湖漫水库运行管理数字化改造综述

彭小萍

(温岭市湖漫水库事务所，浙江 温岭 317500)

1 工程概况

湖漫水库位于温岭市城东街道和石桥头镇之间，大坝坝址在城东街道肖溪村，距温岭—杭州公路5.0km，是一座以供水为主，兼顾灌溉、发电、养殖等综合利用的中型水库。枢纽主要由大坝、溢洪道、放水涵洞、半岭隧洞、电站五部分组成，总库容3529万m3。

2 数字化中主要问题

2.1 监测系统概况

湖漫水库于2005年除险加固中建立了一套集大坝安全监测、闸门监控和视频监视为一体的自动化监测(控)管理分析系统，系统主要包括4方面的内容：①大坝安全监测自动化系统；②视频监视自动化系统；③闸门远程监控系统；④综合自动化计算机网络系统。

水库安全监测自动化系统共布设的渗流监测设施有：12个坝基渗压监测点，12个坝体渗压监测点，8个绕坝渗流监测点，共安装埋设了32支渗压计。

2.2 目前主要问题

2.2.1 渗流监测系统

对照《浙江省水库运行管理标准化管理信息化建设总体方案要点》，根据系统鉴定、安全监测资料分析、现场察看，目前渗流监测系统主要存在以下问题：

1)监测数据不可靠。

对2009年1月1月-2020年10月31日的坝体渗流监测数据进行分析，U1-1a、U1-2a、U3-1b、L1、L4、R3、R4等7个测点测值不可靠。

2)监测自动化系统目前已不能满足数据采集需要，主要体现在以下4个方面：①MCU数据采集缺失率不能满足规范要求。②平均无故障时间部分满足规范要求。③信息采集与管理软件缺少完整的数据预警功能。④计算机及通信设施运行状态异常，掉电保护不合格[1]。

2.2.2 变形观测系统

原坝顶建有3个GNSS北斗监测横断面点，坝边岩体上1个基准点，由于原北斗监测点建设时间久远，设备不好扩展。

2.2.3 视频系统

仅在主要建筑物设置视频监控，启闭设备运行状况只能人工到现场监测。

2.2.4 闸控系统

闸控系统模块损坏，已无法更换。

3 主要改造措施

湖漫水库数字化实施主要包含远程可视化人工观测雨量站、溢洪道闸门数字化改造、大坝安全自动监测、出库流量监测、水库水雨情监测、大屏展示和水库数字化管理平台，总投资概算约310万元。其中出库流量监测由水文部门负责监测，水库水雨情监测已配套建设完成，可以通过API数据接口对接到本水库数字化管理平台。

3.1 视频监控系统

增设各泄洪设施室内、闸门顶监控，对启闭设备运行全过程监控，消除安全隐患，确保安全运行；增设库区及主要入库口监控设备及喊话设备，基本实现库区范围内全覆盖，通过监控平台实时掌握库区动态，及时制止禁止性行为，有效保障饮用水源安全[2]。

3.2 大坝自动监测系统

3.2.1 变形观测系统

变形观测采用全站仪机器人，同时建造观测房和观测墩，保证全站仪安全、准确工作。供电采用太阳能供电系统实现，具体为200W太阳能板结合200Ah蓄电池，实现长时间不间断安全监测[3]。太阳能供电系统直接安装于观测房房顶。全站仪系统的数据通过光纤传输，用网线与MCU房交换机连接，再使用原有通讯光纤传输全站仪和温度及压力传感器的数据。

采用机器人观测，在灾害性天气等特别工况下，可及时、准确进行数据收集，分析大坝稳定性。

3.2.2 渗流监测系统

更换MCU32现地测控单元1套、更换7支损坏的渗压计及新装20根测压管用于人工比对，更换的渗压计直接安装在测压管内进行监测。MCU采集设备可单台或多台组网自动采集数据，能适应工程现场气候环境，并具有防雨、防雷、抗干扰等性能。主要功能有分布式网络化测量、测量数据存贮、定时采集、离线采集、计算机通讯、越限报警、测量数据管理、数据分析及制图、测量结果输出等。

软件系统采用具有兼容性好，安装部署简单、支持SQLite、MYSQL、SQLServer、PostgreS QL等常用主流数据库系统，支持软件和数据存储分离、支持远程设备固件更新、支持定制开发。

3.3 闸门控制系统

对溢洪道三孔螺杆闸门进行远程自动化控制，安装一套基于PLC技术的自动化控制系统，实现闸门可视、有效、安全的启闭控制。可视化闸门远程监测系统主要由监控工作站、数据服务器、网络设备、现地控制单元、闸门编码器及开度仪、视频监控等部分组成。

系统按照“现地控制为主、远程监控为辅”的原则进行设计，现地控制单元(LCU)负责对闸门进行现地测量、监控，并向监控主机发送各种测量数据，同时接受监控主机发来的查询命令和参数；调度中心监控计算机实现整体的运行监控、事件报警、数据统计和记录、与上级系统通信等功能；视频监控主要监控启闭机运行状态，闸门运动状态，上游水面状态等[4]。

闸门监控系统采用开放式分级分布式结构，分成远程监控级和现地监控级。远程监控级由监控主机兼操作员工作站、数据管理服务器及打印机等设备组成。现地监控级由各现地监视单元、手动控制柜、传感元件组成。

现地监控单元(LCU)上配置触摸屏，用于现地各参数查询、参数置入等操作。单个监测闸站站点监测内容包括闸门的开关量信息(开启状态、闭合状态、开到位状态、关到位状态)和模拟量信息(闸门开度)。

现地LCU柜通过现有的光纤通讯与调度中心软件实时通讯。

3.4 远程可视化人工观测雨量站

在雨量站现场新增1套人工可视化观测雨量计，并新增1套高清监控摄像机，测报人员可在水库管理房中通过高清摄像机进行人工远程雨量数据读取，可以多一种读取降雨量的方式，确保报讯及时、准确。

3.5 洪水预报调度系统

利用预报模式对历史洪水进行模拟率定，采用新安江模式进行洪水预报。由洪水预报结果进行洪水调度，达到优化水库洪水调度的时效性和提高水库防洪能力。

3.6 综合管理平台

平台软件要求具有监测概述、监测仪器、异常数据处理功能、信息交互查询功能、图形绘制功能、安全监控预警功能、统计报表功能等一系列，整个系统支持工作组、网络运行方式，可以与局域网和广域网互联，数据库可与各种其它数据库互联，为其它系统提供数据接口或供其直接使用。

4 结 语

水库数字化建设作为水利系统最基础的工程，是水利信息化的基础。水库调度管理数字化是现代先进科学技术发展的首要产物，是提高水库调度管理现代化管理能力的重要手段。水库数字化建设可以进一步挖掘水库潜力，增强水库运行可靠性，使用性，提高水旱灾害防治水平，提高水资源管理决策水平。随着计算机和信息技术的飞速发展，采用新技术、新设备，可以实现整个水库的设备和管理的现代化。