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水网建设工程建设内容包括水源工程、水系连通及河道治理工程、蓄涝区及湿地工程和生态景观工程四部分内容
1)水源工程
水源工程包括取水泵站3座,提水泵站1座并配套建设取水及输水设施。
2)水系连通及河道治理工程
建设徐尹沟、潮白河右堤涵和东郊森林公园联通水系三处水系联通工程。
建设平岗沟、翟减沟、徐双沟、翟阳沟四条河道综合治理工程。
3)蓄涝区及湿地工程工程
根据宋庄镇总体规划,在地区共需设置7块蓄涝区。
设置人工湿地9处,净化来水水质。
4)生态景观工程
在水源工程、水系连通及河道治理工程、蓄涝区及湿地工程建设的基础上,进行景观绿化提升工程。
工程所在地区管理部门目前主要通过人工巡查、excel表格、电话沟通、纸质文件记录等方式进行设施与环境的建设与维护管理,工作时效性较低、系统性调控能力不足、对复杂问题的决策能力较弱。
主要存在以下问题:
1)信息采集基础设施配备不足,目前水网区域内对于水环境质量的监管缺少连续监测设备支撑,仍主要采用人工取样化验检测的方法,存在水质监测数据少、周期长,对于河流水质点源污染存在无法及时检测发现等问题,且检测数据共享难、利用效率不高。
2)业务办公自动化手段落后,现阶段对于工程项目的巡查巡检、设施维护维修等工作仍采用纸质记录表的方式进行管理,缺少业务系统电子工单流转工具支持,信息传递效率低,业务绩效监管难。
对于区域内防洪排涝调度仍采用电话通知等方式,缺少会商系统、GPS巡检终端机等先进设备支持。
3)环境信息科学化分析工具缺乏,在防洪、水资源调度等重大决策和应急指挥过程中,无法利用有效分析工具如模型、GIS等信息化手段实现工程科学决策,管理水平尚有较大提升空间。
6.15.4系统功能需求分析
通过对现有问题的分析总结,需对区域水环境管理工作进行智慧水务顶层设计,以实现工程建设运管全生命周期管理,以及水安全、水资源、水环境、水生态的统筹考量,同时满足政府按效付费的考核制度。
具体应包括以下系统功能建设需求:
(1)防洪排涝管理
以水利设施自控系统为基础,信息通过信息平台实现闸坝、泵站的联调联控、内涝预警与3D洪水演进,构建日常调度与应急调度的会商决策管理系统,确保水网防洪安全。
(2)水资源调配管理
以水资源管理制度“三条红线”为业务主线,建设水资源现状管理、水资源信息服务、水量平衡分析、水资源配置管理等业务功能,理清水资源分配实际情况,实现水网水资源的统筹管理。
(3)水环境管理
以污染物总量控制体系为依据,建立水网水质水量监测-预警系统,同时借助流域水力-水质耦合模型,进行流域水质风险分析,形成水质评价地图。
(4)生态质量管理
结合卫星遥感与生态监测等方法对河道生态质量进行监控与评价,基于GIS平台绘制生态质量图谱,进行植被覆盖率、生物多样性等综合评估,为水网生态保护提供依据。
(5)工程项目管理
针对水网工程建设与运营全生命周期提供业务管理功能,实现项目建设期进度、成本的统一管理和项目运营期巡查、养护作业的精细化与电子化管理。
(6)绩效考核管理
以总体考核标准为依托,以水网建设运营数据为基础,建设绩效指标计算评价管理系统,形成以指标为核心的运管对标决策管理体系。
6.15.5系统总体设计
(1)总体框架
水网工程智慧水务系统总体框如下图所示。
①监测体系,物联感知是智慧水务系统的基础,分为水利工程设施监控、水环境质量监测、区域生态监测以及滨水安全监控,实现对气象降雨、河道水位、流速、水质以及闸坝、泵站运行工况的全方位监控,为防汛预警、模拟分析、联控调度等提供基础数据支撑。
②大数据平台,数据服务是智慧水务系统的核心,按照水利部水利大数据平台建设的基本技术要求,形成可靠、完整的数据更新维护机制,具备严格的数据标准体系和完善的管理体系。
汇集基础性、全局性、专业性的水务数据资源,建成集接收处理、存储管理、共享交换、应用服务于一体的大数据平台,形成以基础水务大数据平台为核心的集中服务窗口,为业务系统信息应用提供统一的数据资源和应用服务平台。
③综合业务应用,通过“防洪排涝管理系统”,“水文水资源管理系统”,“水环境管理系统”,“区域生态质量管理系统”,“滨水物业管理系统”和“绩效考核系统”及门户网站建设,形成一个智慧化的水务信息化服务中心,为水资源、水生态科学持续利用提供技术支持;
形成一个面向公众的服务支持体系,为水政务、民生水务、水文化宣传提供服务;
形成一套协同管理工作机制和建设管理标准,为水务管理提供指导;
形成一个水资源管理制度试点的示范基地,为水资源管理制度提供实践经验,最终达到资源共享协作、业务综合管理、信息统一综合展示、监测全能服务及应急联动响应的智慧化水务管理能力。
图5.8.1水网智慧水务总体框架图
(2)关键技术
项目采用物联网、大数据、专业模型、3S、工作流、云计算等先进技术,以工程范围为核心管理区,以防洪排涝、水质提升、水资源合理调配为目标,建立水网智慧水务系统。
系统构建过程中需要运用的关键技术如下:
①组件开发技术
系统开发采用组件化编程技术,将程序模块化,以保证系统的系统稳定性与可扩展性,组件之间通过标准化接口提供对外服务与交互,以保证系统的兼容性。
②SOA体系架构
系统采用SOA架构,支持灵活快速改变业务流程,提供更符合业务需求的松耦合的系统服务,可以广泛使用可重用的组件,并使系统不受开发语言限制影响
③模型技术
根据水网水体的水动力、水质特性及污染负荷,利用MIKE软件,建立了河网水动力和水质耦合模型。
利用实测水位、NH3-N、COD质量浓度进行了参数的率定和验证。
在水动力水质模型的计算结果的基础上,计算水环境容量及其现状入河污染物负荷,构建河道污染物负荷历时曲线,计算出COD和NH3-N在各个流量历时区域内的削减量和削减率,为水网地区水环境保护和水资源管理提供依据。
④3DGIS技术
系统采用3DGIS技术,实现从数据结构到空间查询再到建模分析,都建立在三维数据模型基础上的智慧水务地理信息系统。
充分利用计算机图形技术、三维可视化技术、虚拟现实技术、空间数据结构技术以及三维空间交互与分析技术等多项技术。
⑤Webservice技术
系统通过Webservice技术构造分布式、模块化应用程序和面向服务的应用集成,支持不同开发语言跨平台的应用系统间的互操作。
6.15.6监测体系建设
水网智慧水务系统监控体系建设充分利用物联网、卫星遥感、雷达遥测、视频监控、全球定位与信息感知等新技术、新方法,形成对重点监测区域的水安全、水资源、水生态、水环境的立体监测网络,建设成布局合理、结构完备、功能齐全、高度共享的空天地一体化水务基础信息采集与传输系统,全面提高管理部门的防洪排涝、水环境及水生态的监控和调配能力。
监控体系的建设一方面为各类业务系统提供基础数据,另一方面通过监控体系实现智慧控制策略的切换与执行。
主要包括水利工程监控体系、水环境监测体系、生态质量监测体系和滨水安全监测体系四类。
(1)水利工程设施监控
智慧水务系统将对水网工程水利设施进行远程统一监控调度,统筹调配工程区内防洪排涝与水资源管理。
在水网工程中,建设取水泵站3座,提水泵站1座,新改建水闸19座。
水利工程配套建设自动化控制系统,实现设备的自动化运行与故障报警。
图5.8.2水利工程布置图
智慧水务水利工程监控体系实现与自控系统的数据集成,将数据同步到数据中心,结合全局分析与预测数据,实现智能化远程控制决策。
通过部署数据采集软件,利用OPCServer协议与自控系统PLC或上位机系统数据库进行数据交互,并通过WebService协议将数据传输至智慧水务数据中心。
系统支持数据双向交互,智慧水务系统远程派发指令到自控系统PLC,控制设备运行。
传输过程中提供压缩传输、断网续传等安全保障机制。
①河道闸坝
智慧水务信息系统从河道闸坝自控系统中同步数据包括闸坝起闭机运行工况,如开启关闭状态、电流、电压等。
②取水泵站
智慧水务信息系统从取水泵站自控系统中同步数据包括水泵、闸门运行工况,如开启关闭状态、电流、电压等,以及水位、流量等。
③提水泵站
智慧水务信息系统从提水泵站自控系统中同步数据包括水泵、闸门运行工况,如开启关闭状态、电流、电压等,以及水位、流量、压力等。
(2)水环境监测
为提高水环境信息获取的及时性、准确性和可靠性,为水网水资源优化调度与水质提升管理提供数据支持,应建设完善的水环境监测体系,在关键点位设置雨量监测站、水位-流量监测站和水质监测站。
①雨量监测站
新建3处自动雨量站(包括自动雨量计、基础、箱体、避雷器、供电设施、遥测终端机、通讯模块等)实现工程范围内雨情信息监测,如下图所示,自动雨量站采用太阳能供电系统,使用GPRS通讯方式,实现雨情信息的自动采集和上传。
图5.8.3雨量监测站布点图
②水位-流量监测站
为掌握水网河道水文情况,为防汛应急与水资源优化调度提供数据支持,在工程范围内主要河流、渠道重要结点处新建26处水位-流量自动监测站,如下图所示。
测量周期满足1~15分钟可调。
水位流量监测站采用太阳能供电系统,使用GPRS通讯方式,实现水情信息的自动采集和上传。
图5.8.4水位-流量监测站布点图
③水质监测站
对于水网水质的监测采用自动监测与人工检测相结合的方式,在主要沟渠关键断面设置26处全指标水质监测站(温度、pH、溶解氧、浊度、电导率、高猛酸盐指数、氨氮、TN、TP等),如下图所示,水质监测站的供电将借助沿河布置的电缆和通信光缆,实现水质信息的自动采集和上传。
图5.8.5水质监测站布点图
水质监测站将实现自动采水,自动化验,自动排水,自动上传分析结果等功能,以到达对水质监测的及时、高效、准确的要求。
图5.8.6水质站组成示意图
对于21条沟渠均设置人工检测水质断面(其中6处与水质监测站位置保持一致),定期取样进行pH、电导率、溶解氧、透明度、氧化还原电位、COD、BOD5、氨氮、TN、TP、SS、石油类、挥发酚、汞、铅等指标的化验检测。
检测间隔为每两周一次。
人工采样水样,将送具有CMA计量认证资质实验室分析化验,并将检测结果上报系统。
(3)生态质量监测
对水网生态质量进行监测,为河流生态健康评价提供基础数据,以利于在河道建设与管理过程中更有针对性的进行生态治理。
利用遥感卫星图片进行水域面积、植被面积等解析,在21条沟渠设置人工检测生态断面,进行生物多样性、生物量等检测,并进行土壤墒情及河道底泥的采样与化验,包括1)污染物:
有机质、总氮、总磷;
2)重金属:
As、Pb、Cu、Cr、Cd、Hg、Zn、Ni、B;
3)其他:
污泥含水率、EC(可溶性盐浓度)、pH、含水率、粪大肠菌群值、蠕虫卵死亡率等指标,每季度检测一次,严密监控工程范围内生态质量。
图5.8.7生态采样点布置图
(4)滨水安全监控
在水网工程3座取水泵站、1座提水泵站、19座水闸、3座雨量监测站、25座水位-流量监测站和26座水质监测站处均布设视频监控及广播系统,实现设施安全监控。
6.15.7业务系统建设
基于业务需求,在***市智慧水务平台的大框架内,水网智慧水务软件系统应包括防洪排涝管理系统、水文水资源管理系统、水环境管理系统、区域生态质量管理系统、滨水物业管理系统和绩效考核系统,如下图所示。
图5.8.9水网智慧水务应用系统结构
(1)防洪排涝管理系统
防洪排涝管理系统以先进的遥测系统实现水情、雨情、旱情数据的收集,建立覆盖范围广、满足防汛抗旱需要的信息采集、数据库和洪水预报模型系统,为洪水预报、防洪调度、布置抢险提供科学合理依据;
通过建立决策支持专家调度系统,制定正确、科学的调度和抢险;
通过通信网络系统和视频会议系统,下达防洪调度和抢险救灾指挥命令,为水情、雨情信息的上传、防洪调度和抢险救灾指挥命令的下达等提供通信手段。
(2)水文水资源管理系统
水文水资源管理系统以用水总量控制、用水效率控制和水功能区限制纳污“三条红线”为业务主线,主要建设水资源信息服务、水资源现状管理、规划建设管理、城市供水、用水管理、污水管理、工程管理、水土保持、水政执法、水资源信息发布平台等业务系统。
形成支撑水资源管理体系的工作业务平台和决策支持环境,使主管部门更好地履行水资源管理职责,实现水资源优化配置、高效利用和科学保护。
(3)水环境管理系统
水环境信息管理系统主要在自然-社会水循环不同阶段,监管不同种类的水环境相关设施情况,各模块涉及到不同的社会涉水机构和人员,由水行政机构内部不同单位、人员使用,各模块功能密切协同,数据共享,流程衔接,为共同完成各项水环境管理业务,提供信息支撑。
在水环境管理系统中,将紧紧围绕着“水质~水量”调度这一指导思想,建立完善的河长制+断面考核追责机制的管控体系,在入河污染物总量控制体系(TMDL)和流域水环境容量两个角度进行分析考核,达到断面水质达标。
(4)区域生态质量管理系统
生态质量管理系统从区域生态健康角度,通过对植被覆盖度、土壤有机质、空气质量、物质丰富程度等生态指标的长期与定期监测建立区域生态质量评价体系,产出区域生态质量图谱,结合生态质量评估模型推演区域生态演变,反映生态环境恢复情况。
(5)滨水物业管理系统
通过水务云,构建大数据平台,感知物业元素。
并采用可视化的方式有机整合形成“物业物联网”,将滨水物业信息进行及时分析与处理,并根据预案,对事件做出相应的辅助决策建议,以更加精细和动态的方式管理水务物业系统的整个管理和服务流程,从而实现“智慧化”。
具体包括人员、物资的管理和日常绩效考核及设施运管。
设施运营主要包括生活污水收集处理工程、水利工程、生态景观工程及智慧水务工程等四类工程,每类工程均设置明确的管理考核标准。
为明确落实运营职责,支撑日常运营管理,需要有效的技术手段进行支撑,因此以信息化的手段明确划分责任,落实责任人,进行日常运营管理,并及时得到反馈就显的尤为重要。
借鉴数字城市管理的相关经验,本项目采用网格化运营管理系统进行支撑,将运营管理涉及的四个工程类别下的具体工程细化到具体网格,同时指定对应网格的具体运营人员,该网格下覆盖的所有工程的运营工作均由此人员负责,做到物业化、精细化管理,以提高运营管理的工作效率。
(6)绩效考核管理系统
通过建立绩效考核指标体系,以指标体系为核心贯穿整个应用系统平台,形成基于指标体系的数据采集、交换和录入的指标数据来源体系,通过信息资源目录对相应的指标进行比对、管理和分析,最终形成生态治理的统计分析和辅助决策平台。
本系统针对管理需要,在对建设期考核和运营期考核的相关指标进行因子分解、形成计算逻辑,并将指标因子注册。
在逐级建立指标后,利用形成的指标体系可以进行报表的编制,并对其汇总、审核、打印等各环节进行设置和管理,并最终提供统计分析、辅助决策平台调用。
根据各个相关的业务系统建立完整的指标、数据交换和信息资源目录体系,通过各个原子指标通过采集、交换和录入,以及层层汇总,最终形成基于指标体系的数据采集、交换和录入的指标数据来源体系,通过信息资源目录对相应的指标进行比对、管理和分析,最终形成系统的统计分析和辅助决策平台。
以解决在建设前、中后期对项目目标和质量,以及效果的管理和把控,并以此为评分依据,按绩效分值付费。
6.15.8数据平台建设
水网智慧水务数据分中心是基于大数据技术的水务基础信息、业务信息、模型信息和监测信息统一汇聚、整合、加工、融合、分析、挖掘和服务平台。
平台建立统一的水务信息资源主题库、模型库、方法库、知识库和融合库,通过组件服务向市各级领导、运营决策人员、操作人员等提供数据服务。
该数据中心即可以做为***智慧水务平台数据中心的一部分,也可以作为独立单元,单独运行。
平台架构如下图所示。
图5.8.10数据平台逻辑架结构
6.15.9运营中心建设
运营中心选址拟设立在富壁路泵站,包括调度指挥中心60m2,机房40m2及会议室60m2。
(1)基础硬件平台
基础硬件环境包括服务器及存储系统、网络及安全系统、大屏显示系统、音响扩声系统、视频会议系统、UPS供电系统等。
图5.8.11系统网络拓扑图
水网智慧水务系统需要部署在水务内网和水务外网,同时从互联网采集检测数据。
水务外网上的应用主要是与各局业务系统之间的数据交换、校验,以及与水务内网之间的数据交换;
水务内网上的应用主要是数据资源的存储、融合、分析与管理。
平台部署的逻辑结构如下图所示。
图5.8.12水务内网外网关系示意图
水务外网与互联网之间通过安全通道进行数据交换,水务外网与水务内网之间通过单导设备进行单向数据传输,保证水务内网数据的安全。
(2)基础软件平台
基础软件环境包括操作系统、数据库、中间件、杀毒软件、网络防入侵软件、存储备份软件等。
操作系统使用WindowsServer2008Enterprise,该系统可提供企业级的平台,部署企业关键应用。
数据库使用SQLServer2012企业版,SQLServer全面支持云技术,并且能够快速构建相应的解决方案实现私有云与公有云之间数据的扩展与应用的迁移。
GIS平台软件将使用ESRI的ArcGIS平台,ArcGIS作为GIS行业发展的先驱与标杆,一直有着全世界范围用户数据量最多,应用最广泛的行业业绩与解决方案。
同时,ArcGIS10.3版本以来在数据共享与发布的功能与开放接口做了更为深入的优化与升级,而这又恰恰是对智慧海绵平台在运营期所要求的相关数据分析最有利的支持。
支撑平台选用全球领先的商务智能软件产品BusinessObjects,也简称BO,它能快速建立包含地区分析、时间分析、综合分析等分析主题的应用模块,主题涉及到宏观调控、市场监管、公共服务、社会管理、保护环境的方方面面,较全面地覆盖了政府进行决策所需的数据分析的需求,通过行多层次、多角度的分析和挖掘,帮助高层领导快速掌握地区状况,制定战略性政策。
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- 智慧 水务 工程设计