黄壁庄水库信息化管理系统的研究与应用

摘 要：水库信息化管理是水利现代化建设的基础和前提，是提高水利工程建设和运行管理效能、水利管理效率和决策水平的重要途径。本文阐述了对水库大坝安全监测、水情自动测报、洪水调度、闸门监控、实时调度等方面的信息自动化系统建设的研究与应用，充分发挥了水库工程的综合效益，促进了水库安全管理的长期、有效发展。

关键词：黄壁庄水库；信息化系统；安全管理

1 水库概况

黄壁庄水库是海河流域子牙河系滹沱河中下游重要的、控制性大（I）型水利枢纽工程，总库容12.1亿m3，整个枢纽工程由主坝、副坝、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道和电站重力坝等建筑物组成。水库主要功能以防洪为主，兼有农业灌溉、工业用水、城市生活用水和生态用水等兴利任务。

80年代以前，黄壁庄水库工程管理基本处于人工管理，90年代，通信、计算机技术在水利工程建设中得到初步应用。为改变水库工程管理手段落后的面貌，1999-2005年在水库除险加固工程中，实施了工程管理信息自动化系统，借助于现代的通信、计算机、程控交换、图文视讯和遥测遥控等信息技术，先后建立专用的通信传输链路、高效的计算机网络、实时的信息采集网络、动态的远程监视监控网络等系统，配置和研发相应的软件、硬件设施，实现水情、工情信息的实时采集监测分析、水工建筑物的自动控制、作业现场的远程监视、水利工程的优化调度、工程管理视讯异地会商及办公自动化等综合业务的现代化、信息化、自动化管理，水库工程管理由传统型的经验管理逐步转换为现代信息化管理。

2 水库信息化建设

黄壁庄水库信息化系统主要包括黄壁庄—岗南水情自动测报系统、岗南-黄壁庄梯级水库洪水预报调度系统、大坝安全监测系统、闸门监控系统、水库监控中心、河北省水利厅—黄壁庄—岗南数据语音综合通信系统、卫星云图接收系统等，七个系统形成一套完整的水利工程信息化系统。

2.1 水情自动测报系统

该系统由遥测站、中继站、中心站和系统软件构成。建有34个遥测站，3个中心站，1个维护站。采用超短波-Inmarsat-C混合组网通信方式。上级站发送采集命令到各遥测站，实时数据经过检验和调制后送往中心站。中心站的计算机对采集到的数据进行实时处理，据此制定出水库的调度计划和防洪调度方案。

水情自动测报系统能实时接收遥测水文数据，提供气象情况、洪水图形仿真、洪水调度决策及水资源优化调度方案，为水库提供准确及时的雨情、水情信息，并可进行洪水预报调度，提高了水库防洪调度的自动化水平。

2.2 洪水预报调度系统

洪水调度系统以大型网络数据库为中心，由信息采集、预报、调度和数据管理4个子系统组成，支持远程通信和外部连接，可纳入上级防汛网络。

洪水预报调度系统往往和洪水自报系统合二为一，由遥测系统提供实时的水、雨情等信息，再由洪水预报调度系统提供入库流量及洪水过程线等信息，进行洪水自动化调度，为制定水库调度计划和防洪调度方案提供参考，为抗洪救灾决策提供科学依据，实现水库优化调度。

2.3 大坝自动安全监测系统

该系统由数据采集系统、信息管理系统、资料分析三个软件、现地15个测控单元和1个监测中心组成。水工建筑物共布设34个MCU，接入了312支自动观测仪器，用于监测大坝渗流、混凝土应力应变、变形、环境量。

采集功能可使MCU按设定时间自动进行巡测、存储数据，并向中央控制器报送数据。运行信管软件，进行原始数据处理，可形成不同载体的观测成果整编资料。运行分析软件可进行观测成果分析；同时可实现各种计算提供测值预报，进行视图分析，描绘趋势曲线等。

大坝自动安全监测系统将所有水工建筑物自动观测仪器原始数据采集完毕并进行处理、分析，实效快，效率高。可根据工情、水情随时进行数据调用、实时监测、分析成果。为监测对象提供早期安全预警报告，为水库大坝安全提供评估依据，可随时掌握水工建筑物的实时运行状态，保证水库大坝安全运行。

2.4 闸门监控系统

闸门监控系统包括了闸门监控和视频监控。

黄壁庄水库闸门监控系统采用计算机集中控制和远方监控组成的分层分布开放式系统。系统由1个闸门监控中心、3个闸门集中监控单元，27套现地闸门控制装置、30套摄像机及系统软件组成。

闸门监控系统主要利用集控单元的监视控制，实施现地、远程的闸门单孔或多孔各种操作功能，同时还可实现与上级防汛指挥系统的数据通信。闸门监测中心工控机显示器能直观显示、实施闸门启闭、电源控制等的操作，可显示、调用历史、实时上、下游水位及闸门的运行状态信息，同时实现与上级防汛部门远程视频传输的功能。

视频监控系统共装设30套视频监控设备。其中五个可变摄像机，分别监视正常溢洪道上下游、非常溢洪道上下游和电站重力坝取水口，其余的定点摄像机分别监视正常溢洪道、非常溢洪道闸门启闭机房、非常溢洪道检修闸门等建筑物的运行状况。视频监控进行24h录像，同时可通过矩阵切换到电视墙上或大屏幕上，实时监控各泄水建筑物的运行情况，保障水库建筑物运行安全。

2.5 监控中心

水库监控中心是调度系统、河北省水利厅-黄壁庄-岗南数据语音综合通信系统、数据双机备份、各系统集成在监控中心实现的。与省水利厅监控中心联结成局域网，便于资源共享、数据共享、功能互补，达到综合管理及优化调度的目的。监控中心具有显示水库总貌、子系统概貌、过程曲线、报警状态，并进行管理、监视操作等功能。

2.6 数据语音综合通信系统

该系统将水库和河北省水利厅监控指挥部的局域网连接成专用广域网，进行省水利厅—黄壁庄—岗南三地之间的语音、数据和图像的传输，实现异地会商、远程监视、统一调度和指挥的功能。

2.7 卫星云图接收系统

卫星云图接收系统包括信号接收和图像显示处理两部分，能昼夜连续运行，无人职守，可以以红外、水汽、立体、可见光四种方式察看云图。通过该系统可以直观地掌握天气变化趋势，实现云图资料的多用户共享，根据动态云图走向，预测降雨及天气过程，为汛期掌握天气变化提供了便利，为防汛会商决策作参考。

2.8 办公自动化系统

该系统集成了包括电子邮件、短信息、公告通知、日程安排、工作日志、通讯簿、工作流、图书管理、讨论区、聊天室、文件柜、列车时刻查询和法律法规查询等40余个极具实用价值的功能模块，实现了办公局域网内资源的共享，为该局日常办公提供了便利，简化了办公程序，办公效率得到很大提高，同时节约了大量办公纸张，向无纸化办公迈进了坚实的一步。

3 系统的应用及社会经济效益

3.1 黄壁庄水库工程信息管理系统

黄壁庄水库工程信息管理系统的建设，使水库的防汛调度，大坝安全自动监测、闸门运行管理、大坝及泄水建筑物实时视频监控及信息管理均实现了自动化管理，该系统性能可靠、可利用率高、可操作性强，且可扩展，系统安全，满足水库防洪调度和正常运行要求，能够充分发挥水库的综合效益，水库经安全鉴定为一类坝。

3.2 系统的建立为黄壁庄水库提高汛限水位，增加供水功能提供了科学准确的依据

水库除险加固后，经省水利厅批准，水库汛限水位从114m提高到115m。近几年来，采用提高汛限水位，累计减少汛前和汛期弃水1.26亿m3，水库在连续枯水年仍能够满足各用水户用水要求，发挥了稳定的经济效益。尤其在2007年和2008年主汛期调度中，水库按115m汛限水位进行调度，减少了汛前弃水0.9亿m3，在一定程度上缓解了春季大旱对农业灌溉的影响，也为北京应急供水储备了足够水源，有效缓解了流域水资源短缺问题。

3.3 对水库信息系统的管理，能提供工程实时、准确、可靠的数据，能对工程安全状态进行正确评估，为水库在防洪与兴利中发挥更大的效益提供了科学依据

由于特殊气候和地理条件，黄壁庄水库同时面临着洪水威胁和水资源严重短缺的双重困难，防洪与兴利的矛盾非常突出。汛前由于流域降雨非常集中，往往集中在主汛期一两场暴雨，库水位降至汛限水位后，一旦无洪水可蓄，造成水资源的严重浪费，以至于水库常处于“汛期不敢蓄水，汛后无法蓄水”的状态。系统的建立，充分利用了水库功能，在确保水库安全的前提下，充分考虑上下游实时降雨预报和洪水预报成果，在2006年汛期，水库利用强化实时调度，优化调度和错峰调节等技术，使水库多蓄水1340万m3，发电34.7万kW·h，为真正落实保安全、多蓄水的方针提供了强有力支持。

参考文献：

[1]叶舟，施俊跃.水库安全管理[M].北京：中国水利水电出版社，2012.

[2]蔡阳.现代信息技术与水利信息化[J].水利水电技术，2009（9）.

作者简介：

葛义荣，女，河北省黄壁庄水库管理局，高级工程师，主要从事水利工程管理工作。