山東省棘洪灘水庫(kù)數(shù)字化建設(shè)方案

閆士秋，袁 東，張文博

（1.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014；3.青島市水文中心，山東 濟(jì)南 250014）

引黃濟(jì)青工程擔(dān)負(fù)著引江與引黃向青島、煙臺(tái)、濰坊、威海供水的任務(wù)，年總輸水時(shí)間243 d，總供水量4.86 億m3，是山東省重要的調(diào)水大動(dòng)脈。鑒于棘洪灘水庫(kù)的重要性，建設(shè)山東省棘洪灘水庫(kù)數(shù)字化建設(shè)是必要的，為引黃濟(jì)青工程順利運(yùn)行提供了重要保障。

1 需求分析

根據(jù)工程特點(diǎn)，滿足總體功能需求為快速響應(yīng)特殊事件、支撐調(diào)度與工程運(yùn)行安全的目標(biāo)。

1.1 電氣及大壩照明

壩頂防汛路寬約7 m，目前全線無(wú)路燈照明，夜間巡視較為困難。

壩頂防汛路下游側(cè)設(shè)有12 m 水泥桿，布設(shè)間距約80 m，為滿足大壩夜間巡視及視頻安全監(jiān)視需求，本工程需沿壩建設(shè)大壩照明系統(tǒng)。

1.2 大壩信息采集及安全監(jiān)測(cè)

大壩原有滲流設(shè)施已損毀，無(wú)法使用。目前水庫(kù)沿壩全線重新設(shè)置了14 個(gè)滲流監(jiān)測(cè)斷面（原斷面附近），共計(jì)58 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。土建施工已完成，尚未安裝測(cè)量?jī)x器，本方案自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝后可投入正常運(yùn)行。

水庫(kù)原有水文觀測(cè)設(shè)施建設(shè)較早，目前損毀嚴(yán)重，已無(wú)法投入使用，需新建水位、雨量等水文觀測(cè)系統(tǒng)。

1.3 大壩視頻監(jiān)控

水庫(kù)管理區(qū)南門、入庫(kù)泵站管理區(qū)北門處各設(shè)置視頻監(jiān)控點(diǎn)一處，可正常運(yùn)行，但未實(shí)行信息聯(lián)網(wǎng)。管理處辦公區(qū)，放水洞管理區(qū)，各流量測(cè)站、大壩重點(diǎn)區(qū)域等目前均未設(shè)置視頻監(jiān)控點(diǎn)。

1.4 大壩安全防護(hù)設(shè)施

大壩壩腳排水溝側(cè)建有金屬圍欄，因建成時(shí)間較長(zhǎng)，全線銹蝕嚴(yán)重，強(qiáng)度下降，已難于滿足防護(hù)要求。大壩 10+900 處、7+560 處、4+500 處等部位因靠近村莊，有村民上壩小路存在斷開(kāi)、倒伏乃至缺失等嚴(yán)重?fù)p毀情況。金屬圍欄上建有六線制電子圍欄，已經(jīng)完全損壞，不能使用。大壩周界需重新建設(shè)安全防護(hù)設(shè)施。

1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信

目前僅有一條8 芯光纜從水庫(kù)管理處至入庫(kù)泵站，芯數(shù)較少，僅能滿足水庫(kù)管理處與入庫(kù)泵站間的信息互聯(lián)互通。

2 系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)總體框架

以棘洪灘水庫(kù)現(xiàn)狀為分析基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)字化建設(shè)特點(diǎn)，全面研究水庫(kù)安全管理特點(diǎn)和日常管理業(yè)務(wù)需要，以大壩照明、大壩安全監(jiān)測(cè)、管理區(qū)周界入侵報(bào)警及各類信息采集業(yè)務(wù)為重點(diǎn)，以安全管理水庫(kù)為核心，充分整合現(xiàn)有資源，綜合考慮水庫(kù)管理處的職能與職責(zé)，開(kāi)發(fā)建設(shè)能夠應(yīng)對(duì)各種安全事件的信息服務(wù)平臺(tái)，并通過(guò)平臺(tái)支撐各個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用。應(yīng)用系統(tǒng)包括：大壩照明、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、入侵報(bào)警、視頻監(jiān)視、計(jì)算機(jī)監(jiān)控；配套實(shí)施系統(tǒng)主要包括：網(wǎng)絡(luò)及通信、供電保障、系統(tǒng)應(yīng)用支撐環(huán)境、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)隨相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)。項(xiàng)目總體框架如圖1 所示。

圖1 棘洪灘水庫(kù)項(xiàng)目總體框架圖

2.2 大壩照明系統(tǒng)

本次改造盡量利用原有變配電設(shè)備供電，經(jīng)計(jì)算，原有變壓器能滿足新增備供電。原有配電設(shè)備在大壩樁號(hào) 13+700、12+460、10+680、9+270、7+380、5+020、3+440、1+100 附近，原配電箱安裝在建筑物內(nèi)的墻壁上，無(wú)法滿足本次使用，需要進(jìn)行改造，需在戶外設(shè)不銹鋼WXL21 配電箱（IP65）。根據(jù)管理處要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，圍壩間隔80 m 均布道路照明燈。光源選用100WLED 燈，燈桿配避雷針。

2.3 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

大壩位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用GPS 定位系統(tǒng)兼容北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。棘洪灘水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖，如圖2 所示。

圖2 棘洪灘水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.4 入侵報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)根據(jù)管理需要在水庫(kù)周圍設(shè)置入侵報(bào)警系統(tǒng)，全部采用電子圍欄。10+500-11+060.8+740-8+420 處共設(shè) 10 套 100 m 紅外對(duì)射主機(jī)。平臺(tái)軟件及控制鍵盤(pán)放在泵站。

2.5 視頻監(jiān)視

為滿足大壩視頻安防監(jiān)控及各管理站點(diǎn)無(wú)人或少人值守的業(yè)務(wù)需求，在各關(guān)鍵出入口、各管理區(qū)重點(diǎn)部位、各要害業(yè)務(wù)區(qū)、大壩防護(hù)受破壞嚴(yán)重區(qū)域等位置設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，大壩設(shè)置的視頻監(jiān)控點(diǎn)還需要和周界報(bào)警系統(tǒng)配合。

泵站管理區(qū)、水庫(kù)管理區(qū)大門，泵站上壩路處、水庫(kù)上壩路處共四處，安裝雙向卡口槍機(jī)，共8 臺(tái)槍機(jī)。其他在壩區(qū)的重要位置布設(shè)38 臺(tái)球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。

2.6 信息采集及計(jì)算機(jī)監(jiān)控

棘洪灘水庫(kù)信息采集系統(tǒng)新建基礎(chǔ)設(shè)施，設(shè)計(jì)主要包括水位觀測(cè)設(shè)施、雨量測(cè)驗(yàn)設(shè)施、降水蒸發(fā)觀測(cè)設(shè)施等。盡量利用原有的安裝位置，達(dá)到全面觀測(cè)整個(gè)水庫(kù)水文水情信息的目的。

實(shí)現(xiàn)庫(kù)水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能根據(jù)需要繪制庫(kù)水位變化曲線；整合各出入庫(kù)流量監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)出入庫(kù)流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，并能根據(jù)需要生成各類報(bào)表和趨勢(shì)圖；實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)降雨量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能根據(jù)需要生成各類報(bào)表和趨勢(shì)圖；實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)水體蒸發(fā)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能根據(jù)需要生成各類報(bào)表和趨勢(shì)圖；整合現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能根據(jù)需要生成各類報(bào)表、趨勢(shì)圖和水質(zhì)預(yù)警信息；實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)風(fēng)速、風(fēng)向的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能根據(jù)需要生成各類報(bào)表和趨勢(shì)圖；建設(shè)放水洞、進(jìn)水洞、引水洞的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.7 網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)沿線各管理站點(diǎn)的信息共享，需建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)將各信息系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)互通，進(jìn)而滿足管理人員在同一平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理的業(yè)務(wù)需求。操作人員可在水庫(kù)管理處、棘洪灘泵站直接與各現(xiàn)地信息點(diǎn)通信，實(shí)時(shí)收集視頻影像及各種水量、水情、控制、采樣信息以及進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。同時(shí)水庫(kù)派出所監(jiān)控室可根據(jù)賦予權(quán)限調(diào)取視頻監(jiān)控等相關(guān)信息。

為實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)沿線各管理站點(diǎn)的信息共享，需建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)將各信息系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)互通，進(jìn)而滿足管理人員在同一平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理的業(yè)務(wù)需求。操作人員可在管理處監(jiān)控室直接與各現(xiàn)地信息點(diǎn)通信，調(diào)取實(shí)時(shí)視頻影像及各種水量、水情、控制、采樣信息。同時(shí)水庫(kù)派出所監(jiān)控室可通過(guò)專網(wǎng)光纜根據(jù)賦予權(quán)限調(diào)取視頻監(jiān)控等相關(guān)信息。

3 結(jié) 語(yǔ)

棘洪灘水庫(kù)數(shù)字化建設(shè)是提升工程安全、提高水資源管理效率、預(yù)防災(zāi)害的重要措施，是實(shí)現(xiàn)水庫(kù)智慧化管理的階段性目標(biāo)和任務(wù)。項(xiàng)目的建成，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大壩表面及內(nèi)部位移變化情況,實(shí)時(shí)監(jiān)控水庫(kù)大壩周界的安全防護(hù)情況,實(shí)時(shí)掌握庫(kù)水位、出入庫(kù)流量、庫(kù)區(qū)降雨量及水體蒸發(fā)損失等情況，將對(duì)整個(gè)工程的科學(xué)決策、現(xiàn)代化管理提供助力，最終實(shí)現(xiàn)精細(xì)配水的目標(biāo)。