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1、“数字水库”构建水库安全保障体系崔信 民, ?王 士军, ?黄菊? ?王逸民,!?水文水资源与水利工程科学国家重点试验室?南京水利科学研究院#?福建省山美水库管理处摘要以可持续发展理论为指导,将当代最新的信息管理理念和技术尽 可能地嵌入和渗透到水库信息监测、防洪调度、大坝安全管理、电站管理、溢洪道闸门控制和办公信息管理等主要业务过程中,按“数字水库”的设想整合集成各业务系统资源,构建水库安全保障体系。在保障福建山美水库安全,充分发挥水库的综合效益上产生了巨大作用,为我国数字水库的健康发展提供了一个典型实例。关健词水利信息化数字水库信息系统系统集成%水库概况山美水库是福建省的一座集防洪、供水、灌
2、溉、发电于一体的大型水利枢纽 工程。水库位于晋江流域东溪支流上游,坝址以上集雨面积!方式进行模型计算,采用?/方式进行信息发布这种混合模式,实现了“一处安装、到处拥有”,使洪水预报调度、大坝安全综合诊断可以在任何地方进行,系统更新维护快捷方便。 统一数据平台。通过综合数据库集成了水库各类自动化监测数据和业务管理信息,减少了冗余性,增加了共享性,为水库业务系统开发提供统一的数据服务。9 统一权限管理。系统通过统一用户管理接口,对系统的每一独立应用模块进行统一用户权限管理,使不同部门、不同岗位的人员具有不同使用权限,提高系统的安全性。, 洪水预报、调度和大坝安全分析评价采用?/结构?洪水预报、调度
3、和大坝安全分析评价采用?/结构,按照业务逻辑和构件设计思想将其分解为规模更小的颗粒,即下渗、初损、区域产流、区域汇流、调洪、渗流、变形、稳定等基本业务模块,并以此为基础在通用构件的支持下,在应用服务器提供的运行环境中搭建定时预报、人机交互预报、洪水调度、渗流计算、变形分析、稳定分析等业务系统,使所有链接在应用服务器上异地终端通过浏览器可以同时进行水库的洪水预报、调度和与大坝有关的安全分析评价。3 三维8 0技术。系统采用三维 及三维技术,在建立三维模型的基础上,利用综合数据库中实时监测数据,采用专业模型进行分析计算,在三维场景中实时展现水库的淹没范围、当前大坝断面的渗流线、大坝体内的渗流面、动
4、态模拟闸门启闭状况,实现了三维场景与水利分析模型之间的动态性和实时性,以及水库大坝场景与水库安全分析技术的三维可视化。子系统介绍! 大坝安全监测系统。采用先进的大坝安全监测技术、计算机网络通信技术和数据管理技术,在整理与分析山美水库大坝已有的监测资料基础上,通过对山美水库大坝安全现状研究,在满足有关技术规范要求下,针对影响和控制该工程安全性态的关键变量和关键部位重点监测,监测项目、侧点布置和结构优化组合?监测项目包括主坝变形监测、主坝渗流监测、副坝渗流监测和环境量监测?通过网络实现监测信息远程管理与分析。?水文自动测报系统。由中心站、分 中心站、中继站、遥测站组成,以超短波为主, 手机短信方式
5、为辅的具有双信道通信方式,采用先进的无线电通 讯技术、传感器技术和计算机技术组成,实现流域降雨量、水位、蒸发、流量等水文数据实时采集、报送 和处理。#溢洪道闸门监控系统。是 由监控主机、5 ! 刃现地监控单元、手动控制柜、闸位计、限位计、电源组成,采用计算机对滋洪道闸门开闭进行自动控制,对闸门位置、闸门状态采用现场控制和远程遥控相结合,并能根据库水位升降自动调整闸门启闭开度,使泄量保持稳定。同时,可通过监视系统监视 闸门启闭实况 和消能状况。+地震监测系统。采用以微机为基础 的多通道地震 监测系统。主要由布设在大坝结构及自由基岩场地 上的强震动观测台阵和监控中心组成。监测大坝结构的地震反应和常
6、时环境振动反应智能识别地震、自动触发,实时获取并显示大坝结构地震 反应数据信息及地震报替平时对大坝结构进行健3),康监测和诊断、大震后及时对大坝进行安全评估,为防灾决策提供依据。 电站 自动化系统。采用分层分布开放式系统结构,对水电站的各种运行参数进行实时采集、处理、监视和储存,对水电站各控制对象进行多种方式的控制,实现上级调度自动化系统对电站的遥测、遥信、遥视功能,提高电厂运行经济效益,提高电站安全运行水平,改善运行条件及提高电能生产的质量。 视频图像监控系统。系统可以对大坝、闸门及电厂发电机组的运行状态实现遥视,并可通过视频切换对水库主要部分的运行情况进行实时监视,直观显示设备的外部情况和
7、远方操作结果。9 计算网络通信系统。山美水库管理处和泉州山美大厦两个局域网之间采用光纤专线进行通信,有力地保证了系统的传输质量,大大提高数据通信的可靠性,安全性和保密性。, 综合数据库系统。通过汇集各个数据采集系统的实时数据、历史数据、系统成果数据、管理数据,提供系统服务,保证信息安全,支撑系统可靠运行。3办公 自动化系统。由个人办公、档案资料管理、公共服务、公文流转和信息自动查询系统组成,能够将信息管理、业务处理和生产管理融为一体。可以根据网络中任一台计算机设定的权限进行信息处理和查询。提高各级部门管理水平和工作效率,实现办公 自动化。% )567综合信息查询系统。将无线通信、掌上电脑 55
8、= 、嵌人式8 0三大前沿技术与水利行业实际应用结合在一起,实现了汛情监视与信息查询等功能,为基于移动的办公及决策打下坚实的基础。% 信息服务系统。通过浏览器,以图、表、文字等多媒体形式,清晰简洁、图文并茂地展示气象、雨情、水情、实时洪水情势及其发展过程,实时反映发电、调度、管理等信息。构成一个良好的水库管理信息利用环境。%? 洪水预报系统。通过浏览器形式的洪水预报软件实现洪水预报计算机自动化。主要功能包括4自动定时预报、人工干预交互预报、追踪预报、暴雨总量预报。% #洪水调度系统。通过浏览器形式,采用交互方式,统筹考虑水库上、下游防洪矛盾,水库防洪和兴利之间矛盾,正确处理好多目标关系,科学调
9、度、优化调度、科学决策,对实时防洪形势进行动态分析。%+ 大坝安全分析评价系统。利用大坝安全监测系统 自动监测数据、人工 观测数据和巡视检查记录等,依据水库大坝安全评价导则及专家经验,采用合理的数学模型和评判准则,建立大坝安全分析评价模型,实时综合分析大坝安全运行性态,评定大坝安全类别,对大坝隐患进行预瞥,为水库工程的安全运行和汛限水位动态控制提供辅助决策。% 枢纽三维场景。利用三维 技术、三维建模技术、虚拟仿真技术、数据库技术,再现 山美水库枢纽的三维场景,实现监测数据可视化及三维辅助分析和计算功能。系统运用系统投入 运行以来,山美水库围绕为泉州经济发展提供水资源支撑和保障这一 主题,致力于
10、水库流域水资源的优化配置,凸显“生命库”功能。一是科学调度,从汛期调度向全年调度转变,丰水枯用,确保下游生活生产生态用水二是充分利用雨洪资源,对降雨时空均匀,来水偏丰年度,水库在防洪兴利调度中,面对强台风相继来袭,精确预报洪水总量、洪峰流量,采用动态控制调度方案,科学调蓄洪水,有效拦蓄洪尾水量,适当超蓄,把来水量全部拦蓄,既保证水库主体工程安全,又确保水库正常蓄水,解决了以往汛期弃水,汛后又无水可蓄的问题三是努力提高水能利用率,在水库经济兴利调度中,加强电站机组出力耗水分析,提高运行水头,减少耗水损失,整个主汛期水库均处于高水位运行,实现了防汛发电“双燕”。3)39结语山美水库安全监控系统依靠
11、现代科技,选择一个开放的技术框架,采用整合和集成的思路,利用各种技术手段和方法解决异构系统之间的信息交换和资源共享,使现有的应用程序和数据库可根据业务的需要实现集成,并且能快速地添加新的应用和系统,使两个或更多部门的应用系统之间实现无缝联接,实现一体化的业务处理和信息共享。使水库既可以保护已有的系统投资,又可以根据发展的需求不断扩充原有的系统,为我国数字水库的健康发展提供了一个典型实例。参考文献【%邓苏等?信息系统集成技术第?版?北京4电子工业出版社,?) )+。作者简介4基金项目4崔信民%3一,教授级高级工程师,联 系地址4江苏南京市广州路? #号,邮编编码4?%) )? 3,电话4)?一, ?399?, (8!4(3 9?+8?08 ?。& ?7 =% +? ) 资助3%)
