终端智慧监测系统在城市水质安全防护中的应用

庞立强

（湛江市雷州青年运河管理局廉江市广鹤水利白蚁防治工程公司，广东 廉江 524400）

0 引 言

饮用水是人类生存和社会经济发展最基本的需求，饮用水水质安全问题，直接影响到广大人民群众的身体健康，制约着城区经济社会可持续发展。许多水源地由于存在较多的污染源，水质安全不能得到保障[1]。因此，开展运河水源地安全防护和监控，保障城区供水安全，是保障人民群众日常生活用水安全的基本条件，是构建和谐社会的基础。

雷州青年运河灌区位于湛江市北部，即九洲江以南、南渡河以北，东与鉴江流域为界，西临北部湾。总长 276.59km，主要功能是农业灌溉，再辅以工业、生活供水和防洪、发电、养殖、航运、旅游等功能。本文以雷州青年运河为例，为了保护运河水源安全，采取了相应的措施，并建立了一套智慧监测系统，为城市水质安全智慧化防护提供了思路，实现了对水源地的安全监控和规范化管理。

1 水系概况及河道问题

1.1 水系概况

雷州青年运河源于广东湛江廉江市鹤地水库，经遂溪、海康（今雷州市旧称）、湛江等县市。雷州青年运河包括主河和四联河、东海河、西海河、东运河、西运河等五大干河，基本沿自然分水岭布置，地势相对较高。通过水位差实现自流灌溉、提供沿线工业、城镇生活、湛江市用水等功能。退水主要通过排水闸、电站发电尾水，经自然河道、排水涵管等直接或间接排入大海。主、干河分出的干支渠 4039 条，总长5000多km。渠段主河和东海河主要承担灌溉和全年有供水要求，肩负湛江市城区供水任务，渠道长年不能断流。

1.2 运河问题

1）灌溉面积下降：目前主运河及五大运河上原设计灌溉流量大于 1m3/s 的干、支渠共 90 条。东运河上的宾合干渠由于西湖水库加固后水位抬高 1.5m 后，淹没了耕地，再加上居民房屋的建设占用耕地等原因，造成了灌溉面积大幅度下降。

2）污染严重：雷州青年运河从鹤地水库渠首至赤坎水库是湛江市城区供水的唯一地表水供应通道。运河供水渠道长，且为明渠，沿途跨越 3 个县(市、区)，5 个乡镇，80 个自然村庄，流经众多厂矿企业、养殖场等，大量的人行桥、机耕桥、公路桥铁路跨越渠道。雷州青年运河和东海河沿渠段建游多出洗衣台，严重河道景观。人群活动比较频繁的村庄河段存在洗衣物、洗澡、倾倒垃圾入河等违法行为，严重影响水质，导致污染物长期存在。综合水质类别未能达到国家考核要求的Ⅱ类水质，水质达标攻坚任务艰巨，形势严峻[2]。

3）缺少监测管理：近现状河道上没有设置隔离防护网设施和监控设施。周边居民环保意识薄弱，居民洗衣服、洗澡、随手将垃圾倾倒入河等违法行为。由于缺少监控和管理，难以对有关违法行为进行取证和执法，需建设管理规范、智能高效的监测平台[3]。

基于上述问题，对水源地进行安全防护建设，建立实时连续监测和远程监控，是解决该地区水系供水安全，预防水突发事件的必须举措。

2 水源区安全保护

为避免人为破坏，防止人、畜进入保护区，进行耕种、放牧、乱扔垃圾等一系列破坏行为。采取隔离防护、设置警示标志等措施，从源头上杜绝污染物入河，阻止恶性事件的发生。以达到防治环境污染，保护水源安全的目的。

2.1 水源区隔离防护措施

本次运河渠道水源一级保护区范围主要包括主运河从渠首至东海河分水口桩号为 0+000～32+744，东海河为渠首至合流水库桩号 0+000～36+380。在主运河水源一级保护区范围内沿线两岸分布有多做城镇和村庄。其中一级保护区内实行封闭管理，取水口和取水设施周边设置具有保护性功能的隔离防护设施。一、二级保护区应设立内容准确的、标识明显的饮用水水源保护区标志。一级保护区的陆域范围内人口密集及跨河桥梁及上下游设立隔离防护措施（包括隔网、隔墙、防护栏等）。用水水源保护区范围内有公路、铁路通过的，设置防护栏防治环境污染防治措施，在进入保护区之前应设立明显的警示标志，确保水源不被污染[4]。

沿雷州青年运河主运河和东海河共布置防护栏 41 处，总长 30234 m，其中主运河 29 处，长 17116 m（渠道防护栏 14940 m，跨河桥梁防护栏 2176 m），东海河 12 处，长 13118 m（渠道防护栏 12508 m，跨河桥梁防护栏 610 m）。

2.2 水源区警戒布设

饮用水水源保护区标志包括饮用水水源保护区界标、交通警示牌和宣传牌[5]。

2.2.1 水源保护区界标

饮用水水源保护区界标用来标识饮用水水源保护区的范围，一般在在饮用水水源保护区的地理边界设立，警示人们需谨慎行为。界标分一、二级保护区的水域和陆地进行。依据自然地理、环境特征和环境管理需要设立。

2.2.2 水源保护区警示

饮用水水源保护区交通警示牌设置于一级保护区、二级保护区和准保护区范围内的主干道、高速公路等道路旁。能够警示车辆、船舶或行人已进入饮用水水源保护区道路或者航道，在该道路和航道上行驶需谨慎驾驶或谨慎行为。

2.2.3 水源保护区宣传牌

饮用水水源保护区宣传牌一般设置在在人口密集的地方，起到对过往人群进行宣传教育的作用。可根据各级地方政府的实际需要，为保护当地饮用水水源而设立。

经现场调查，运河渠道水源一级保护区范围内沿线均设置了一级保护区界标和二级保护区界标及相应饮用水水源保护区标志，但各种水源环保宣传牌、警示牌等较少，因此拟在每间隔50m设置水源环保宣传牌、警示牌一个，在跨河桥梁两侧防护栏挂设水源环保宣传牌、警示牌。

2.3 水源区河道景观环境美化提升

在河渠道水源一级保护区范围内，共建有 32 个洗衣台（下河台阶），洗衣台宽1.2～5m，个别洗衣台原来进行过封堵，但未彻底，存在安全隐患。拆除沿河32个违法洗衣台建筑物，并采用水下混凝土对拆除后的渠道进行浇筑修复，水下混泥土浇筑平均厚度35mm，恢复了河道内原貌，达到美观，生态治理的效果。

3 终端智慧监控系统搭建

传统的方式是采用人工巡检的方式对辖区饮用水源地进行监管，费时费力。终端智慧监控系统通过依托中国铁塔公司在现有通信塔 30m以上位置高位安装专业监控摄像机，实现对水源地的视频监控。在运河渠道流域附近、交通穿越的一级保护区区域和河道沿线实施视频布控，实时监测，防止破坏行为，及时了解水源地水质及其他重大事件，有利于水源地的保护及管理。

通过终端智慧监控系统，管理部门可建立自动在线监控设施，对饮用水水源地取水口及重要供水工程设施实现 24h自动视频监控。加强了针对突发污染事件的应急监测能力，具备预警和突发事件发生时，加密监测和增加监测项目的应急监测能力，从而对运河潜在的安全隐患进行彻底整治，维护水质安全。

3.1 监控系统设计原则

终端智慧系统设计和建设体现了科学性，同时体现了系统性，即应考虑各个系统之间的密切联系，从而保证系统的稳定、可靠、安全地运行，达到功能齐全、技术先进、布设科学、经济合理、安全可行、质量可靠、管理有效的目的。严格按国家关于系统建设的有关标准设计，文件图纸规范齐全，力求统一性和可调整性。是一套高品质，符合发展方向，有适度前瞻性的智慧监控系统。

该智慧监测系统拥有可靠的技术保障，能够保证系统有强的持续运行能力。具有较好的扩展性，预留有扩展空间，保证将来各种新业务的开展。并且能以较低的成本投入来保证系统的正常运转，实现高效能和高效益。

3.2 监控系统布置

对穿越村庄人类居住密集点约 40 公里的主运河廉南河段与东海河段两岸人口密集区域 41 处（廉江范围 29 处，遂溪范围 12）有效的监控，监控设施共建 25 个监控点，其中17个高塔智能监控点和 8 个低位监控点。

1）运河渠道区域：在运河渠道流域附近通信高塔加载超高清、多倍变焦的智能摄像球机结合人口密集区跨河桥梁附近立杆安装前端视频，实时监控市区供水运河渠道是否有生态污染物靠近或者违法污染行为。

2）交通穿越区域：在交通穿越的一级保护区区域实施视频布控，实时监测过往运行车辆及危化物车辆，如若发生交通事故，有污染风险发生，进行及时预警。

3）河道沿岸：在河道沿线实施视频布控，实时监测河道沿岸人员及项目施工情况，防止破坏行为。巡查人员能够轻松通过移动终端对实时视频进行自由查看，实现随时随地对河道状况进行监控。

3.3 监控系统架构

监控系统的总体架构，包括组网架构、平台功能架构、子系统架构等。

水资源监控业务总体架构可分为设备接入层、网络传输层、数据层、服务管理系统层、以及应用层，通常水资源监控业务数据由设备接入层通过网络传输后，由数据层及服务层对其进行分发管理，经应用层展示最终结果。

设备接入层是以通信铁塔 30m以上的位置挂载前端感知设备所在层级，主要考虑高空瞭望覆盖更远的范围，无需使用密集布点的低位监控以节约投入成本，使用的摄像机主流功能详见设备功能部分。

网络传输层采用光纤、网桥、无线传输等方式，使底端设备接入公共或专用网络，实现设备与平台或设备与设备间的数据传输。

数据层是通过存储和过滤视频监控所采集的视频数据，将视频数据结构化。视频数据结构化主要通过前端设备内嵌相应功能以及后端设备平台进行实现。

服务管理系统层类似于平台层，提供对于数据、设备、用户、交互规则等信息进行管理，提供上层应用与下层设备数据间接口，实现数据在平台内自由交互。

应用层可以通过软件去解决客户的各种需求，对采集到的视频监控信息数据进行快速处理并在软件上进行展示，帮助客户实现相应的目的。

3.4 监控系统的传输与储存

3.4.1 传输方式

1）无线网络：由于无线网络基于运营商网络，4G小区理论上行速度为 50Mbps，但由于多用户共享，实际传输速度要远低于理论速率。应考虑因地制宜，合理选择无线回传方式，并着重注意流量使用以及客户对画面卡顿及稳定性要求。在单 SIM卡单通道资源不足的情况下，可考虑多通道甚至多运营商进行传输，提高网络传输带宽，提升画面流畅度及质量。

2）有线网络：通过租赁运营网络光纤网络资源，实现对视频监控数据的传输，该方式作为视频监控业务中最常用的传统方式，稳定性相对较高，可作为大多数监控场景下的传输选择，通常单路视频监控采用 10M 带宽进行传输。

3）无线网桥：无线网桥是针对一些偏远地区，光纤网络无法覆盖的监控点位，通过安装无线网桥的方式将数据从无网络覆盖区域传输至有光纤网络覆盖区域，汇聚后统一将数据由有线网络进行回传。

3.4.2 储存模式

NVR 存储通过在摄像头前端位置加装网络硬盘刻录机（NVR），实现对监控录像的本地化存储，单台 NVR 可支持多路视频接入，具体存储大小视配置硬盘空间决定，同时适用于在仅回传图片的方式，且采用无线传输模式下作为本地存储空间，本存储方案适用于小面积零散监控点位。

根据《水利视频监视系统技术规范》（SL515-2013)要求，视频监视系统对视频信息连续存储时间≥7d，重要实时视频信息连续存储时间≥15d。运河区域为重要的一级水源保护区，故本次实时视频信息连续存储时间不小于15d。根据摄像机的存储需要，每个站点配置 4T 企业级硬盘[6]。低杆监控站点正在站点配置。高位铁塔站点摄像机自带 256G 的内存，并在监视中心配备磁盘阵列存储，支持硬盘 16 个，配置 4T 企业级硬盘 16 个。在摄像头前端位置加装网络硬盘刻录机（NVR），实现对监控录像的本地化存储。

4 结 语

本文以雷州青年运河为例，针对其水源保护的需求，介绍了一种结合终端智慧系统所提出的水质安全防护策略。通过增加隔离防护和护区警示牌标志，防止人类不合理活动对水源保护区水质造成影响，并恢复河道内坡原貌[7]。再结合终端智慧监测系统，有效实现了对饮用水源地巡查的随时监督，并能够及时发现、报告和制止一系列违法违规行为，提高饮用水水源地环境管理水平，确保水源水质安全，维护河湖的健康，有利于改善周边环境，改良水质，有利于城市安全供水，大大提高湛江市区供水安全保障能力，保障市区供水水质安全。