潁河河道管理信息化建設探討

王馨

（潁上淮河河道管理局，安徽 阜陽 236200）

1 概述

潁河是淮河最大的支流，全長620km。流域范圍北抵黃河南堤，西北鄰黃河支流伊、洛河，西南與漢水水系的唐白河流域分界，南與洪汝河、谷河、潤河地區(qū)接壤，東北與渦河、西淝河水系相鄰。潁河上建有阜陽閘樞紐和潁上閘樞紐。水閘是河道管理的重要單位。通過在河道上修建水閘，可以控制河道流量及調(diào)節(jié)上下游水位，以滿足灌溉、發(fā)電、航運、水產(chǎn)、環(huán)保、工業(yè)和生活用水等需要。潁河段有多個小型涵閘，河道堤防線路長，流域影響范圍大，信息化建設對于河道管理有較好的應用價值。

2 潁河河道管理難點

2.1 河道違法采砂屢禁不止

潁河河道內(nèi)砂量較為豐富，建筑行業(yè)需求量大，催生了違法采砂行業(yè)鏈，給河道管理帶來了困難。對于采砂頻發(fā)的地域，管理人員往往要數(shù)次巡查或夜間突襲，才能達到較好的震懾效果。

2.2 堤防灘地違建情況多

在河道管理范圍內(nèi)，灘地及堤防對河道安全影響較大。由于河道戰(zhàn)線長，河道涉及的灘地及堤防區(qū)域內(nèi)建設單位對于建設工程報備程序不熟悉或其他原因?qū)е逻`建情況時有發(fā)生。管理人員很難第一時間發(fā)現(xiàn)，從而導致清理違章建筑需要較大的時間及成本。

2.3 管理工作的難點

日常的河道管理中，需要對河道情況進行定期巡查，一般模式為車輛堤防巡查和船只沿河巡查結(jié)合。但面對日益復雜的河道“四亂”情況，需要引入遙感、無人機等更高效率的巡查方式。

3 潁河河道管理信息化建設內(nèi)容

3.1 水閘供配電系統(tǒng)

1）大型水閘供配電現(xiàn)狀。潁河上現(xiàn)有兩大節(jié)制閘——潁上閘、阜陽閘。潁上閘為24 孔卷揚提升水閘，阜陽閘為12 孔卷揚提升水閘（中間4 孔為淺孔加深孔組合），兩座水閘分別處于阜陽市區(qū)、潁上縣區(qū)中心，水閘及管理處使用單獨的變壓器進行供電，供配電與市電為同一系統(tǒng)，運行較為穩(wěn)定。為防止汛期降雨引起的斷電，采用柴油發(fā)電機做備用供電。通過和當?shù)毓╇姴块T合作，具備專用供電車臨時供電能力。水閘啟閉機還備有手搖接入裝置，當自動控制、電源保障出現(xiàn)問題時，還可以通過手搖控制閘門啟閉。

2）小型水閘供配電現(xiàn)狀。潁河沿岸的小型水閘由于遠離鄉(xiāng)鎮(zhèn)，供電成本較高，啟閉閘門采用手搖或柴油發(fā)電機臨時供電；為了確保流域整體水資源調(diào)度有序可靠，需要對閘門進行更為精確及頻繁的調(diào)度啟閉。為滿足小型水閘啟閉供電需求，根據(jù)實際情況新建專用變壓器或敷設供電線纜，保障了水閘的穩(wěn)定供電。

3）不間斷電源（UPS）的使用。水閘或者水閘管理單位一般采用城鄉(xiāng)居民用電，特殊情況下斷電可能會影響流域水資源調(diào)度。UPS 在市電停電時能將蓄電池直流電源逆變成為交流電繼續(xù)為負載供電，一般要求后備時間為2 小時以上；市電電壓容易受到電力輸送線路的距離影響，離變壓器較近的用電點電壓較高，反之則較低，UPS 可以提供穩(wěn)定電壓；市電的正常頻率為50Hz，部分情況下市電頻率可能會有波動，UPS 可以通過濾波功能穩(wěn)定電源頻率。目前潁河河道部分管理單位已布設不間斷電源（UPS），能有效保證水閘信息化系統(tǒng)的電源穩(wěn)定。

3.2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

1）常用設備。視頻監(jiān)控的前端設備一般為IP 高清攝像機，按照使用場景可以分為室內(nèi)外云臺球機、半球機、槍機等多種類型，后端存儲設備為硬盤錄像機。當前端設備數(shù)量較多或者分部較為分散時，可以使用多臺硬盤錄像機進行存儲管理，也可以使用視頻管理平臺同時在線監(jiān)控多臺硬盤錄像機及多臺攝像機，通過平臺進行視頻展示、回放、分析等。

2）系統(tǒng)架構(gòu)。河道管理特點是線路長、跨度大，需要視頻監(jiān)控的場景多而散。隨著信息技術的進步，視頻編碼存儲技術也有校大的提升，網(wǎng)絡上交換機、路由器等網(wǎng)絡設備的交換容量也在增加，從技術層面上已經(jīng)具備視頻監(jiān)控大規(guī)模使用的條件。河道監(jiān)控適宜建設以水閘為基礎的本地集成監(jiān)視，以本地為存儲單元，再通過專線網(wǎng)絡進行視頻平臺集成。

由于位置原因，偏遠河道上視頻監(jiān)控點電力供應及網(wǎng)絡通信成本較高。網(wǎng)絡通信可以采用5G 通信流量卡代替，電力供應可以采用太陽能或風力發(fā)電互補的方式代替，建設綜合成本可以得到有效控制，相比傳統(tǒng)電力供應、網(wǎng)絡通信方式的成本降低50%以上。

3）重點監(jiān)控。水閘需要對某些區(qū)域進行重點監(jiān)控，而一般需監(jiān)控的區(qū)域地處偏遠，無補充照射光源。這時可以選擇使用黑光球機或者紅外球機，同時對視頻進行后臺AI 分析，通過AI 分析區(qū)域內(nèi)的異常情況類型。閘門前后安裝上下游攝像機、閘門攝像機等，確保開閘過程無監(jiān)控死角，防止安全事故發(fā)生。

4）移動視頻。固定視頻可以實現(xiàn)24 小時無間斷監(jiān)控，但由于成本限制，會出現(xiàn)監(jiān)控上的死角；移動監(jiān)控可以通過車載或者無人機搭載視頻吊艙方式，彌補固定視頻的死角，但無法實現(xiàn)24 小時的無間斷監(jiān)控。通過兩種監(jiān)控方式的配合使用，可以實現(xiàn)有效河道24 小時無死角視頻監(jiān)控。

3.3 閘門現(xiàn)地/遠程控制系統(tǒng)及水工情監(jiān)測

閘門的控制模式分為本地手動、本地觸摸屏、遠程單控、遠程成組集中控制等模式。大型水閘的閘門啟閉，遠程單控、遠程成組集中控制兩種模式使用頻次較多，往往一天內(nèi)要數(shù)次啟閉閘門來調(diào)節(jié)流量及上下游水位。

閘門控制啟閉分電氣控制和自動控制，現(xiàn)地控制柜（LCU 柜）提供現(xiàn)場控制功能，能夠直接對現(xiàn)場設備進行操作和監(jiān)控。一般1 臺LCU 柜可以控制1 臺啟閉機或者多臺啟閉機。

大型水閘的閘門啟閉成組控制，根據(jù)力學結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定要求，按照規(guī)程要求開啟閘門時先開啟中間閘門，間隔閘門成組開啟；關閉閘門相反，間隔閘門成組關閉，中間閘門最后關閉。汛情發(fā)生時，水閘的控制往往由上級單位根據(jù)流域內(nèi)水位情況統(tǒng)一調(diào)度。水閘管理單位需要采集本地的水情、工情信息，以輔助上級部門做出正確判斷。

LCU 柜自動化功能主要有：

1）數(shù)據(jù)采集與處理

主要包括水位、閘位、溫度、電流、電壓以及各種狀態(tài)值的采集與處理。閘位計安裝在閘門啟閉機傳動裝置上，能實時檢測閘門的高度值，并上傳給現(xiàn)場直接測控級設備的測量單元分析、計算和存儲。

2）一般狀態(tài)監(jiān)測

在水閘上、下游安裝有水位傳感器，能實時采集水位數(shù)據(jù)，并給予相應的處理和存儲。閘門狀態(tài)數(shù)據(jù)包括閘門的上升、下降、全開、全關、啟閉告警、荷重保護、限位保護、過載保護等狀態(tài)。

3）電流、電壓、溫濕度監(jiān)測

LCU 柜集成綜合電力儀表，并配置了電流、電壓變換器，能實時監(jiān)測啟閉機的電流和電壓的穩(wěn)定性，包括欠壓和過壓情況，為啟閉操作提供參考數(shù)據(jù)；電流的變化量同時也反映了監(jiān)測啟閉機的工作狀態(tài)。LCU 柜裝有溫度、濕度等傳感器，用以實時監(jiān)測啟閉機室LCU 柜的工作環(huán)境狀況。

3.4 數(shù)據(jù)平臺

通過水利基礎數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)對河流、湖泊、水庫、溝道、測站、水電站、水閘、泵站、堤防等水利對象和涉水對象的水利基礎信息的集中存儲與管理。在整合成果的基礎上進行業(yè)務屬性、空間屬性和對象關系的擴展，結(jié)合潁河河道的基礎數(shù)據(jù)進行全新整合。水利對象和涉水對象相對穩(wěn)定的屬性信息和對象之間的關系信息都存儲在基礎庫中。

4 結(jié)論

河道管理信息化建設可以有效提升管理效率，實時開展工程監(jiān)控和預警，通過構(gòu)建基礎數(shù)據(jù)庫，為水資源調(diào)度、水旱災害防御、水生態(tài)文明建設等工作提供決策數(shù)據(jù)。潁河河道管理部門將按照安徽省水利廳全力實現(xiàn)規(guī)范化、大力推進數(shù)字化、逐步實現(xiàn)智慧化的總體部署，持續(xù)從基礎數(shù)據(jù)、業(yè)務應用、建設標桿幾個方面同步進行，推動信息建設與技術管理協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展，進一步提高潁河河道管理的科學性、有效性，為潁河河道管理現(xiàn)代化和智能化奠定基礎