湖漫水庫運行管理數(shù)字化改造綜述

彭小萍

(溫嶺市湖漫水庫事務所，浙江 溫嶺 317500)

1 工程概況

湖漫水庫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。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，總庫容3529萬m3。

2 數(shù)字化中主要問題

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)概況

湖漫水庫于2005年除險加固中建立了一套集大壩安全監(jiān)測、閘門監(jiān)控和視頻監(jiān)視為一體的自動化監(jiān)測(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)測自動化系統(tǒng)；②視頻監(jiān)視自動化系統(tǒng)；③閘門遠程監(jiān)控系統(tǒng)；④綜合自動化計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)共布設(shè)的滲流監(jiān)測設(shè)施有：12個壩基滲壓監(jiān)測點，12個壩體滲壓監(jiān)測點，8個繞壩滲流監(jiān)測點，共安裝埋設(shè)了32支滲壓計。

2.2 目前主要問題

2.2.1 滲流監(jiān)測系統(tǒng)

對照《浙江省水庫運行管理標準化管理信息化建設(shè)總體方案要點》，根據(jù)系統(tǒng)鑒定、安全監(jiān)測資料分析、現(xiàn)場察看，目前滲流監(jiān)測系統(tǒng)主要存在以下問題：

1)監(jiān)測數(shù)據(jù)不可靠。

對2009年1月1月-2020年10月31日的壩體滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，U1-1a、U1-2a、U3-1b、L1、L4、R3、R4等7個測點測值不可靠。

2)監(jiān)測自動化系統(tǒng)目前已不能滿足數(shù)據(jù)采集需要，主要體現(xiàn)在以下4個方面：①MCU數(shù)據(jù)采集缺失率不能滿足規(guī)范要求。②平均無故障時間部分滿足規(guī)范要求。③信息采集與管理軟件缺少完整的數(shù)據(jù)預警功能。④計算機及通信設(shè)施運行狀態(tài)異常，掉電保護不合格[1]。

2.2.2 變形觀測系統(tǒng)

原壩頂建有3個GNSS北斗監(jiān)測橫斷面點，壩邊巖體上1個基準點，由于原北斗監(jiān)測點建設(shè)時間久遠，設(shè)備不好擴展。

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)備運行狀況只能人工到現(xiàn)場監(jiān)測。

2.2.4 閘控系統(tǒng)

閘控系統(tǒng)模塊損壞，已無法更換。

3 主要改造措施

湖漫水庫數(shù)字化實施主要包含遠程可視化人工觀測雨量站、溢洪道閘門數(shù)字化改造、大壩安全自動監(jiān)測、出庫流量監(jiān)測、水庫水雨情監(jiān)測、大屏展示和水庫數(shù)字化管理平臺，總投資概算約310萬元。其中出庫流量監(jiān)測由水文部門負責監(jiān)測，水庫水雨情監(jiān)測已配套建設(shè)完成，可以通過API數(shù)據(jù)接口對接到本水庫數(shù)字化管理平臺。

3.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

增設(shè)各泄洪設(shè)施室內(nèi)、閘門頂監(jiān)控，對啟閉設(shè)備運行全過程監(jiān)控，消除安全隱患，確保安全運行；增設(shè)庫區(qū)及主要入庫口監(jiān)控設(shè)備及喊話設(shè)備，基本實現(xiàn)庫區(qū)范圍內(nèi)全覆蓋，通過監(jiān)控平臺實時掌握庫區(qū)動態(tài)，及時制止禁止性行為，有效保障飲用水源安全[2]。

3.2 大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)

3.2.1 變形觀測系統(tǒng)

變形觀測采用全站儀機器人，同時建造觀測房和觀測墩，保證全站儀安全、準確工作。供電采用太陽能供電系統(tǒng)實現(xiàn)，具體為200W太陽能板結(jié)合200Ah蓄電池，實現(xiàn)長時間不間斷安全監(jiān)測[3]。太陽能供電系統(tǒng)直接安裝于觀測房房頂。全站儀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過光纖傳輸，用網(wǎng)線與MCU房交換機連接，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)。

采用機器人觀測，在災害性天氣等特別工況下，可及時、準確進行數(shù)據(jù)收集，分析大壩穩(wěn)定性。

3.2.2 滲流監(jiān)測系統(tǒng)

更換MCU32現(xiàn)地測控單元1套、更換7支損壞的滲壓計及新裝20根測壓管用于人工比對，更換的滲壓計直接安裝在測壓管內(nèi)進行監(jiān)測。MCU采集設(shè)備可單臺或多臺組網(wǎng)自動采集數(shù)據(jù)，能適應工程現(xiàn)場氣候環(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)化測量、測量數(shù)據(jù)存貯、定時采集、離線采集、計算機通訊、越限報警、測量數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析及制圖、測量結(jié)果輸出等。

軟件系統(tǒng)采用具有兼容性好，安裝部署簡單、支持SQLite、MYSQL、SQLServer、PostgreS QL等常用主流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持軟件和數(shù)據(jù)存儲分離、支持遠程設(shè)備固件更新、支持定制開發(fā)。

3.3 閘門控制系統(tǒng)

對溢洪道三孔螺桿閘門進行遠程自動化控制，安裝一套基于PLC技術(shù)的自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)閘門可視、有效、安全的啟閉控制?？梢暬l門遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)控工作站、數(shù)據(jù)服務器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、現(xiàn)地控制單元、閘門編碼器及開度儀、視頻監(jiān)控等部分組成。

系統(tǒng)按照“現(xiàn)地控制為主、遠程監(jiān)控為輔”的原則進行設(shè)計，現(xiàn)地控制單元(LCU)負責對閘門進行現(xiàn)地測量、監(jiān)控，并向監(jiān)控主機發(fā)送各種測量數(shù)據(jù)，同時接受監(jiān)控主機發(fā)來的查詢命令和參數(shù)；調(diào)度中心監(jiān)控計算機實現(xiàn)整體的運行監(jiān)控、事件報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和記錄、與上級系統(tǒng)通信等功能；視頻監(jiān)控主要監(jiān)控啟閉機運行狀態(tài)，閘門運動狀態(tài)，上游水面狀態(tài)等[4]。

閘門監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分級分布式結(jié)構(gòu)，分成遠程監(jiān)控級和現(xiàn)地監(jiān)控級。遠程監(jiān)控級由監(jiān)控主機兼操作員工作站、數(shù)據(jù)管理服務器及打印機等設(shè)備組成?，F(xiàn)地監(jiān)控級由各現(xiàn)地監(jiān)視單元、手動控制柜、傳感元件組成。

現(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、參數(shù)置入等操作。單個監(jiān)測閘站站點監(jiān)測內(nèi)容包括閘門的開關(guān)量信息(開啟狀態(tài)、閉合狀態(tài)、開到位狀態(tài)、關(guān)到位狀態(tài))和模擬量信息(閘門開度)。

現(xiàn)地LCU柜通過現(xiàn)有的光纖通訊與調(diào)度中心軟件實時通訊。

3.4 遠程可視化人工觀測雨量站

在雨量站現(xiàn)場新增1套人工可視化觀測雨量計，并新增1套高清監(jiān)控攝像機，測報人員可在水庫管理房中通過高清攝像機進行人工遠程雨量數(shù)據(jù)讀取，可以多一種讀取降雨量的方式，確保報訊及時、準確。

3.5 洪水預報調(diào)度系統(tǒng)

利用預報模式對歷史洪水進行模擬率定，采用新安江模式進行洪水預報。由洪水預報結(jié)果進行洪水調(diào)度，達到優(yōu)化水庫洪水調(diào)度的時效性和提高水庫防洪能力。

3.6 綜合管理平臺

平臺軟件要求具有監(jiān)測概述、監(jiān)測儀器、異常數(shù)據(jù)處理功能、信息交互查詢功能、圖形繪制功能、安全監(jiān)控預警功能、統(tǒng)計報表功能等一系列，整個系統(tǒng)支持工作組、網(wǎng)絡(luò)運行方式，可以與局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)互聯(lián)，數(shù)據(jù)庫可與各種其它數(shù)據(jù)庫互聯(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

水庫數(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)。水庫調(diào)度管理數(shù)字化是現(xiàn)代先進科學技術(shù)發(fā)展的首要產(chǎn)物，是提高水庫調(diào)度管理現(xiàn)代化管理能力的重要手段。水庫數(shù)字化建設(shè)可以進一步挖掘水庫潛力，增強水庫運行可靠性，使用性，提高水旱災害防治水平，提高水資源管理決策水平。隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，采用新技術(shù)、新設(shè)備，可以實現(xiàn)整個水庫的設(shè)備和管理的現(xiàn)代化。