李 偉，金增報

（濟南市錦繡川水庫管理處，山東 濟南 250112）

濟南市錦繡川水庫1970年建成，水庫大壩為拱形漿砌石重力壩，高47.38m，長378m，設(shè)10孔溢流閘門。2000年，投資2184萬元，對原水庫大壩進行除險加固，提高了防洪、城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉、水利發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖能力，為濟南市生產(chǎn)生活用水及環(huán)境改善做出了巨大貢獻。但目前水庫在管理運行過程中仍存在如下問題：一是水庫大壩缺少安全監(jiān)測設(shè)施，現(xiàn)狀位移監(jiān)測點不符合規(guī)范要求；二是作為國家級重要飲用水水源地，水庫庫區(qū)缺少視頻監(jiān)控，不能實時監(jiān)視影響庫區(qū)水安全的行為；三是水庫管理處未建設(shè)中心網(wǎng)絡(luò)機房，缺少數(shù)據(jù)及信息共享交換平臺；四是水庫管理處缺少調(diào)度會商系統(tǒng)，不能實現(xiàn)水庫管理信息集中展示和調(diào)度。為此，盡快實施水庫安全監(jiān)測和監(jiān)控系統(tǒng)非常必要。

1 實施原則

錦繡川水庫安全監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)涉及面廣、綜合調(diào)度集成度高，為了確保工程能達到預(yù)期目標，在水庫后期的防洪與供水運行中發(fā)揮重要的作用，在工程實施時遵循了以下原則：

1.1 成熟性和實用性

采用成熟和實用的技術(shù)和設(shè)備，最大限度地滿足水庫管理處現(xiàn)在的功能需求和未來管理處工作發(fā)展的需求，采用集中管理控制的模式。按照實際需要來分別設(shè)計相應(yīng)的子系統(tǒng)，在滿足功能要求和技術(shù)指標要求的基礎(chǔ)上盡量簡化設(shè)計，堅持實用化，充分滿足管理工作的需要。

1.2 先進性和開放性

充分考慮水庫綜合調(diào)度發(fā)展的趨勢，利用國內(nèi)外較成熟的先進的計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，保證系統(tǒng)在近幾年的先進性。充分考慮單位的信息發(fā)展規(guī)劃，使系統(tǒng)與未來擴展的設(shè)備具有互連性與互操作性，開放性的融入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

1.3 可維護性和可擴展性

為系統(tǒng)以后的升級預(yù)留空間，系統(tǒng)維護是整個系統(tǒng)生命周期中所占比例最大的，充分考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理、規(guī)范，確保對系統(tǒng)的維護可以在很短時間內(nèi)完成。

1.4 安全性、可靠性和容錯性

整個系統(tǒng)必須要具有極高的安全性、可靠性和容錯性。

2 系統(tǒng)功能介紹

2.1 水庫洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)

水庫建成至今已40多年，未進行過全面的清淤工作，庫區(qū)的淤積量未從庫容中去除，現(xiàn)狀庫容曲線不符合實際工程情況。

根據(jù)水庫管理需求，在對庫容進行重新測量、標定的基礎(chǔ)上，在平臺上開發(fā)功能模塊，采集水庫水位數(shù)據(jù)，根據(jù)重新實測的庫區(qū)1∶500地形圖，校核庫容變量，生成水位～庫容曲線，實時顯示庫容情況。主要工作內(nèi)容有：1）庫區(qū)防洪水位線以下地形測量(包括水下地形測量)，共測量地形圖2.52km2。2）編制錦繡川水庫庫區(qū)測量報告，并根據(jù)測量成果繪制庫區(qū)等高線圖，生成現(xiàn)狀水庫庫容曲線表、圖。3）開發(fā)庫容曲線測報模塊軟件，在平臺上顯示庫容實況。

通過研究范圍內(nèi)的降雨產(chǎn)流和下墊面匯流，管理人員在頁面中確定降雨分配等計算條件，系統(tǒng)調(diào)用后臺的產(chǎn)匯流模型計算庫區(qū)降雨過程，可在地圖頁面中進行產(chǎn)匯流成果的查看?；诹饔蚝樗A(yù)報模型，通過優(yōu)化方法對流域歷史洪水資料進行模擬計算，實現(xiàn)參數(shù)的率定，得到符合水庫流域?qū)嶋H情況的水文模型參數(shù)，對入庫流量進行產(chǎn)匯流計算，預(yù)測洪水行進過程，提高預(yù)報精度。并根據(jù)預(yù)報結(jié)果提出優(yōu)化的調(diào)度方案，為水庫防洪調(diào)度提供技術(shù)支撐。同時系統(tǒng)基于濟南智慧水務(wù)應(yīng)用平臺軟件標準開發(fā)，可接入智慧水務(wù)業(yè)務(wù)平臺，提高水庫管理效能。

2.2 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)

1）壩體變形監(jiān)測系統(tǒng)。在水庫大壩建設(shè)壩體變形監(jiān)測系統(tǒng)，利用先進的衛(wèi)星定位技術(shù)對壩體橫向和縱向形變進行精確不間斷測量，生成壩體形變過程參數(shù)；進行大壩壩基揚壓力監(jiān)測，通過埋設(shè)滲壓計或測壓管進行監(jiān)測，保障水庫大壩安全運行。根據(jù)錦繡川的現(xiàn)狀條件，大壩附近地質(zhì)條件良好，有一定的基準點和工作基點建設(shè)條件，同時考慮到GNSS具有速度快、精度高、全天候等優(yōu)點，管理處選擇全站儀、GNSS和水準儀作為錦繡川水庫大壩的安全監(jiān)測設(shè)備。

2）壩基揚壓力監(jiān)測系統(tǒng)。錦繡川水庫壩體建設(shè)時并未設(shè)置揚壓力監(jiān)測設(shè)施，管理處對水庫大壩設(shè)置測壓管，配置跟蹤式智能滲壓遙測儀對測壓管水位自動觀測。采用跟蹤式監(jiān)測控制技術(shù)，實時感知水面的位置并能跟蹤水面變化，將水面的位置信息轉(zhuǎn)換為水位數(shù)據(jù)顯示上傳。設(shè)備集水位智能感知、變化跟蹤、數(shù)據(jù)采集處理、無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、自供電等一體化設(shè)計，具有低功耗、抗雷擊、抗干擾、數(shù)據(jù)準確、穩(wěn)定可靠，不受水質(zhì)泥沙等因素影響等特點。

通過該系統(tǒng)建設(shè)實現(xiàn)了對現(xiàn)狀壩基揚壓力數(shù)據(jù)進行定時和不定時的自動采集和存儲；對壩基揚壓力作用狀況進行實時定性定量的簡明分析，實時監(jiān)測斷面的揚壓力變化曲線以及數(shù)據(jù)報表等；對大壩揚壓力突變情況預(yù)報和報警。

2.3 閘門運行數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

錦繡川水庫先后建設(shè)了液壓啟閉機閘門自動控制系統(tǒng)、水位監(jiān)測系統(tǒng)，為水庫管理提供了便利。目前各系統(tǒng)運行狀況良好，但單個系統(tǒng)間相互獨立，數(shù)據(jù)沒有實現(xiàn)互融互通，不能發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，因此將建設(shè)統(tǒng)一的水庫閘門調(diào)度管理系統(tǒng)，從功能上將水庫設(shè)備監(jiān)測控制、水位庫容計算分析、工程管理、防洪預(yù)案等相關(guān)業(yè)務(wù)流程及自動化管理有序融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互享，并為水務(wù)大數(shù)據(jù)建設(shè)提供數(shù)據(jù)。

水庫已建溢洪閘的閘門開度通過同軸式開度儀監(jiān)測，測量誤差大，監(jiān)測精度不高，需要提高閘門開度的測量精度，本次改造在保留原有閘門自動控制系統(tǒng)的情況下，對閘門監(jiān)測方式及流量監(jiān)測技術(shù)進行改進，采用直接對閘板上下位移進行測量。通過內(nèi)置物聯(lián)網(wǎng)測控終端、通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器、信號分配器等，在不影響原系統(tǒng)前提下將閘門開啟高度和監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)采集并接入水庫內(nèi)網(wǎng)調(diào)度工作站。利用高精度閘門過流計量儀，實時采集閘門開高、閘門上下游水位，并在本地處理器計算出過閘流量，通過有線遠程傳輸，將本地的流量、水位、閘門開高等數(shù)據(jù)上傳至水庫管理處，同時能夠本地存貯并在液晶屏上顯示。通過上述方法準確掌握閘門開高和閘孔出流水量，提高閘門監(jiān)測的準確度。

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

錦繡川水庫現(xiàn)有的視頻監(jiān)控點，是結(jié)合水庫建設(shè)項目分三次完成實施的，因建設(shè)標準不統(tǒng)一，監(jiān)控點有的是無線網(wǎng)橋通訊，有的是通過監(jiān)控同軸線纜通訊，監(jiān)控圖像分辨率較低，管理處的監(jiān)視系統(tǒng)也分成兩套，并且使用年限較長，設(shè)備狀態(tài)不穩(wěn)定，現(xiàn)狀使用、管理及維護都比較繁瑣，不利于今后水庫安全管理工作的開展。

根據(jù)水庫現(xiàn)狀情況，管理處統(tǒng)一在水庫庫區(qū)改建及新建12處視頻監(jiān)控點、在供水渠道重點部位新建22處視頻監(jiān)控點，視頻監(jiān)控中心設(shè)在錦繡川水庫管理處，對庫區(qū)和供水渠道進行24h不間斷監(jiān)控和數(shù)字錄像。中心采用網(wǎng)絡(luò)管理NVR一體機，在實時錄像的同時，可以為水庫管理人員及上級主管部門提供視頻服務(wù)。

本系統(tǒng)方案集視頻監(jiān)控、報警技術(shù)、圖像壓縮技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體，實現(xiàn)水庫關(guān)鍵區(qū)域的近程和遠程的圖像監(jiān)視、報警、查詢、現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)視、緊急調(diào)度指揮等多種功能，成為調(diào)度自動化和MIS系統(tǒng)的一個重要組成部分。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決了水庫關(guān)鍵區(qū)域的可視化以及設(shè)備的監(jiān)視問題，為實現(xiàn)水庫管理的“少人值班，無人或少人值守”提供了可靠的保證，對提高生產(chǎn)運行的安全性和可靠性，提高水庫的管理水平有著重要的促進作用。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場視頻采集部分、視頻傳輸部分、視頻管理服務(wù)器等組成。視頻采集部分主要實現(xiàn)現(xiàn)場視頻信號的采集，傳輸部分將視頻采集部分的視頻信號傳輸?shù)焦芾碇行囊曨l管理服務(wù)器，由視頻管理服務(wù)器實現(xiàn)視頻信號和監(jiān)控攝像機的集中顯示和管理。

2.5 防汛會商系統(tǒng)

考慮到會商室的主要功能需求，安裝一套DLP拼接大屏顯示系統(tǒng)，屏幕采用3×3拼接，主要用于防汛會商及水庫綜合調(diào)度管理平臺畫面展示等功能使用，為了保證信息的共享，會商室顯示信號與值班室顯示信號可互動調(diào)用。DLP拼接大屏由60寸超窄邊框DLP拼接單元和圖像處理設(shè)備、大屏控制軟件、中控計算機等組成；此外防汛會商室配置專業(yè)多媒體管理中心、專業(yè)會議音頻設(shè)備，構(gòu)建功能完善的防汛會商多媒體系統(tǒng)。

3 結(jié)論

錦繡川水庫安全監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)緊跟標準化水庫管理發(fā)展方向，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、大壩安全監(jiān)測、自動化控制、數(shù)據(jù)存儲、視頻監(jiān)控等技術(shù)，建立了一個以高精度傳感器監(jiān)測、信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以高速安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)為支撐的水庫安全管理信息系統(tǒng)。實時監(jiān)測水庫雨情、水情、流量、閘位、大壩安全、視頻信息等運行數(shù)據(jù)，在GIS地圖上進行展示，實現(xiàn)水庫的洪水預(yù)報、水量調(diào)度、淹沒分析功能，為水庫供水、防汛功能提供科學(xué)現(xiàn)代化的管理手段，充分發(fā)揮水庫的防洪、供水、灌溉、環(huán)境生態(tài)作用。