安全监测与监控系统在锦绣川水库中的应用

李 伟，金增报

（济南市锦绣川水库管理处，山东 济南 250112）

济南市锦绣川水库1970年建成，水库大坝为拱形浆砌石重力坝，高47.38m，长378m，设10孔溢流闸门。2000年，投资2184万元，对原水库大坝进行除险加固，提高了防洪、城市供水、农业灌溉、水利发电、水产养殖能力，为济南市生产生活用水及环境改善做出了巨大贡献。但目前水库在管理运行过程中仍存在如下问题：一是水库大坝缺少安全监测设施，现状位移监测点不符合规范要求；二是作为国家级重要饮用水水源地，水库库区缺少视频监控，不能实时监视影响库区水安全的行为；三是水库管理处未建设中心网络机房，缺少数据及信息共享交换平台；四是水库管理处缺少调度会商系统，不能实现水库管理信息集中展示和调度。为此，尽快实施水库安全监测和监控系统非常必要。

1 实施原则

锦绣川水库安全监测、监控系统涉及面广、综合调度集成度高，为了确保工程能达到预期目标，在水库后期的防洪与供水运行中发挥重要的作用，在工程实施时遵循了以下原则：

1.1 成熟性和实用性

采用成熟和实用的技术和设备，最大限度地满足水库管理处现在的功能需求和未来管理处工作发展的需求，采用集中管理控制的模式。按照实际需要来分别设计相应的子系统，在满足功能要求和技术指标要求的基础上尽量简化设计，坚持实用化，充分满足管理工作的需要。

1.2 先进性和开放性

充分考虑水库综合调度发展的趋势，利用国内外较成熟的先进的计算机技术、控制技术、通讯技术、网络技术等，保证系统在近几年的先进性。充分考虑单位的信息发展规划，使系统与未来扩展的设备具有互连性与互操作性，开放性的融入互联网络。

1.3 可维护性和可扩展性

为系统以后的升级预留空间，系统维护是整个系统生命周期中所占比例最大的，充分考虑结构设计的合理、规范，确保对系统的维护可以在很短时间内完成。

1.4 安全性、可靠性和容错性

整个系统必须要具有极高的安全性、可靠性和容错性。

2 系统功能介绍

2.1 水库洪水预报调度系统

水库建成至今已40多年，未进行过全面的清淤工作，库区的淤积量未从库容中去除，现状库容曲线不符合实际工程情况。

根据水库管理需求，在对库容进行重新测量、标定的基础上，在平台上开发功能模块，采集水库水位数据，根据重新实测的库区1∶500地形图，校核库容变量，生成水位～库容曲线，实时显示库容情况。主要工作内容有：1）库区防洪水位线以下地形测量(包括水下地形测量)，共测量地形图2.52km2。2）编制锦绣川水库库区测量报告，并根据测量成果绘制库区等高线图，生成现状水库库容曲线表、图。3）开发库容曲线测报模块软件，在平台上显示库容实况。

通过研究范围内的降雨产流和下垫面汇流，管理人员在页面中确定降雨分配等计算条件，系统调用后台的产汇流模型计算库区降雨过程，可在地图页面中进行产汇流成果的查看。基于流域洪水预报模型，通过优化方法对流域历史洪水资料进行模拟计算，实现参数的率定，得到符合水库流域实际情况的水文模型参数，对入库流量进行产汇流计算，预测洪水行进过程，提高预报精度。并根据预报结果提出优化的调度方案，为水库防洪调度提供技术支撑。同时系统基于济南智慧水务应用平台软件标准开发，可接入智慧水务业务平台，提高水库管理效能。

2.2 大坝安全监测系统

1）坝体变形监测系统。在水库大坝建设坝体变形监测系统，利用先进的卫星定位技术对坝体横向和纵向形变进行精确不间断测量，生成坝体形变过程参数；进行大坝坝基扬压力监测，通过埋设渗压计或测压管进行监测，保障水库大坝安全运行。根据锦绣川的现状条件，大坝附近地质条件良好，有一定的基准点和工作基点建设条件，同时考虑到GNSS具有速度快、精度高、全天候等优点，管理处选择全站仪、GNSS和水准仪作为锦绣川水库大坝的安全监测设备。

2）坝基扬压力监测系统。锦绣川水库坝体建设时并未设置扬压力监测设施，管理处对水库大坝设置测压管，配置跟踪式智能渗压遥测仪对测压管水位自动观测。采用跟踪式监测控制技术，实时感知水面的位置并能跟踪水面变化，将水面的位置信息转换为水位数据显示上传。设备集水位智能感知、变化跟踪、数据采集处理、无线自组网数据传输、自供电等一体化设计，具有低功耗、抗雷击、抗干扰、数据准确、稳定可靠，不受水质泥沙等因素影响等特点。

通过该系统建设实现了对现状坝基扬压力数据进行定时和不定时的自动采集和存储；对坝基扬压力作用状况进行实时定性定量的简明分析，实时监测断面的扬压力变化曲线以及数据报表等；对大坝扬压力突变情况预报和报警。

2.3 闸门运行数据采集处理系统

锦绣川水库先后建设了液压启闭机闸门自动控制系统、水位监测系统，为水库管理提供了便利。目前各系统运行状况良好，但单个系统间相互独立，数据没有实现互融互通，不能发挥数据价值，因此将建设统一的水库闸门调度管理系统，从功能上将水库设备监测控制、水位库容计算分析、工程管理、防洪预案等相关业务流程及自动化管理有序融合，实现数据互享，并为水务大数据建设提供数据。

水库已建溢洪闸的闸门开度通过同轴式开度仪监测，测量误差大，监测精度不高，需要提高闸门开度的测量精度，本次改造在保留原有闸门自动控制系统的情况下，对闸门监测方式及流量监测技术进行改进，采用直接对闸板上下位移进行测量。通过内置物联网测控终端、通信网络协议转换器、信号分配器等，在不影响原系统前提下将闸门开启高度和监测设备数据采集并接入水库内网调度工作站。利用高精度闸门过流计量仪，实时采集闸门开高、闸门上下游水位，并在本地处理器计算出过闸流量，通过有线远程传输，将本地的流量、水位、闸门开高等数据上传至水库管理处，同时能够本地存贮并在液晶屏上显示。通过上述方法准确掌握闸门开高和闸孔出流水量，提高闸门监测的准确度。

2.4 视频监控系统

锦绣川水库现有的视频监控点，是结合水库建设项目分三次完成实施的，因建设标准不统一，监控点有的是无线网桥通讯，有的是通过监控同轴线缆通讯，监控图像分辨率较低，管理处的监视系统也分成两套，并且使用年限较长，设备状态不稳定，现状使用、管理及维护都比较繁琐，不利于今后水库安全管理工作的开展。

根据水库现状情况，管理处统一在水库库区改建及新建12处视频监控点、在供水渠道重点部位新建22处视频监控点，视频监控中心设在锦绣川水库管理处，对库区和供水渠道进行24h不间断监控和数字录像。中心采用网络管理NVR一体机，在实时录像的同时，可以为水库管理人员及上级主管部门提供视频服务。

本系统方案集视频监控、报警技术、图像压缩技术、计算机网络通信技术于一体，实现水库关键区域的近程和远程的图像监视、报警、查询、现场设备监视、紧急调度指挥等多种功能，成为调度自动化和MIS系统的一个重要组成部分。

视频监控系统解决了水库关键区域的可视化以及设备的监视问题，为实现水库管理的“少人值班，无人或少人值守”提供了可靠的保证，对提高生产运行的安全性和可靠性，提高水库的管理水平有着重要的促进作用。

视频监控系统主要由现场视频采集部分、视频传输部分、视频管理服务器等组成。视频采集部分主要实现现场视频信号的采集，传输部分将视频采集部分的视频信号传输到管理中心视频管理服务器，由视频管理服务器实现视频信号和监控摄像机的集中显示和管理。

2.5 防汛会商系统

考虑到会商室的主要功能需求，安装一套DLP拼接大屏显示系统，屏幕采用3×3拼接，主要用于防汛会商及水库综合调度管理平台画面展示等功能使用，为了保证信息的共享，会商室显示信号与值班室显示信号可互动调用。DLP拼接大屏由60寸超窄边框DLP拼接单元和图像处理设备、大屏控制软件、中控计算机等组成；此外防汛会商室配置专业多媒体管理中心、专业会议音频设备，构建功能完善的防汛会商多媒体系统。

3 结论

锦绣川水库安全监测、监控系统建设紧跟标准化水库管理发展方向，综合运用物联网、大坝安全监测、自动化控制、数据存储、视频监控等技术，建立了一个以高精度传感器监测、信息采集系统为基础，以高速安全可靠的通信网络为支撑的水库安全管理信息系统。实时监测水库雨情、水情、流量、闸位、大坝安全、视频信息等运行数据，在GIS地图上进行展示，实现水库的洪水预报、水量调度、淹没分析功能，为水库供水、防汛功能提供科学现代化的管理手段，充分发挥水库的防洪、供水、灌溉、环境生态作用。