會(huì)出現(xiàn)、低潮水位，選取2021年12月實(shí)測(cè)東江水位變化曲線見圖2。

圖2實(shí)測(cè)東江水位波動(dòng)曲線圖

由圖2智慧水務(wù)平臺(tái)監(jiān)測(cè)到的東江潮汐水位變化范圍為-0.07~2.6m(1985國家程系，余同)。本工程范圍內(nèi)東江北岸地勢(shì)低洼，地面實(shí)際低標(biāo)為2.81~3.05m，不能夠滿足50a一遇的防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)，存在水淹風(fēng)險(xiǎn)，并且于2020年5月22日暴雨期間被水淹，水淹深度為50~60cm，退水時(shí)間為3~4h。本工程在水力計(jì)算的基礎(chǔ)上提出新建排澇泵站的方案，終在東江與簍箕涌、西涌和甘涌交匯口處分別新建三座排澇泵站，解決了東江邊地勢(shì)低洼處雨季的防洪排澇問題。

根據(jù)智慧水務(wù)平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，隨著每天東江潮汐水位的波動(dòng)，沿江路污水主管的液位呈同步正相關(guān)變化，數(shù)據(jù)選自2021年10月中下旬，見圖3。

圖3東江水位與污水管液位波動(dòng)曲線圖

這說明有地下水入滲或江水倒灌至污水系統(tǒng)，同時(shí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示水質(zhì)濃度與水位呈負(fù)相關(guān)變化，進(jìn)一步佐證了有外水進(jìn)入污水系統(tǒng)。

針對(duì)由于存在地下水入滲點(diǎn)和江水倒灌口導(dǎo)致污水管網(wǎng)“低濃度、水位”的運(yùn)行情況，采取分期實(shí)施的工程方案。近期以“擠外水”為主要目標(biāo)，以截流井倒灌、雨污錯(cuò)混接、管道缺陷、部分雨污分流為整治對(duì)象開展“清污分流”；遠(yuǎn)期開展管網(wǎng)*、源頭雨污分流改造、溢流污染控制等，建立長效機(jī)制，推進(jìn)源頭治理，進(jìn)一步改造優(yōu)化污水收集處理系統(tǒng)，持續(xù)推進(jìn)污水處理提質(zhì)增效。12月8日外水點(diǎn)整治實(shí)施完畢后，沿江路污水主管的液位保持平穩(wěn)，不再隨東江水位波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了污水系統(tǒng)的良性平穩(wěn)運(yùn)行，見圖4。

圖4外水點(diǎn)整改后東江水位與污水管液位波動(dòng)曲線圖

但12月21日降雨后，沿江路污水管液位快速上升甚至超過警戒及報(bào)警水位，說明沿江路污水管上游存在錯(cuò)混接點(diǎn)，導(dǎo)致雨季大量雨水進(jìn)入污水系統(tǒng)，需進(jìn)一步向上游溯源并進(jìn)行錯(cuò)混接改造。

通過智慧水務(wù)設(shè)置的液位計(jì)在外江潮汐水位變化時(shí)監(jiān)測(cè)到污水管液位的變化，發(fā)現(xiàn)大量的外水點(diǎn)，對(duì)新塘污水系統(tǒng)所有發(fā)現(xiàn)的江水倒灌點(diǎn)或入侵點(diǎn)進(jìn)行整改，累計(jì)擠出外水量3.7萬m3/d，成效顯著，表現(xiàn)為新塘污水廠進(jìn)廠污水水質(zhì)濃度有明顯的提升，見圖5。

圖5新塘污水廠進(jìn)廠COD濃度變化曲線圖

由圖5可知，項(xiàng)目實(shí)施后(2020年11月~2022年3月)新塘污水廠水質(zhì)濃度有較為顯著的提升，各月COD均值為193.6mg/L；與項(xiàng)目實(shí)施前相比(2020年1月~2020年10月)各月COD均值為102mg/L，進(jìn)廠C0D濃度提升89.8％。在擠出外水的同時(shí)，污水濃度進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)了污水系統(tǒng)提質(zhì)增效—“擠外水、提濃度”的建設(shè)目標(biāo)。

3.2雨水系統(tǒng)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

內(nèi)澇是指由于強(qiáng)降水或連續(xù)性降水超過城市排水能力致使城市內(nèi)產(chǎn)生積水災(zāi)害的現(xiàn)象。隨著城市化的快速發(fā)展，城市下墊面硬化面積逐年增加，下滲量減少，導(dǎo)致地表徑流量增加，大幅增加了城市的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，廣州市每年由于內(nèi)澇造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)數(shù)億元。

為解決洪澇災(zāi)害采取了一系列措施，其中一項(xiàng)便是建設(shè)智慧水務(wù)內(nèi)澇監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城區(qū)易澇及重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，采用多個(gè)雨量計(jì)，提測(cè)雨的準(zhǔn)確性，對(duì)可能或即將產(chǎn)生洪水災(zāi)害的暴雨進(jìn)行預(yù)警；對(duì)內(nèi)澇現(xiàn)況和趨勢(shì)進(jìn)行展示和渲染，當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，即進(jìn)行預(yù)警并自動(dòng)聯(lián)系布防人員現(xiàn)場處置。

2021年5月雨季，通過設(shè)置于新塘污水廠的雨量計(jì)監(jiān)測(cè)，得到5月累計(jì)降雨為332mm，共15場雨，其中大雨5場，小雨10場，具體情況見圖6。

圖6新塘鎮(zhèn)污水處理廠降雨累計(jì)曲線圖

對(duì)于下沉隧道等監(jiān)測(cè)的易澇點(diǎn)，通過監(jiān)控視頻、電子水尺等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦積水深度超過設(shè)定數(shù)值即聯(lián)動(dòng)LED顯示屏發(fā)布雨洪信息，并關(guān)閉道閘阻止行人及車輛進(jìn)入，且可以聯(lián)動(dòng)現(xiàn)場排水設(shè)備進(jìn)行及時(shí)排水，避免和延緩城市內(nèi)澇的發(fā)生。

同時(shí)，對(duì)泵站、閘門和污水廠進(jìn)行信息化、智慧化改造和賦能，建成智慧泵站、智慧閘門和智慧污水廠，使其像人類一樣具有“智慧”，能夠“思考”，針對(duì)不同的運(yùn)行工況和突發(fā)狀況能夠采取智慧化的應(yīng)對(duì)措施。

新塘鎮(zhèn)內(nèi)澇點(diǎn)是新塘鎮(zhèn)長期以來存在的內(nèi)澇黑點(diǎn)，其地勢(shì)較低，地形坡度較大，現(xiàn)狀雨水口少難以滿足地面雨水收集的需要，且上游匯水面積較大為0.61km2。經(jīng)水力計(jì)算復(fù)核，現(xiàn)狀d1650的雨水管僅能滿足重現(xiàn)期P=1a的排水需求。內(nèi)澇情況表現(xiàn)為：小雨積水、大雨內(nèi)澇，嚴(yán)重困擾了附近居民的日常生活，2021年5月31日暴雨期間，此處大水深為68cm(見圖7)，歷時(shí)2h才退水。

圖7內(nèi)澇點(diǎn)改造前降雨曲線

針對(duì)內(nèi)澇點(diǎn)，采取的工程措施如下：對(duì)上、下游雨水管網(wǎng)進(jìn)行清淤、清障；現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)存在較多結(jié)構(gòu)病害，如異物穿入、變形和塌陷等，進(jìn)行病害修復(fù)；新建橫截式雨水溝和雨水口，加強(qiáng)對(duì)雨季地面漫流雨水的收集；新建2×d1000雨水分流管對(duì)上、下游雨水進(jìn)行分流。改造實(shí)施完畢后，可滿足重現(xiàn)期P=5a的排水標(biāo)準(zhǔn)。

在實(shí)施工程措施的同時(shí)，進(jìn)行智慧化改造，安裝智慧排水監(jiān)測(cè)和預(yù)警設(shè)備，現(xiàn)場安裝有電子水尺、雨量計(jì)、攝像頭和LED雨情預(yù)警顯示屏。

內(nèi)澇點(diǎn)改造實(shí)施前，降雨重現(xiàn)期大于1a便會(huì)發(fā)生內(nèi)澇，圖7降雨曲線所示，積水深為68cm。

內(nèi)澇點(diǎn)改造實(shí)施完畢后，消除了的內(nèi)澇隱患，在暴雨期間積水深為6cm，并未發(fā)生內(nèi)澇，見圖8。

圖8內(nèi)澇點(diǎn)改造后降雨曲線

4 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)

1.平臺(tái)概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺(tái)的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測(cè)、分析、治理裝置，用于監(jiān)測(cè)污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，監(jiān)測(cè)主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)行安*全可靠，提污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。

2.平臺(tái)組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安*全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運(yùn)維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運(yùn)維管理人員通過一套平臺(tái)、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

3.平臺(tái)拓?fù)鋱D

4.平臺(tái)子系統(tǒng)

4.1變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對(duì)水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級(jí)配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對(duì)異常情況及時(shí)預(yù)警。

監(jiān)測(cè)變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報(bào)警等數(shù)據(jù)。

4.2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理

水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動(dòng)導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測(cè)其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對(duì)應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提供電電能質(zhì)量。

4.3電動(dòng)機(jī)管理

馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對(duì)過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對(duì)電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計(jì)量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對(duì)比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量，同環(huán)比對(duì)比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算，標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)。

能效分析按三級(jí)計(jì)量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對(duì)各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對(duì)標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢(shì)圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國家/指標(biāo)對(duì)標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.5智能照明控制

系統(tǒng)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(qū)域控制、自動(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安*全、節(jié)能的目的。

4.6電氣安*全

4.6.1電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安*全預(yù)警。

4.6.2消防應(yīng)急照明和疏散指示

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動(dòng)疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

4.6.3消防設(shè)備電源監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備可以正常投入使用。

4.6.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動(dòng)閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號(hào)。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，能指示報(bào)警部位并保存報(bào)警信息，保障了電氣安*全的可靠性。

4.7環(huán)境監(jiān)測(cè)

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安*全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.8分布式光伏監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運(yùn)行監(jiān)視，對(duì)逆變器直流側(cè)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(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以曲線方式繪制上述監(jiān)測(cè)的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺(tái)結(jié)合廠區(qū)實(shí)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(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂?shù)难b機(jī)容量。

4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺(tái)通過2D、3D方式實(shí)時(shí)監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機(jī)保護(hù)，進(jìn)行短路、過流、過載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常。

5 相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

1.電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機(jī)管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

2.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

6 結(jié)論

智慧水務(wù)在污水系統(tǒng)提質(zhì)增效和雨水系統(tǒng)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方面有較大的應(yīng)用空間。隨著信息技術(shù)在水務(wù)行業(yè)的滲透與發(fā)展，其對(duì)水務(wù)行業(yè)的影響日趨顯著,利用自控、感知、智能等技術(shù)手段提升城市排水系統(tǒng)管理水平受到越來越多的關(guān)注[3]。智慧水務(wù)是智慧城市的重要組成部分，它使排水管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行和管理更加智能化、專業(yè)化和精細(xì)化，在信息技術(shù)的加持下，大量的管網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)收集和歸納被應(yīng)用，對(duì)城市管網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和智慧城市的構(gòu)建具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王亮.李文濤.張海飛.鄒東豪.智慧水務(wù)在市政排水系統(tǒng)效能提升中的應(yīng)用[J].城市橋道與防洪，2023.

[2]王凱麗.小流域綜合整治案例簡析—以合肥市王建溝流域水質(zhì)提升為例[J].中國市政工程，2020(5):38-41.

[3]王鱗.深圳市龍崗區(qū)智慧水務(wù)建設(shè)及總體規(guī)劃[J].節(jié)能，2021，40(3):75-77.

.       安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版

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1.       云平臺(tái)：變電所運(yùn)維云平臺(tái)、分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)、建筑能耗云平臺(tái)、企業(yè)能源管控平臺(tái)、遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)管控云平臺(tái)、宿舍預(yù)付費(fèi)管控云平臺(tái)、充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)、智慧消防云平臺(tái)、安全用電管理云平臺(tái)、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺(tái)；

2.       系統(tǒng)解決方案：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、馬達(dá)保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控及能效分析系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控裝置、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)；無線測(cè)溫系統(tǒng)；

3.       中壓測(cè)控裝置：環(huán)網(wǎng)柜綜合保護(hù)裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測(cè)控裝置、線路保護(hù)裝置、配電變保護(hù)裝置、電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置、備自投保護(hù)裝置、電容器保護(hù)裝置、PT檢測(cè)裝置、低壓備自投裝置、公共測(cè)控裝置、防孤島保護(hù)裝置、電流互感器過電壓保護(hù)器、溫濕度控制器、無源無線測(cè)溫傳感器、CT取電無線測(cè)溫傳感器；

4.       電力監(jiān)控與保護(hù)：弧光保護(hù)裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動(dòng)機(jī)(馬達(dá)）保護(hù)器、低壓線路保護(hù)器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

5.       電能管理：可編程交流電測(cè)儀表、可編程直流電測(cè)儀表、多功能全電量電表、精度網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、電能質(zhì)量表、海拔儀表、逆電流監(jiān)測(cè)電表、電子式電能表、導(dǎo)軌式電能表、面板表嵌入式電表、預(yù)付費(fèi)表、多用戶計(jì)量箱、物聯(lián)網(wǎng)儀表、無線多回路計(jì)量交流/直流表、無線多回路環(huán)保檢測(cè)模塊、正反向直流電能表、無線通訊轉(zhuǎn)換器、智能照明控制裝置；

6.       電能質(zhì)量治理：有源電力濾波器、中線安防保護(hù)器、諧波保護(hù)器、靜止無功發(fā)生器、濾波補(bǔ)償裝置、電力電容補(bǔ)償裝置、集成式諧波抑制電力電容補(bǔ)償裝置、投切開關(guān)、功率因數(shù)補(bǔ)償控制器、自愈式低壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器；

7.       電氣安全：電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器、剩余電流探測(cè)器、電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、在線監(jiān)控路燈計(jì)量、無線測(cè)溫顯示單元、故障電弧探測(cè)器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監(jiān)測(cè)裝置、醫(yī)療機(jī)構(gòu)絕緣報(bào)警顯示儀、醫(yī)療醫(yī)院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)裝置、電氣防火限流式保護(hù)器；

8.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車智能充電樁、汽車充電樁、光伏匯流采集裝置；

9.       數(shù)據(jù)中心/鐵塔基站：數(shù)據(jù)采集模塊、機(jī)房數(shù)據(jù)柜監(jiān)控裝置、多回路電表、母線監(jiān)控裝置、電力監(jiān)控屏；

10.       智能網(wǎng)關(guān)：通信管理機(jī)、無線通信終端（無線通訊轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、串口服務(wù)器；

11.       電量傳感器：低壓電流互感器、開口式互感器、一次小電流互感器、0.2級(jí)電流互感器、低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號(hào)隔離器、有功功率變送器、無功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護(hù)器；

12.       環(huán)保監(jiān)控：油煙在線監(jiān)測(cè)儀、環(huán)保數(shù)據(jù)采集傳輸裝置；