劉　奇　吳永躍

摘要中小型水庫管理自動化系統(tǒng)是一項科研與工程實踐相結(jié)合的研究成果。以遼寧省棋盤山水庫為例，介紹了中小型水庫管理自動化系統(tǒng)技術(shù)的研究成果與應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞中小型水庫；管理自動化；洪水預(yù)報調(diào)度；棋盤山水庫

中圖分類號TV697.1文獻標(biāo)識碼A文章編號 1007-5739（2009）06-0243-01

1立項背景

棋盤山水庫是1977年8月建成的一座中型山谷水庫。2006年3月，棋盤山水庫管理自動化系統(tǒng)工程正式開始實施，系統(tǒng)工程項目總投資300萬元。系統(tǒng)采用統(tǒng)一平臺，全面、直觀、系統(tǒng)地將各子系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息及成果展現(xiàn)給水庫管理與決策人員，系統(tǒng)已成為水庫管理與決策的重要支持平臺，為水庫的現(xiàn)代化建設(shè)和管理水平帶來了質(zhì)的飛躍。

2研究內(nèi)容

棋盤山水庫管理自動化系統(tǒng)工程是在水庫專業(yè)自動化建設(shè)基礎(chǔ)上建立起來的，項目建設(shè)了棋盤山水庫調(diào)度信息中心，實現(xiàn)水庫控制與管理的統(tǒng)一信息支持平臺。項目研究的主要內(nèi)容有：①水庫控制流域水情遙測與洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)；②大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)；③輸水洞超聲波測流系統(tǒng)；④遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控巡視系統(tǒng)。該系統(tǒng)達到設(shè)計先進、設(shè)備性能穩(wěn)定、功能全面實用的目的，系統(tǒng)建設(shè)與管理達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

3主要成果

3.1水庫控制流域水情遙測與洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)

系統(tǒng)在功能邏輯上由信息查詢、洪水預(yù)報、洪水調(diào)度方案生成、洪水調(diào)度方案評價等功能組成。

（1）信息查詢。實時雨情查詢及其報表統(tǒng)計與輸出，實時水雨情與歷史大洪水的對比查詢。提供了基于B/S體系結(jié)構(gòu)的信息查詢服務(wù)。

（2）洪水預(yù)報。洪水預(yù)報功能模塊實現(xiàn)了從水文遙測系統(tǒng)提取實時降雨量，計算前期土壤含水量，根據(jù)落地雨作交互式洪水預(yù)報，根據(jù)假擬降雨作模擬洪水預(yù)報。

（3）洪水調(diào)度。洪水調(diào)度功能模塊包括交互式洪水調(diào)度方案生成、方案評價及歷史洪水與設(shè)計洪水模擬調(diào)度三部分。

（4）數(shù)據(jù)庫管理。數(shù)據(jù)庫管理功能模塊包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)錄入與維護和水雨情數(shù)據(jù)整編兩部分，系統(tǒng)預(yù)留了歷史數(shù)據(jù)輸入接口，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性、序列性。

（5）資料整編與報表生成。實現(xiàn)根據(jù)監(jiān)測與預(yù)報分析成果自動完成水庫的日常報表與標(biāo)準(zhǔn)化的資料整編功能。

3.2大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)

棋盤山水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)完全實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的自動化、分析與評價模型的電算化、監(jiān)測信息與分析成果的信息化。

（1）大壩外部變形觀測數(shù)據(jù)采集、分析與處理。系統(tǒng)設(shè)大壩表面水平位移觀測點14個，豎向沉降觀測點14個。其中，大壩水平位移觀測采用全站儀自動數(shù)據(jù)采集，輔以觀測后處理軟件的觀測方案，系統(tǒng)采用全站儀現(xiàn)場搬站觀測；大壩豎向沉降監(jiān)測采用高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀，輔以觀測后處理軟件的觀測方案。系統(tǒng)將自動觀測的數(shù)據(jù)存儲在PC卡中，再由PC卡傳送到計算機數(shù)據(jù)庫中進行存儲，通過數(shù)據(jù)分析處理軟件對測量數(shù)據(jù)進行分析和處理，得出科學(xué)可靠的大壩運行狀態(tài)與變化趨勢的分析結(jié)論，并在計算機及其網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)成果顯示、發(fā)布與輸出打印等操作。

（2）大壩滲流觀測數(shù)據(jù)采集與傳輸。大壩滲流自動觀測系統(tǒng)共設(shè)測點24個，考慮整個系統(tǒng)測點比較集中，系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線分層分布式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場設(shè)1臺DAU數(shù)據(jù)采集與測控單元，2臺數(shù)據(jù)采集模塊單元，負(fù)責(zé)采集各測點的壩基滲流數(shù)據(jù)和測壓管壩體滲流數(shù)據(jù)，并由DAU數(shù)據(jù)采集與測控單元完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的離線自動控制、數(shù)據(jù)存儲，并通過光纜與中心控制室內(nèi)計算機進行通訊，實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)高速傳輸，從而構(gòu)成集數(shù)據(jù)自動采集控制、數(shù)據(jù)存儲與傳輸功能于一體的大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)過程中采用自主研發(fā)的大壩深孔測壓孔封孔技術(shù)，實現(xiàn)了壩基滲流、壩體滲流的同孔同步觀測，在保證觀測數(shù)據(jù)可靠性的同時，使觀測數(shù)據(jù)更符合規(guī)范要求，并且降低工程造價投資，目前該技術(shù)已申請發(fā)明專利。

（3）大壩安全監(jiān)測分析評價系統(tǒng)。根據(jù)多年的水庫大壩安全分析評價系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗，結(jié)合水庫實際特點與需求，開發(fā)了可視化的土石壩安全監(jiān)測分析評價系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)由采集管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息管理子系統(tǒng)及分析評價預(yù)報子系統(tǒng)組成，利用經(jīng)典水工分析與評價電算化模型，對觀測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化、科學(xué)化、專業(yè)化分析。建立集壩體裂縫分析、過程線分析、浸潤線分析、位勢分析、相關(guān)性分析等分析模型，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊綜合評價，最終得出科學(xué)可靠的大壩運行安全狀況分析結(jié)論，為專家領(lǐng)導(dǎo)會商決策提供可靠依據(jù)。

3.3輸水洞超聲波測流系統(tǒng)

系統(tǒng)采用多聲道內(nèi)貼式超聲流量測量系統(tǒng)，測量原理為時差法，采用對流速分布和對面積分布二次積分得到高精度流量數(shù)據(jù)，測得的流量數(shù)據(jù)包括瞬時流量、累計流量、正累計流量、負(fù)累計流量、流速、流速分布、聲速、時間、日期、量程比等除可在現(xiàn)場顯示、輸出外，還具有實時數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，并通過串行通訊，利用光纜實現(xiàn)與控制中心的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測與數(shù)據(jù)共享。

3.4遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控巡視系統(tǒng)

（1）監(jiān)控點分布。系統(tǒng)設(shè)（重點部位）視頻監(jiān)控巡視站5個，分布于輸水洞入口2點、輸水洞出口3點，分別對閘控室設(shè)備運行狀況、閘門運行狀況、出流狀況進行不間斷監(jiān)控與巡視。

（2）視頻監(jiān)控巡視系統(tǒng)建設(shè)成果。通過該系統(tǒng)管理人員能夠?qū)崟r、直觀地實現(xiàn)巡視，了解和掌握閘控室設(shè)備運行狀況、各閘門運行狀況、出流狀況等現(xiàn)場的運行與安全情況，并能夠通過高密度數(shù)字錄像系統(tǒng)實時記錄現(xiàn)場圖像信息以作資料。特別在汛期，通過對庫區(qū)來水和水尺等的直觀觀測，配合工程測控系統(tǒng)，直接為防汛調(diào)度服務(wù)。同時，根據(jù)監(jiān)控點反饋的信息，預(yù)測某些出險情況，當(dāng)發(fā)生異常情況時，支持管理人員能夠迅速做出正確判斷，并進行指揮。

4結(jié)語

該項目建成后，可提高水庫大壩的防洪能力，及時發(fā)現(xiàn)壩體安全隱患，將為水庫帶來顯著的防洪效益和水資源效益。尤其可為水庫大壩除險加固建設(shè)工程提供全面的自動化解決方案。系統(tǒng)的功能先進合理，可有效解決壩體運行管理中的實際問題，提高水庫安全管理水平，具有良好的社會和經(jīng)濟效益。目前我國現(xiàn)有土石壩7萬多座，為該項目提供了廣闊的推廣應(yīng)用平臺。