水利信息化在城区供水中的应用——以天水市城区引洮供水工程为例

周正强 ，赵国荣

（1. 甘肃省水务投资有限责任公司，甘肃 兰州 730000；2. 甘肃水务节水科技发展有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

天水市城区供水水源单一且调节能力差，完全依赖地下水，而天水市的地下水由于长期过度开采，地下水位持续下降，可供应水量不断减少，供水保证程度低，每年 4—7 月用水紧张时，城区只能采取分区段限时供水方式[1]。天水市城区现状水源已不能满足城区 64.8 万人的生活用水及工业用水，现状年需水量约为4882万 m3，缺水量为1052万 m3，缺水率为 22%[2]。天水市城区水资源的短缺已成为制约天水市经济社会可持续发展的瓶颈问题，为保障水源，针对天水市供水开建了城区引洮供水工程，该工程总投资为 14.82亿元，设计流量为 2.1 m3/s，年供水量为5548万 m3，建成后将成为天水市城区主要供水水源。

1 信息化需求及建设目标

1.1 需求分析

天水市城区引洮供水工程从引洮二期四干渠末端取水，主要建设内容有渠道工程、隧洞工程、输水管道工程和调蓄水池工程等，其中上游渠道工程长为 14.630 km，中、下游管道工程长为 69.051 km，同时工程包含藉口镇杨家湾调蓄水池及相应进出水构筑物[3]。由于该项目供水线路长，控制节点多，布局分散，传统的管理模式对关键节点的控制和计量难度都很大，耗费大量的人力和物力，故只能利用现代化的手段，安装先进的数据采集终端，通过信息调度的方式实现工程的现代化管理[4]。

1.2 建设目标

天水市城区引洮供水工程运行管理信息化系统通过集成闸门（阀门）调度、应急枢纽的自动监控、工程关键节点的视频监控及调度管理决策等系统，依托信息化的体系建设，配套以生产调度、调配水管理及相应的安防体系，建成覆盖天水市城区引洮供水工程项目的水利信息化管控平台，为供水工程的生产管理提供决策支持，达到工程安全运行、降低运营成本、提高供水效率的目的[5]。

2 解决方案

天水市城区引洮供水工程运行管理信息化系统主要包括供水管道压力和流量自动测报、检修阀和闸门自动遥控等系统。整个系统总结构为开放型分层分布式结构，中心即为工程调度管理中心站，若干阀控、管道流量和压力监测子站为其辐射点。中心站设在秦州管理所，集工程调度、监测等为一体。沿供水管道设若干测站，分别位于各阀门控制点，形成遥测（管道压力、流量等）及遥控子站（阀门等）。中心站通过通讯系统对子站进行直接监控，主要对阀门、管道压力、流量等进行监控，在调度监控中心建立集中监控和信息管理网络平台，建立阀门监控平台、管道流量和压力监控调度平台，每一个监控子站采集现场数据信息，并上传调度中心站，同时接受调度中心站发出的控制命令，控制现场设备。

2.1 系统总体架构及网络拓扑结构

2.1.1 系统总体架构

天水市城区引洮供水工程运行管理信息化系统架构具体如图1所示。

图1 天水市城区引洮供水工程运行管理信息化系统架构图

2.1.2 网络拓扑结构

天水市城区引洮供水工程运行管理信息化系统采取纵向分层、横向分区的系统结构，在控制区纵向上，分为3级：1）中心级，即天水调度中心；2）管理所级，即武山洛门、秦州籍口管理所；3）现地级，即沿线闸控与观测现地站，主要包括4处检修阀监控、8 处调压阀监控、19 处管道压力监测、8 处管道流量监测、4 处倒虹吸进出口闸门监控（包含 1，2，3# 倒虹吸进出口）、2 处应急自流引水工程枢纽闸门监控、42 km 管道压力检测及70km供水管道安全监测等，具体如图2所示。

2.2 系统组成

2.2.1 网络系统

计算机网络系统整体采用层次化设计，分为3 层：调度中心作为核心节点，管理所作为汇聚节点，各现地控制单元作为现地接入节点。

2.2.2 视频监控系统

根据实际需求，在调度中心布置视频工作站及软件平台等中心站设备，并建设6路高清网络视频摄像头，接入会商中心、武山洛门管理所，以及倒虹吸和 2# 洞进出口、水池等的视频监视系统，在调度中心可分别同时调度接入各处的任意摄像头画面，并可控制现地球机。在会商中心和武山洛门管理所分别建设6路高清网络视频摄像头，并部署硬盘录像机和视频工作站，6 处倒虹吸和 2# 洞进出口、水池等共部署18路高清网络视频摄像头和9处硬盘录像机，接入本地视频信号，并保存30d 视频图像。

图2 天水市城区引洮供水工程运行管理信息化系统网络结构图

该系统以秦州籍口调度中心为核心，通过专用计算机广域网络连接各现地站监控点，实施对现地的闸站、观测站周边和闸室环境和设备状况进行全方位的视频监控，该设备主要包括摄像机及镜头（电动变焦）、摄像机防护罩、支架等，配套传输线路和电源电缆组成。该系统在功能上，它不仅为闸站监控运行管理服务，还为其它应用系统和专业运行管理人员提供支持，以实现工程建成后运行期控制节点的无人或少人值守。

2.2.3 闸阀控制系统

引洮供水天水城区供水工程渠线较长，沿线设有较多的分水闸、分水阀、节制闸、退水闸等，建设高效完善的闸/阀门综合自动监控系统成为工程运行管理系统安全可靠运行的重要基础。通过配置智能型 PLC 设备，利用先进的计算机监控技术，实现现地闸/阀门通过流量控制运行，并实现调度中心及管理站的远程控制，通过系统将闸门开度、荷重、阀门状态等信号送至 PLC，PLC 将相关参数发送给现地工控机控制开度。

2.2.4 视频会商系统

天水城区供水工程总干渠全线为100多 km，调度、会商中心与现地管理站地理位置分布分散，且距离较远，在需要各站多人参与会议会商时有很大局限性，但随着信息技术的不断发展，会议会商系统的出现可以有效地解决会商、调度中心与各管理站的会议会商与决策的问题。在秦州籍口调度中心为主会场配置视频会商系统 MCU 及录播服务器，武山洛门为分会场配置视频会议终端设备，实现远程会议功能。

2.2.5 供水管道安全监测系统

供水管道沿途地形地貌、气候条件复杂多样，管线需要穿越溪渠、沟壑、道路、农田等各类野外地质区域，大大增加了管线监控的难度，同时一些人工作业往往会直接对管道造成破坏，导致突然停水和管道爆裂，因此实时提供管线运行过程中的应力应变参数、漏水噪声监测，以及管道内的压力和流量变化，通过分布式光纤技术和流量计、压力计等实现实时的监测并进行统一管理，达到异常报警，管理人员及时维修，避免重大事故发生的目的。

2.2.6 安全支撑系统

调度中心、管理所设置动环系统，对温度、湿度、烟雾、漏水、图像及机房动力设备（智能高频开关电源、UPS）进行全面监控，实现电源监测、机房环境及管理所安全监测。同时以等保护安全框架为依据和参考，在满足国家法律法规和标准体系的前提下通过一中心两防护的安全设计，形成网络安全综合防护体系，体系化地进行安全方案设计，全面满足等保安全需求及项目网络安全战略目标。

2.2.7 应用支撑系统

应用系统采用集中部署方式，集中部署在天水市秦州区，武山洛门管理所和秦州籍口管理所通过配置客户端进行各类业务应用的使用。现地管理站设置闸门监控、视频监控的客户端应用。应用支撑平台负责为各类应用提供服务和支撑，根据告警规则和策略进行告警的智能分析判断，并支持多种告警方式，包含综合报表、统计与查询、发布等综合信息应用，具有对系统实现统一的监视与管理、发布平台通信消息的机制。

该系统配备的应用软件主要包括可显示实时信息的 GIS 展示功能，同时包括闸阀的实时状态信息、管线实时流量、压力、视频、水质及供水管道等安全监测信息[6]。当监测数据超过设定的阈值指标时，系统自动以闪烁、声音等方式报警的动力环境监测，并配备有分析功能的工程、调度管理软件和实时反馈信息的移动互联应用。

3 结语

由于该工程点多线长，在目前的人力、物力条件下，已经不能像传统的供水方式那样，在所、段、站配置相应的人员进行水量的计量和调配，只能使用现代化的手段，使得传统的管理方式逐步向计算机信息化、智能化转变，通过应用自动化报表，提高数据统计、分析、汇总的效率，提高数据采集和提取的精确性和可靠度。通过6个月的试运行，在整个工程信息化的推广应用过程中，改善了工作环境，提高了灌区工作人员的管理水平和工作质量，还提高了水资源调度调配能力和用水效率，实现了从渠首到用户水情信息的实时监测和记录，可随时随地掌握工程运行情况，提高了水资源调度的准确性、时效性。

天水市城区引洮供水工程运行管理信息化系统的成功应用表明，水利信息化已经成为现代长距离供水工程管理的必然趋势，尤其在点多线长的城区供水工程中重要性及实用性尤为突出，这使得类似甘肃省等水资源匮乏地区，通过供水解决水资源短缺问题的同时不增加管理成本成为可能，也将为类似省份进行水利信息化改革提供宝贵的实践和技术经验。