水利工程自动化在石佛寺水库中的应用

李可 杜昆祥 李兴文

[摘要]：随着计算机技术、电子技术和通讯技术的高速发展，水库的工情、水情信息逐步走向了高效准确的自动采集、传输、分析和处理等数字化管理，石佛寺水库采用的自动化系统建设取代了传统的水库建设方式。

[关键词] 石佛寺水库自动控制系统工程建设管理

中图分类号： TV62文献标识码： A 文章编号：

水利工程自动化是集自动测报、自动监控、通信、计算机网络、3S(GIS、GPS、RS)、数据库、专业数学模型、系统集成等高新技术于一体的以现代化的信息采集系统为基础、通信和计算机网络系统为保障，信息管理与决策支持系统为核心的一项规模庞大、结构复杂、涉及面广、建设较长的信息系统工程。石佛寺水库工程建设管理开始由传统型的经验管理逐步转变为现代化管理。利用通信、计算机、程控交换、图文视讯和遥测遥控等现代科学技术，配置相应的的硬、软件设施，先后建立通信传输、计算机网络、信息采集和视频监控等系统，实现了水情、工情信息的实时采集，水工建筑物的自动控制，作业现场的远程监视，工业视频异地会商及办公自动化等。对于水库而言，水库信息化和现代化建设也是实现“数字水库”的基础和前提。

1石佛寺水库概况

石佛寺水库是辽河干流上唯一的一座控制性水利工程，其主要任务是解决辽河干流突出的防洪问题。坝址左岸位于沈阳沈北新区黄家乡，右岸位于法库县依牛堡乡，距沈阳市区约47km，坝址以上流域面积164,786km²其中省内流域面积16,161km²。主要永久性水工建筑物有：拦河主坝、副坝、泄洪闸、水库范围内辽河支流改造工程、交叉建筑物及其他工程。防洪标准按100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。总库容1.85亿m³，其中防洪库容1.60亿m³。石佛寺水库建成后通过与辽河上游三大支流上的清河、柴河、南城子、榛子岭4座水库和区间堤防联合调度，可将辽河石佛寺水库以下的防洪标准由30年一遇提高到100年一遇，完善了辽河干流的防洪体系，保障辽河干流的防洪安全，保护下游人口235.4万、耕地28.47hm²，保护辽河油田、沈山铁路、沈山公路、输油管线、通信干线等重点工矿企业和大型基础设施。

2石佛寺自动化工程建设概况

石佛寺水库自动化工程在立项、设计、建设、施工过程中，按照高起点、高标准、严要求、5年不落后的原则建设实施的。在管理、运行、维护方面配备了专职操作、维护及管理人员，在运行管理期间对各系统的部分软硬件进行了升级改造，并对各子系统进行了集成，建成了防洪综合自动化系统。石佛寺水库自动化工程是一个集工情水情信息采集、传输、存储、处理和防洪调度为一体的信息系统工程。按照各系统的功能不同，可分为：水文自动测报系统、地下水位监测系统、大坝安全监测自动化系统、工业视频监视系统、闸门集中控制系统、防洪综合自动化系统等。

2.1水文自动测报系统

本系统共设14个超短波水情遥测站、一个中继站、一个中心站（与卫星中心共用），组成超短波通讯网。中心站设在石佛寺水库前方调度楼内。系统数据中继站设在龙首山，系统所属各超短波遥测站的水情信息采用超短波通讯网络通过中继站传送至中心站。本系统使用220MHz为通讯频段，由于中继站采用数据再生中继，本系统超短波网络只需使用一个频点的频率。

2.2地下水位监测系统

石佛寺水库是一典型的河道型平原水库，地下水位观测是水库防汛的一项基础性水利工作，在水库管理、水库安全和水库建设等方面具有重要作用，过去部分地下水位数据一直靠人工观测，但这种方式存在着人为因素影响大、观测不及时、精确度低、费用高、管理复杂等诸多弊端观测频率也因经费原因等难以提高，导致地下水位信息资料的可用性一直较低，本系统正是为解决上述问题而研制开发的。本系统采用了浮子式水位计，并结合接受与显示软件，组建了包含中心站、10个遥测终端的地下水位监测系统。该系统不但可以对地下水位进行实时监测，而且可以根据实际需要对数据进行筛选、加工、整理、汇总，集实时监测、发射、接受、数据库整理、图形绘制于一体，在实时收集地下水位数据的基础上，建立地下水位数据库，配合雨水情预警系统，为水库的防汛管理提供客观可靠的数据依据与技术支持。

2.3大坝安全监测自动化系统

石佛寺水库大坝安全监测自动化系统分为大坝变形监测系统和渗流监测系统。

2.3.1大坝变形监测系统

依据坝区及周围地质环境条件分析，分别在大坝的两端选定朱尔山和地表自然隆起部分的一稳定建筑物楼顶（该建筑物基础为原土开挖，且已建成3年）为相对稳定点，设立基岩墩两个，作为全网的基准点。监测点沿大坝方向布设，与基准点联测，其中坝面GPS监测点18个，高程拟合点2个，基准点至各监测点的平均边长为7.4km，最长为11km，最短为5km。点位分布如图 所示。

2.3.2渗流监测系统

a主坝渗流监测

为了监测坝体在上、下游水位差作用下浸润线的变化 坝基渗流压力的大小，需建立渗流监测网。在BA0+125、BA0+665、BA1+145、BA2+595、BA3+695桩号断面上各设5个浸润线观测点，5个坝基渗流监测点。BB0+010、BB1+489、BB3+289桩号断面上各设5个浸润线监测点，4个坝基渗流监测点。所有渗流监测点均安装振弦式渗压计。各断面的测点接入相应的DAU数据采集仪，通过光缆与设在中控室内的采集计算机组成主坝渗流监测系统。

b泄洪闸渗流观测

泄洪闸、上流铺盖、斜坡段及消力池段底板在上、下游水位差作用下会产生扬压力，在尾水作用下会产生浮托力。为了监测它们对泄洪闸、上流铺盖、斜坡段及消力池段底板渗透压力的大小，在泄洪闸每个闸段的闸墩中间的底板上埋设一个测点。对BA0+245.00、BA0+339.5桩号两个断面的闸底板进行了重点观测，每个断面埋设4个测点。在上流铺盖、斜坡段及消力池段底板横剖面方向BA0+245.00、BA0+339.50桩号的纵剖面各布置3个测点。所有渗流监测点均安装振弦式渗压计。这些测点与设置在闸室内的两台DAU数据采集仪连接，与设在中控室内的采集计算机组成泄洪闸渗流观测系统。

2.4工业视频监视系统

为确保石佛寺水库的安全性和可靠性，设置工业视频实时监控系统。通过本系统的建设对主坝上下游、16孔泄洪闸、上下游翼墙、启闭机室、右坝头中控室、等进行电视图像监视，并实现对云台、镜头、画面控制切换。视频切换矩阵布置在综合调度楼内。工业视频系统施工内容包括监控中心设备、网络通信设备、前端设备、土建工程等。在坝区和办公区分别设有子系统，共有22个信息监控点，坝区设有12个监控点（其中4路与水利厅联网）、办公区设10个监控点。

2.5闸门集中控制系统

石佛寺水库泄洪闸共设16孔，每孔布设一台2*630kN固定卷扬式启闭机。计算机监控系统完成对对启闭机的工作过程控制，有一套集中控制系统和16套现地控制系统组成。现地站完成对16台启闭机的一对一控制，其工作方式为手动常规继电器逻辑控制和现地可编程（PLC）自动控制。集中监控系统采用服务器、集中控制操作员工作站（IPC）、集中控制工程师工作站和远程控制操作员工作站构成C/S控制单元，远程站为远方集中控制。

2.6防洪综合自动化系统

以水库为核心的防洪调度综合自动化系统的建设，传统特点是将水情遥测系统与洪水调度系统结合在一起，构成一个基于客户机/服务器计算机网络模式下的初级集成系统，但石佛寺水库还同时建设了地下水位监测系统、大坝安全监测自动化系统、工业视频监视系统、闸门集中控制系统，以前尚未与洪水调度系统集成起来，非常不利于统一管理与维护，满足不了计算机网络技术的快速发展，人们对信息共享越来越高的需求。从2010年起对个子系统进行了集成，建成了防洪综合自动化系统。系统集成内容包括硬件和软件两部分。硬件部分包括视频监控、大屏幕、会议讨论、网络配置等4个子系统。软件部分包括防洪调度综合自动化系统软件开发集成、综合决策支持信息化系统平台开发、防洪决策支持系统开发、综合数据库管理子系统开发、水情办公自动化系统开发。

3结语

石佛寺水库各信息采集子系统从2005年起已陆续建成，至今已运行7年，虽然出现了一些问题，但是随着部分软硬件的更新改造及升级，特别是防洪调度综合自动化系统的建成，石佛寺水库自动化工程建设步入了一个崭新的阶段，对我国及世界水利工程自动化事业做出了一定的贡献。

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