基于城市防洪工程的闸泵站标准化运行管理研究

陆乙君，胡正松，冯 磊，顾军杰，胡静雅，屠慧林，岑恩杰，吕安安

（1.杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310020；2.平湖市城市防洪工程管理所，浙江 平湖 314200；3.平湖市水利局，浙江 平湖 314200）

1 问题的提出

随着我国社会经济的高速发展，城市化率随之显著提高。城市始建，大多是接近水域，防洪问题相应产生。城市人口密集，财富集中，是国家或一个地区的经济文化或政治中心。世界上的著名城市多临江、河、湖、海，因而常受到洪水威胁，甚至遭受洪水灾害，城市历来是防洪的重要对象。

城市防洪是指为抵御和减轻洪水对城市造成灾害性损失而采取的各种预防和治理措施。防洪的特点：防护范围较小，防洪标准高，与航运、城建及其他经济部门关系密切，防洪安全保障需求多样化[1]。目前，世界各国城市的防洪措施大同小异，一般依据城市的特点采用堤防、水库和分洪工程对洪水进行拦蓄、排泄、分滞等工程措施[2]。但20世纪60年代以来，国内外在防洪理论和策略上有新的发展，认为城市防洪安全靠工程措施不仅是非人力所能及，也不一定经济合理，采用工程措施和非工程措施相结合成为主流趋势。因此，近20多年，国内外特别强调对洪水的管控，要求做好洪水立法、洪水保险、宣传教育及搞好水土保持等非工程措施，尤其重要的是利用信息化技术加强洪水预报、建立统一的现代化调度中心和报警系统[3]

以浙江省为例，已经不再以基础设施不足作为防洪排涝矛盾点，而是特别要解决洪水威胁严重的主要城市和新兴城市的防洪排涝效率问题。以某市为例，市政府于2010年专门针对城市防洪工程构建城市防洪自动化控制系统，其以较高的效率和专业肩负着整个城市防洪的重担。自建成后，历经“桑美”“菲特”等超级台风的艰巨考验，在台风暴雨来临时长淹区基本消失，保障民生及社会安全稳定。

2016年，浙江省人民政府办公厅发布浙政办发〔2016〕4号文件《全面推进浙江省水利工程标准化管理》。以此契机，总结现行城市防洪工程运行及管理经验，发现现行城市防洪工程仍然存在管理责任不明确，运行系统标准体系不够完善，防护措施尚未完全到位，流程操作（特别是远程操作）尚不完全规范，其严重威胁城市防洪工程运行效率、安全调度及工程本身，其极有可能成为城市防洪排涝的制约因素。在新信息化技术大力发展的背景下，并借助水利工程的标准化建设，以某市城市防洪工程为例，梳理存在问题及实施思路，从信息化角度，并结合水利标准化，提升原城市防洪工程自动控制系统，构建城市防洪工程闸泵站标准化运行管理体系。为今后类似工程管理标准化的建设提供一定的思路及参考价值。

2 城防闸泵站标准化运行管理要求

某市城市防洪工程兼具防洪抗旱、水质调节、船只通航等多种功能，包围圈面积13.6 km2，堤线总长16.90 km，其中14.98 km以路为堤，1.92 km为新建防洪堤，沿堤各河口建节制闸17座，泵站7座（与闸结合），防洪控制中心1座。防洪标准为50 a一遇，排涝标准为20 a一遇，24 h降雨24 h排出且内河水位不超过2.20 m（1985国家高程基准，下同），排涝流量68 m3/s。

浙江省人民政府办公厅《关于全面推进水利工程标准化管理的意见》、浙江省水利厅《浙江省泵站运行管理规程（试行）》[4]《浙江省大中型水闸运行管理规程（试行）》[5]中对城市防洪工程的标准化运行管理提出了明确要求，具体要求如下：

（1）依托和整合现有水利信息资源，建立水利工程标准化管理运行管理平台[7]；

（2）管理单位应根据管理实际需要，宜采用视频监控、监测自动化、闸门控制自动化和运行管理信息化等技术；

（3）不得利用监控计算机做与监控无关的事情；无安全措施时，不得接入外网；

（4）水闸工程应逐步实行信息化管理，自动化监控一般由闸门控制、水位监测、视频监控和语音查询等4大系统组成；有条件时，应对水闸实行集中监控和联合调度；

（5）水管单位应执行闸门操作值班记录制度，启闭前后工作人员应巡查相关设备，记录工况和相关情况，并对上级主管部门的指令，详细记录和复核，操作人员执行完毕后应主动向上级主管部门报告。

因此，迫切需充分利用现有信息化手段，结合某市城市防洪存在问题，运用当代先进的水利和信息化技术，建设集信息存储、分析和协助决策为一体，构建符合调度管理和工程管理需要的，集标准化运行管理平台、远程流程化操控系统、图像监控（包含安放、交通等）系统等各大应用系统，构建城市防洪工程闸泵站标准化运行管理体系，提升整体城市防洪工程的调度能力及效率。

3 城防标准化运行管理平台

运用当代先进的水利和信息化技术，建设集信息存储、分析和协助决策为一体，符合调度管理和工程管理需要的城防工程标准化运行管理系统。管理系统建成后，可全面、迅速、及时和准确地掌握城防工程水闸闸站各类实时工情运行信息、水情信息、历史操作运行记录、故障记录、工况记录等数据，为城防工程精细化管理提供保障，为工程的运行和调度提供有力的技术支持和科学依据。

系统总体结构见图1：

图1 城防工程标准化运行管理平台结构图

由图1可见，城防标准化运行管理由基础系统、信息数据中心、支撑平台和运行管理平台组成。基础系统主要包括城防已建和新建的系统，为标准化运行管理系统提供基础数据支撑，主要包括远程操控系统、图像监视系统、交通指挥系统、安防系统等。信息数据中心为收集处理城防工程各类工情、水情以及运行数据信息的基础上，通过标准的数据服务体系构建，提供标准化和可调用性强的工程数据库[6]。

4 城防远程流程化操控系统

4.1 系统结构及功能

为保证城防工程远程操控系统的实时性及可靠性，系统采用分布式结构，整个系统分成远程调度层和现地控制层。

远程控制层由布置在调度中心控制室的监控管理服务器、计算机人机接口设备、打印机、网络交换机等设备组成。远程控制由控制室监控管理服务器完成，通过以太网交换机，监控管理服务器从现地控制层采集各设备的实时数据，并根据设定的周期、定时或以事件触发方式对实时采集和处理后的数据进行综合处理，在控制室可以完成对闸泵站各设备的远程集中监视和控制。通讯协议采用工业以太网TCP/IP。

现地控制LCU柜内配置PLC模块、触摸屏、转换开关等。作为监控系统的现地控制层，通过网络交换机，向远程控制层上行发送采集的各种数据和事件信息，接受远程控制层的下行命令对设备进行监控，又能脱离远程控制层独立工作。系统结构见图2。

图2 城防远程操控系统结构图

水利工程标准化不仅对运管平台、组织管理等提出要求，而且对城防工程闸门泵站的运行管理也进行了严格规范，闸门、水泵的操作运用流程必须按照操作规程的要求进行。系统为管理人员运行控制操作提供操作指导，并且只有按照操作规程要求的流程步骤进行的设备操作才能被执行，以保障控制操作的标准化。系统能对误操作等提出警告，防止因为不当操作出现的设备以及人身安全事故。

当水泵起、停或闸门升、降等指令下达后，系统能自动显示相应的操作监视画面。画面能以流程框图的形式实时显示所控设备的工况转换过程中每一步骤及执行情况，或提示在工况转换过程中受阻的部位及原因。

通过合理设计和建设，构建安全、稳定和高效的信息化系统，实现城防工程标准流程化操作；通过补充完善自动化设施设备，进一步提高水情和工情的监测能力，实现各类监测数据的自动汇总分析和预警提醒；建设标准化运行管理系统，规范业务流程，提高管理工作效率。

4.2 闸泵站标准化运行操作流程

城市防洪工程闸泵站站计算机监控系统包括主控界面、电气主接线、球阀控制、故障确认、报警查询、操作日志和操作帮助7项内容。

主控界面为闸站总体运行界面。共集中了4台水泵、2扇闸门、4路照明、红绿灯、禁止通航语音提示等设备的远程操作链接（见图3）。

图3 城防远程操控系统界面图

城市防洪工程闸泵站远程操作小组由组长及1名闸门运行工组成，承担河道巡查、设备检查、设备运行和运行记录的工作。组长负责开机准备工作核实、开机指令下达、开机过程监督、运行过程监督和运行结果审核；闸门运行工负责闸门启闭和闸门锁定装置开关。

本文着重介绍闸门关闭标准化操作，操作流程见图4。

图4 闸门关闭标准化操作流程图

具体实现过程：

（1）组长下达运行准备指令之后，进行运行准备工作：①闸门运行工切换监控查看内外河河道情况，并上报巡查结果给组长，巡查内容为：外河和内河河道内无船只滞留和进出；外河和内河河道内无人员游泳、捕鱼、水上作业等；外河和内河河道内无大型漂浮物等；启闭机和液压锁定装置监控正常；闸室监控正常。②闸门运行工检查闸门远程控制条件，并上报组长，检查内容为：当前闸门和锁定系统现场手动能控制； PLC开启，无异常，且网络连接正常；闸门和锁定切换到远控；闸门和锁定电源开启；锁定处行程开关无异常。

（2）组长确认运行准备工作一切正常后，组长下达选择关闭流程 — 开启红绿灯指令，闸门运行工开启禁止通航红绿灯，组长检查并确认红绿灯已开启。闸站红绿灯远程操作界面见图5。

图5 闸站红绿灯远程操作界面图

（3）组长下达巡查上下游指令，闸门运行工切换监控查看内外河河道情况，组长检查并确认河道安全。闸门远程操作河道巡查界面见图6。

图6 闸门远程操作河道巡查界面图

（4）组长下达闸门上升解锁操作指令，闸门运行工将闸门上升至解锁位，组长检查并确认闸门上升至解锁位。闸站闸门上升至解锁位见图7。

图7 闸站闸门上升至解锁位图

（5）组长下达锁定解除指令，闸门运行工退出锁定，组长检查并确认液压锁定装置已退出。闸站锁定远程操作界面见图8。

图8 闸站锁定远程操作界面图

（6）组长下达闸门下降操作指令，闸门运行工将闸门下降至全关位，组长检查并确认闸门已关闭。闸站闸门下降至全关位界面见图9。

图9 闸站闸门下降至全关位界面图

（7）流程结束。闸门控制时，亦可同时查看控制区内各信号指示情况，如有异常，可点击“紧停”按钮，断开闸门系统的联动操作。当闸门联动操作中途紧停操作之后，检查无故障/事故后，才可以再次开启。

5 城防图像监控（包含安防、交通、大屏等）

5.1 系统标准

城防工程标准化运行管理系统包含图像监控系统、安防系统、交通指挥系统等其他辅助系统。

图像监控系统主要用于对工程中重要区域和设备的情况进行远程自动监视，对工程现场状况进行定期巡视及安全保卫。系统能对监视场景进行录像，便于事故分析，并可通过数据通讯网络将图像信息传输至城防调度监控中心，为城防工程的运行控制提供图像信息依据。

安防系统主要用于工程中的安全防范区域，当有人或动物进入，触发红外线报警器，控制中心的示警喇叭就会示警，值班人员可通过视频监控，检查闸区安全状况。

交通指挥系统主要用于启闭闸门时，对过往船只进行指挥调度，确保安全。

网络系统用租用裸光纤的模式，采用星型连接，利用独立的专用光纤与调度中心相连，与外网断绝联系，形成一个星型独立网络系统。

5.2 系统结构与功能

图像监控系统更新为网络视频监视系统后的设备基于网络，由前端摄像子系统、视频图像传输子系统和显示及控制子系统3个部分组成。系统通过分布于前端各重要位置的摄像机对监视现场的场景进行视频信息采集，由前端摄像机采集到的图像信号通过光缆或网线传至控制室的视频控制和录像设备，实现系统控制、录像和图像显示。安放系统将红外报警器布置在重要安全防范区域。交通指挥系统包括红绿灯和语音广播。

根据现场实时情况改造显示单元：采用最新的显示设备单元，优化原有系统结构，提高系统显示效果和可靠性，满足系统7×24 h监视需求。采用先进的控制技术，显示系统配有一套综合平台一体机及配套的控制软件，可实现大屏上任意开窗及窗口漫游等，使整个显示系统按事先编制的显示方案展示前端各监控画面并在指定的显示器中分屏显示多画面图像。

整个辅助系统网络结构见图10。

图10 辅助系统网络结构图

6 结 语

为确保城市防洪工程安全运行和效益的正常发挥，构建的城市防洪工程闸泵站标准化运行管理取得了明显的成效，但是要真正实现整体工程标准化管理体系完整创建，还任重道远。城市防洪工程在原有系统的基础上，以标准化为原则，遵循国家水利信息化有关标准和浙江省水利信息化、标准化对地区水利数据的要求，构建标准化运行管理平台，提升应用基础系统，完善数字化基本数据以统一数据库建设标准为抓手，实现数据详实、功能齐全、表征形象和管理高效的目标。系统投入运行后，实践证明整个标准化运行管理体系建设功能齐全、运行稳定和操作方便，大大提高了某市城市防洪体系日常运行效率，减轻管理人员的负担，降低运营成本，达到了预期的效果，对类似城市防洪工程的标准化运行管理体系建设有一个示范和借鉴作用。