湖漫水庫(kù)運(yùn)行管理數(shù)字化改造淺談

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摘要:文章在對(duì)浙江省溫嶺市湖漫水庫(kù)運(yùn)行管理數(shù)字化現(xiàn)狀進(jìn)行細(xì)致分析的基礎(chǔ)上，提出水庫(kù)運(yùn)行管理數(shù)字化改造的探索性方案，旨在提高水庫(kù)運(yùn)行管理現(xiàn)代化水平和推進(jìn)數(shù)字水利建設(shè)。

關(guān)鍵詞:湖漫水庫(kù);運(yùn)行管理;數(shù)字化;改造

1工程概況

湖漫水庫(kù)位于溫嶺市城東街道和石橋頭鎮(zhèn)之間，大壩壩址在城東街道肖溪村，距溫嶺—杭州公路5.0km，是一座以供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫(kù)。樞紐主要由大壩、溢洪道、放水涵洞、半嶺隧洞、電站五部分組成，總庫(kù)容3529萬(wàn)m3。

2數(shù)字化中主要問(wèn)題

2.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概況

湖漫水庫(kù)于2005年除險(xiǎn)加固中建立了一套集大壩安全監(jiān)測(cè)、閘門(mén)監(jiān)控和視頻監(jiān)視為一體的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)(控)管理分析系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括4方面的內(nèi)容:①大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng);②視頻監(jiān)視自動(dòng)化系統(tǒng);③閘門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng);④綜合自動(dòng)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)共布設(shè)的滲流監(jiān)測(cè)設(shè)施有:12個(gè)壩基滲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，12個(gè)壩體滲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，8個(gè)繞壩滲流監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共安裝埋設(shè)了32支滲壓計(jì)。

2.2目前主要問(wèn)題

2.2.1滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)照《浙江省水庫(kù)運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)化管理信息化建設(shè)總體方案要點(diǎn)》，根據(jù)系統(tǒng)鑒定、安全監(jiān)測(cè)資料分析、現(xiàn)場(chǎng)察看，目前滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題:1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不可靠。對(duì)2009年1月1月－2020年10月31日的壩體滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，U1－1a、U1－2a、U3－1b、L1、L4、R3、R4等7個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)值不可靠。2)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)目前已不能滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集需要，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面:①M(fèi)CU數(shù)據(jù)采集缺失率不能滿(mǎn)足規(guī)范要求。②平均無(wú)故障時(shí)間部分滿(mǎn)足規(guī)范要求。③信息采集與管理軟件缺少完整的數(shù)據(jù)預(yù)警功能。④計(jì)算機(jī)及通信設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)異常，掉電保護(hù)不合格［1］。2.2.2變形觀測(cè)系統(tǒng)原壩頂建有3個(gè)GNSS北斗監(jiān)測(cè)橫斷面點(diǎn)，壩邊巖體上1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，由于原北斗監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)，設(shè)備不好擴(kuò)展。2.2.3視頻系統(tǒng)僅在主要建筑物設(shè)置視頻監(jiān)控，啟閉設(shè)備運(yùn)行狀況只能人工到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。2.2.4閘控系統(tǒng)閘控系統(tǒng)模塊損壞，已無(wú)法更換。

3主要改造措施

湖漫水庫(kù)數(shù)字化實(shí)施主要包含遠(yuǎn)程可視化人工觀測(cè)雨量站、溢洪道閘門(mén)數(shù)字化改造、大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)、出庫(kù)流量監(jiān)測(cè)、水庫(kù)水雨情監(jiān)測(cè)、大屏展示和水庫(kù)數(shù)字化管理平臺(tái)，總投資概算約310萬(wàn)元。其中出庫(kù)流量監(jiān)測(cè)由水文部門(mén)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)，水庫(kù)水雨情監(jiān)測(cè)已配套建設(shè)完成，可以通過(guò)API數(shù)據(jù)接口對(duì)接到本水庫(kù)數(shù)字化管理平臺(tái)。

3.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)

增設(shè)各泄洪設(shè)施室內(nèi)、閘門(mén)頂監(jiān)控，對(duì)啟閉設(shè)備運(yùn)行全過(guò)程監(jiān)控，消除安全隱患，確保安全運(yùn)行;增設(shè)庫(kù)區(qū)及主要入庫(kù)口監(jiān)控設(shè)備及喊話(huà)設(shè)備，基本實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)全覆蓋，通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握庫(kù)區(qū)動(dòng)態(tài)，及時(shí)制止禁止性行為，有效保障飲用水源安全［2］。

3.2大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.2.1變形觀測(cè)系統(tǒng)變形觀測(cè)采用全站儀機(jī)器人，同時(shí)建造觀測(cè)房和觀測(cè)墩，保證全站儀安全、準(zhǔn)確工作。供電采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具體為200W太陽(yáng)能板結(jié)合200Ah蓄電池，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不間斷安全監(jiān)測(cè)［3］。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)直接安裝于觀測(cè)房房頂。全站儀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳輸，用網(wǎng)線(xiàn)與MCU房交換機(jī)連接，再使用原有通訊光纖傳輸全站儀和溫度及壓力傳感器的數(shù)據(jù)。采用機(jī)器人觀測(cè)，在災(zāi)害性天氣等特別工況下，可及時(shí)、準(zhǔn)確進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，分析大壩穩(wěn)定性。3.2.2滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更換MCU32現(xiàn)地測(cè)控單元1套、更換7支損壞的滲壓計(jì)及新裝20根測(cè)壓管用于人工比對(duì)，更換的滲壓計(jì)直接安裝在測(cè)壓管內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。MCU采集設(shè)備可單臺(tái)或多臺(tái)組網(wǎng)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，能適應(yīng)工程現(xiàn)場(chǎng)氣候環(huán)境，并具有防雨、防雷、抗干擾等性能。主要功能有分布式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量、測(cè)量數(shù)據(jù)存貯、定時(shí)采集、離線(xiàn)采集、計(jì)算機(jī)通訊、越限報(bào)警、測(cè)量數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析及制圖、測(cè)量結(jié)果輸出等。軟件系統(tǒng)采用具有兼容性好，安裝部署簡(jiǎn)單、支持SQLite、MYSQL、SQLServer、PostgreSQL等常用主流數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，支持軟件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分離、支持遠(yuǎn)程設(shè)備固件更新、支持定制開(kāi)發(fā)。

3.3閘門(mén)控制系統(tǒng)

對(duì)溢洪道三孔螺桿閘門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，安裝一套基于PLC技術(shù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)可視、有效、安全的啟閉控制?？梢暬l門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由監(jiān)控工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、現(xiàn)地控制單元、閘門(mén)編碼器及開(kāi)度儀、視頻監(jiān)控等部分組成。系統(tǒng)按照“現(xiàn)地控制為主、遠(yuǎn)程監(jiān)控為輔”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)地控制單元(LCU)負(fù)責(zé)對(duì)閘門(mén)進(jìn)行現(xiàn)地測(cè)量、監(jiān)控，并向監(jiān)控主機(jī)發(fā)送各種測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)接受監(jiān)控主機(jī)發(fā)來(lái)的查詢(xún)命令和參數(shù);調(diào)度中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)整體的運(yùn)行監(jiān)控、事件報(bào)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和記錄、與上級(jí)系統(tǒng)通信等功能;視頻監(jiān)控主要監(jiān)控啟閉機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，閘門(mén)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，上游水面狀態(tài)等［4］。閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)采用開(kāi)放式分級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，分成遠(yuǎn)程監(jiān)控級(jí)和現(xiàn)地監(jiān)控級(jí)。遠(yuǎn)程監(jiān)控級(jí)由監(jiān)控主機(jī)兼操作員工作站、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器及打印機(jī)等設(shè)備組成?，F(xiàn)地監(jiān)控級(jí)由各現(xiàn)地監(jiān)視單元、手動(dòng)控制柜、傳感元件組成?，F(xiàn)地監(jiān)控單元(LCU)上配置觸摸屏，用于現(xiàn)地各參數(shù)查詢(xún)、參數(shù)置入等操作。單個(gè)監(jiān)測(cè)閘站站點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括閘門(mén)的開(kāi)關(guān)量信息(開(kāi)啟狀態(tài)、閉合狀態(tài)、開(kāi)到位狀態(tài)、關(guān)到位狀態(tài))和模擬量信息(閘門(mén)開(kāi)度)?，F(xiàn)地LCU柜通過(guò)現(xiàn)有的光纖通訊與調(diào)度中心軟件實(shí)時(shí)通訊。

3.4遠(yuǎn)程可視化人工觀測(cè)雨量站

在雨量站現(xiàn)場(chǎng)新增1套人工可視化觀測(cè)雨量計(jì)，并新增1套高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)，測(cè)報(bào)人員可在水庫(kù)管理房中通過(guò)高清攝像機(jī)進(jìn)行人工遠(yuǎn)程雨量數(shù)據(jù)讀取，可以多一種讀取降雨量的方式，確保報(bào)訊及時(shí)、準(zhǔn)確。

3.5洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)

利用預(yù)報(bào)模式對(duì)歷史洪水進(jìn)行模擬率定，采用新安江模式進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)。由洪水預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行洪水調(diào)度，達(dá)到優(yōu)化水庫(kù)洪水調(diào)度的時(shí)效性和提高水庫(kù)防洪能力。

3.6綜合管理平臺(tái)

平臺(tái)軟件要求具有監(jiān)測(cè)概述、監(jiān)測(cè)儀器、異常數(shù)據(jù)處理功能、信息交互查詢(xún)功能、圖形繪制功能、安全監(jiān)控預(yù)警功能、統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能等一系列，整個(gè)系統(tǒng)支持工作組、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式，可以與局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)互聯(lián)，數(shù)據(jù)庫(kù)可與各種其它數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)，為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口或供其直接使用。

4結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)數(shù)字化建設(shè)作為水利系統(tǒng)最基礎(chǔ)的工程，是水利信息化的基礎(chǔ)。水庫(kù)調(diào)度管理數(shù)字化是現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的首要產(chǎn)物，是提高水庫(kù)調(diào)度管理現(xiàn)代化管理能力的重要手段。水庫(kù)數(shù)字化建設(shè)可以進(jìn)一步挖掘水庫(kù)潛力，增強(qiáng)水庫(kù)運(yùn)行可靠性，使用性，提高水旱災(zāi)害防治水平，提高水資源管理決策水平。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，采用新技術(shù)、新設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)水庫(kù)的設(shè)備和管理的現(xiàn)代化。

參考文獻(xiàn):

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作者:彭小萍 單位:溫嶺市湖漫水庫(kù)事務(wù)所