信息化技術(shù)在萌山水庫安全管理中的應(yīng)用

王 揚(yáng)，張 珂

（1.山東科技大學(xué)山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266590；2.淄博市萌山水庫管理中心，山東 淄博 255318）

萌山水庫作為淄博市五大水庫之一，保護(hù)著下游共5.3萬hm2耕地、100萬人口的防洪安全。萌山水庫信息化初步涵蓋了安全管理、安全監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)分析、工程管理等水庫管理的各領(lǐng)域，逐步建成了水庫水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、水庫滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、洪水自動(dòng)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、地表水自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、溢洪閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，在大壩安全管理工作中已初具成效。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研勘察，結(jié)合萌山水庫的安全管理情況及信息化系統(tǒng)的建設(shè)使用情況來看，萌山水庫在信息化系統(tǒng)建設(shè)初期仍存在許多問題。因此，進(jìn)一步提升水庫大壩信息化技術(shù)手段，幫助相關(guān)水利部門盡可能全面地掌握大壩的變位、滲流、環(huán)境變量等情況，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雨水情信息、遠(yuǎn)程控制閘門開關(guān)、視頻監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況、安全監(jiān)測(cè)預(yù)警，同時(shí)也為防汛指揮調(diào)度、水庫除險(xiǎn)加固方案的制定、水庫安全鑒定提供數(shù)據(jù)支撐，滿足水庫對(duì)管理現(xiàn)代化的需求。

1 存在的問題

1.1 對(duì)大壩安全管理重視不足

萌山水庫多年來未出現(xiàn)安全事故，管理人員思想產(chǎn)生松懈，對(duì)滲流、變位、揚(yáng)壓力等影響水庫大壩安全的因素和參數(shù)不了解，對(duì)大壩、溢洪閘、放水洞等關(guān)鍵部位巡查力度不大，對(duì)重點(diǎn)部位和一般部位沒有著重加以區(qū)分。

1.2 缺乏經(jīng)費(fèi)，信息化建設(shè)進(jìn)度緩慢

作為全國重點(diǎn)中型水庫，萌山水庫已正常運(yùn)行50余年。在發(fā)展過程中，由于收入來源有限、缺乏充足的經(jīng)費(fèi)保障，導(dǎo)致日常樞紐工程及配套機(jī)電設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)工作受到嚴(yán)重影響，缺乏了相應(yīng)配套設(shè)備的更新?lián)Q代，以及信息化系統(tǒng)建設(shè)的有序推進(jìn)，制約了社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益的正常發(fā)揮。

自2015年立項(xiàng)實(shí)施萌山水庫信息化系統(tǒng)建設(shè)以來，項(xiàng)目整體推進(jìn)較為緩慢，水庫安全監(jiān)測(cè)設(shè)施仍有缺項(xiàng)。同時(shí)，在資金有限的情況下，沒有認(rèn)真分析研究諸多因素對(duì)水庫大壩安全影響的重要程度。滲流監(jiān)測(cè)、揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)、變位監(jiān)測(cè)等重要信息化系統(tǒng)仍不完善；大壩沉陷位移關(guān)鍵數(shù)據(jù)主要依靠人工觀測(cè)，觀測(cè)精度和實(shí)時(shí)性都不能滿足觀測(cè)需要，使得水庫大壩安全存在隱患。特別是在2019年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”過境時(shí)，面對(duì)極端惡劣天氣，萌山水庫信息化系統(tǒng)應(yīng)用效果不明顯，仍是過多地依賴人工進(jìn)行實(shí)時(shí)分析調(diào)度，為水庫大壩實(shí)時(shí)進(jìn)行安全管理帶來不便。

1.3 信息化建設(shè)沒有達(dá)到預(yù)期效果

萌山水庫已陸續(xù)建成的信息化系統(tǒng)屬于大壩安全管理信息化建設(shè)最基本的系統(tǒng)，相關(guān)的監(jiān)測(cè)設(shè)施覆蓋面不廣，缺乏行之有效的數(shù)據(jù)深度分析功能，不能夠更好地適應(yīng)具有較高業(yè)務(wù)需求的信息化系統(tǒng)建設(shè)要求。水庫滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能比較單一，僅具備數(shù)據(jù)采集、浸潤(rùn)曲線繪制、報(bào)表展示等功能，缺少必要的數(shù)據(jù)分析、資料整編等功能，軟件基于C/S架構(gòu)開發(fā)，應(yīng)用不便捷。同時(shí)，部分測(cè)壓管存在淤積堵塞問題，在一定程度上影響了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.4 數(shù)據(jù)共享存在困難，信息交流不通暢

萌山水庫已建成的各信息化系統(tǒng)之間相對(duì)獨(dú)立，各類信息采集的基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、信息共享機(jī)制不配套，數(shù)據(jù)無法做到共享兼容，沒有達(dá)到有效整合，導(dǎo)致信息化系統(tǒng)名不副實(shí)。

1.5 缺少綜合信息管理平臺(tái)

在日常管理中，所需的信息查詢、工程監(jiān)控、洪水預(yù)報(bào)及調(diào)度決策、日常辦公等各類業(yè)務(wù)信息分布零散且均停留在人工處理階段，智慧型決策應(yīng)用基礎(chǔ)薄弱，缺少全局統(tǒng)籌管理的高效智慧型應(yīng)用體系。需要建立一個(gè)綜合、高效、統(tǒng)一的查詢、發(fā)布、可視化展示的服務(wù)平臺(tái)，以提高水庫綜合信息科學(xué)性規(guī)范化管理能力。

2 智慧水庫綜合平臺(tái)建設(shè)

2.1 大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)

構(gòu)建萌山智慧水庫綜合平臺(tái)，對(duì)水文監(jiān)測(cè)、大壩變位監(jiān)測(cè)、大壩滲流監(jiān)測(cè)、出入庫洪水量監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、閘門控制、放水洞水量監(jiān)測(cè)、安全預(yù)警、數(shù)據(jù)在線分析及資料整編等功能的全要素?cái)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)綜合共享，預(yù)留環(huán)境變量、應(yīng)力監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)接口，進(jìn)一步提高水庫安全運(yùn)行現(xiàn)代化、信息化水平。

2.2 大壩表面和溢洪閘變位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

包括對(duì)大壩壩面和溢洪閘中墩的垂直位移和水平位移監(jiān)測(cè)，部署GNSS位移觀測(cè)設(shè)備及13處位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用北斗/GPS衛(wèi)星系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩和溢洪閘的垂直位移和水平位移實(shí)施24小時(shí)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警，解決人工測(cè)算費(fèi)力耗時(shí)、頻次精度低、外界氣候環(huán)境影響因素大及數(shù)據(jù)整理分析不全面等問題。設(shè)備自安裝投入使用以來，運(yùn)行情況良好，雷雨大風(fēng)等惡劣天氣環(huán)境下可以安全運(yùn)行；基準(zhǔn)站接收衛(wèi)星情況良好，接收信號(hào)以GPS衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星為主，易于管理，維護(hù)方便；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、傳輸及時(shí)；無線傳輸穩(wěn)定性強(qiáng)，未發(fā)生斷聯(lián)情況。

2.3 大壩滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

利用原有的大壩滲流觀測(cè)井及萌山水庫5個(gè)斷面的17處大壩滲流監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)測(cè)壓管進(jìn)行清洗、注水試驗(yàn)和管口高程復(fù)測(cè)，配置跟蹤式智能滲壓遙測(cè)儀對(duì)測(cè)壓管水位進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，部署新一代大壩滲流觀測(cè)設(shè)備。設(shè)備自安裝投入使用以來，運(yùn)行情況良好，雷雨大風(fēng)等惡劣天氣環(huán)境下可以安全運(yùn)行；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、傳輸及時(shí)；無線傳輸穩(wěn)定性強(qiáng)，未發(fā)生斷聯(lián)情況。

2.4 放水洞綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

分別建設(shè)超聲波流量計(jì)、遠(yuǎn)程量水監(jiān)測(cè)終端、震動(dòng)測(cè)量傳感器，對(duì)放水洞的流量、滲流量、振幅及頻率變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。設(shè)備自安裝投入使用以來，運(yùn)行情況良好；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、傳輸及時(shí)；通過物聯(lián)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，未發(fā)生斷聯(lián)情況。

3 建設(shè)成效

萌山智慧水庫綜合平臺(tái)建成后，充分利用了已部署的水庫安全運(yùn)行綜合監(jiān)測(cè)分析管理系統(tǒng)，對(duì)水庫大壩的安全數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了全面采集和深度分析。

一是與安全管理工作互相促進(jìn)、互相融合。在水文監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)等方面實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、完整性和準(zhǔn)確性，在資料整編方面實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的便捷性和可操作性，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)大壩、溢洪閘、放水洞等重點(diǎn)部位的安全狀態(tài)，做到“早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警、早處置”，降低安全隱患發(fā)生的可能性。

二是進(jìn)一步完善了萌山水庫信息化系統(tǒng)，增強(qiáng)水庫智能感知能力，補(bǔ)齊了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的短板。

三是深度整合各子系統(tǒng)至水庫安全運(yùn)行綜合監(jiān)測(cè)分析管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了各子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享，減少因人工計(jì)算、誤操作等原因造成的誤差，促進(jìn)萌山水庫安全管理水平現(xiàn)代化的提高。

4 結(jié)論

基于萌山水庫信息化系統(tǒng)存在的不足而建成的智慧水庫綜合平臺(tái)，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行實(shí)踐，在提高水庫安全管理方面取得了良好效果。今后還需要進(jìn)一步完善智慧水庫綜合平臺(tái)的信息化系統(tǒng)架構(gòu)，充分利用數(shù)字化和人工智能全面感知水庫大壩的運(yùn)行工況，進(jìn)一步加強(qiáng)萌山水庫大壩涉及防洪、抗震、金屬結(jié)構(gòu)等各方面的數(shù)據(jù)采集、深度分析、實(shí)時(shí)預(yù)警和信息共享的能力，充分利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等最新科技成果分析水庫大壩可能存在的安全隱患，更好地提升大壩安全管理能力，切實(shí)保障水庫大壩安全運(yùn)行。