中小型水库安全监测预警系统研究

白振华

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

山西省中小型水库大多建成于20世纪五六十年代，呈现出分布范围广、规模小、投入资金少、基础设施少、病险隐患多、管理薄弱等特点。近年来，通过加强管理和开展大规模的病险水库除险加固，水库安全形势总体有所好转。为切实落实大坝安全管理责任，确保水库安全运行，充分发挥水库效益，必须要增强水库管理和科学调度的手段和能力，不断提高水库管理的信息化和现代化水平。

水库安全监测系统是根据水库安全管理部门的实际工作需要为目标，按照现有的有关国家标准、行业标准和技术规范为设计依据的监测系统，建立和完善雨情、水情、工情、水质监测设施为基础、通讯系统为保障、计算机网络系统为依托、安全预警为核心的水库安全监测的信息系统。

该系统架构设计充分考虑了水利管理部门的工作特点和关键业务，合理划分出不同功能的子系统，易于装配定制。各子系统既能独立运行，又能够根据实际情况组合协同工作，大大提高了系统对不同需求的适应能力。下文对各系统进行分别介绍。

1 信息采集系统

利用先进的自动监测与远程遥测技术、通信及计算机网络技术、将水库的水雨情监测、大坝安全监测、水质自动监测、视频监视和人工巡视录入等系统，构成“五位一体”的水库安全远程监测系统。下文对各系统具体情况进行介绍。

1.1 水雨情监测系统

水雨情监测系统包括雨量和水位的数据自动采集、固态存储、数字化自动传输至站房，对流量信息或其他少量没有自动采集的信息，利用标准水情编码通过人工置数进行数字化自动传输。远程分中心系统通过实时收集水雨情遥测站的全部数据。

1.2 大坝监测系统

建立水库大坝监测与分析系统，可完成对水库大坝浸润线数据的实时准确采集，为大坝防险和调度提供可靠的依据，大大提高预见期和准确性，对水库的防洪兴利和优化水调度是非常必要的。系统可定时采集发送监测点安全监测实时数据和设备工况信息，包括渗压、渗流、位移等数据和设备工作电压、环境温度数据。采集终端机MCU采用定时发送和超阈值加密测量机制，定时周期及增量阈值可根据需要进行配置，以在满足数据密度和精度要求情况下最大限度节约电源消耗。本地安全监测中心还支持GPRS/SMS通讯方式将实时数据发送至多个远程中心，并随时接受远程中心的数据召测。

1.3 水质监测系统

水质自动监测系统由监测子站和中心站组成。水质自动监测子站主要由自动采水、配水单元、分析单元、子站控制与数据采集单元、条件保证系统等组成，负责水样的采集、水质分析、数据整理与上报。中心站负责对各个子站的监测数据进行采集、整理、报表、监管及远程控制。系统具备无人值守、自动运行、远程监控、自动校准，实时监测水质变化情况，超标报警。模块化设计，具有高度可扩展性，可在基本单元的基础上扩展重金属、氰化物、砷等其它污染物监测仪。可实现远程异步多点采集，实现数据的采集和监控。

1.4 人工巡视系统

人工巡视检查和仪器监测是分不开的，这是由大坝的特殊性和目前仪器监测的水平所决定的。大坝边界条件和工作环境较为复杂，同时，由于材料的非线性（特别是土石坝），使监测的难度增大；另一方面，目前仪器监测还只能作到“点（小范围）监测”，如测缝计只能发现通过测点的裂（接）缝开度的变化，而不能发现测点以外裂（接）缝开度的变化；变形（渗流）测点监测到的是坝体（基）综合反应，因而很难进行具体情况的原因分析。巡视检查目的是为了检查水库及附属建筑物在运行期间的结构完整性和安全可靠性，发现异常或存在的隐患和缺陷及时提出补救措施和改进意见。按照时间间隔和特殊性质，巡视检查可分成以下三类，即：日常巡视检查、年度巡视检查和特殊情况下的巡视检查。每次把人工巡视检查的内容和检查频次录入远程监控系统中，以便资料分析和巡视制度的管理，及大坝安全评定时查询和输出历史巡视记录。

2 视频监控系统

采用公网无线传输（3G）等先进通信技术的网络图像监控系统，可以实时观测水库的各水工建筑物现场情况以及现场动态，为领导决策提供了直观的图像信息，视频监控系统可将被监控现场的实时图像和数据信息准确、清晰、快速地传送到监控中心，监控中心能够实时、直接地了解和掌握各被监控现场的实际情况，做出相应的反应和处理。同时可以改善观测、测量工作人员的工作环境，减少工作人员，做到无人值守、少人值班。

本系统在各水库重点部位设置视频监视点，监视范围包括泄洪闸门、大坝正常工作和稳固程度、水库水面情况的实时监测、水库水岸情况的实时监测。小型水库布设2台、中型水库布设4台全天候云台变焦一体化摄像机，具有受控转动、变焦、自动聚焦等功能，以便监控水库大范围场景。

3 通讯系统

水利数据遥测中通信组网方案大致有两种类型，即单一通信方式和混合通信方式。常见的通信方式有：超短波、有线电话、卫星、GSM，GPRS等几种，它们都可以单独组成水利数据遥测网络。混合通信方式由以上不同通信方式组合而成，可以衍生出很多种组网方案。由于水库大坝等水利监控点分布在较广阔的范围内，与监控中心的距离较远，近年来依托移动通讯GPRS网络的全方位覆盖以及新近推出的3G（TDSCDMA）网络，推动着移动远程自动化信息传输技术在水利行业的广泛应用。

根据水库安全远程监测系统监测站所处的自然地理环境及信息传输需要，拟采用3G（TD-SCDMA）传输作为监测系统的主信道，GPRS线路作为监测系统的备用信道。

4远程监测中心系统

水利信息化软件系统设计时就引入了平台化的架构，将水利信息化软件系统构架在两个平台上，即远程监控平台与数据分析与应用平台。两个平台使用统一的数据库，实现数据的集中处理、集中存储与统一共享。

4.1 远程监控平台

远程监控平台是一个通用的远程遥测信息接收、处理、管理平台，可广泛应用于水利信息化遥测信息采集系统。远程监控平台支持多种通讯方式，内置多种工作模式及工作体制，可接收并处理水位、雨量、渗流、渗压、水质、位移等各种信息，远程监控平台整合了软件系统与各种现场采集、控制设备的通讯协议与数据接口，负责各种信息的采集、存储、转发、整编、入库等基础工作，使管理人员省却了繁琐而重复的数据收集工作专注于对信息的分析和业务决策。远程监控平台为应用系统提供对信息进行分析、统计、决策支持所需的数据。

4.2 数据分析管理系统

数据分析管理系统对水资源信息和水资源使用情况进行分析、统计，辅助业务管理流程，帮助水资源管理者进行业务决策。数据分析系统建立在通用的应用平台之上，与远程监控平台共用一个统一的综合数据库。基于通用应用平台的数据分析管理系统，其功能模块具有高度灵活性，可根据用户类型及实际业务需要进行灵活调整。数据分析管理系统采用CS与BS相结合的结构，可灵活部署，方便实施。

4.3 预警发布

预警系统对各类实时监测信息进行判断，当达到相关临界警戒值后，系统按照预警级别分别向各级防汛职责单位相关人员进行预警信息的发布，信息发送方式分为自动预警与人工预警。

安全监测预警系统对内部提供Web服务，有权限用户可以通过Internet网络登录该系统Web服务器访问系统来进行汛情信息服务。

短信预警发布平台提供短信群发功能，能向列表中的各级主管领导、责任人自动发送安全预警短信。

电话传真预警发布平台能自动向列表中的各个单位传送水库安全预警信息或调度指示文件等，克服人工拨号打电话、发传真，费时易出差错的问题。