中小型水庫安全監測預警系統研究

白振華

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

山西省中小型水庫大多建成于20世紀五六十年代，呈現出分布范圍廣、規模小、投入資金少、基礎設施少、病險隱患多、管理薄弱等特點。近年來，通過加強管理和開展大規模的病險水庫除險加固，水庫安全形勢總體有所好轉。為切實落實大壩安全管理責任，確保水庫安全運行，充分發揮水庫效益，必須要增強水庫管理和科學調度的手段和能力，不斷提高水庫管理的信息化和現代化水平。

水庫安全監測系統是根據水庫安全管理部門的實際工作需要為目標，按照現有的有關國家標準、行業標準和技術規范為設計依據的監測系統，建立和完善雨情、水情、工情、水質監測設施為基礎、通訊系統為保障、計算機網絡系統為依托、安全預警為核心的水庫安全監測的信息系統。

該系統架構設計充分考慮了水利管理部門的工作特點和關鍵業務，合理劃分出不同功能的子系統，易于裝配定制。各子系統既能獨立運行，又能夠根據實際情況組合協同工作，大大提高了系統對不同需求的適應能力。下文對各系統進行分別介紹。

1 信息采集系統

利用先進的自動監測與遠程遙測技術、通信及計算機網絡技術、將水庫的水雨情監測、大壩安全監測、水質自動監測、視頻監視和人工巡視錄入等系統，構成“五位一體”的水庫安全遠程監測系統。下文對各系統具體情況進行介紹。

1.1 水雨情監測系統

水雨情監測系統包括雨量和水位的數據自動采集、固態存儲、數字化自動傳輸至站房，對流量信息或其他少量沒有自動采集的信息，利用標準水情編碼通過人工置數進行數字化自動傳輸。遠程分中心系統通過實時收集水雨情遙測站的全部數據。

1.2 大壩監測系統

建立水庫大壩監測與分析系統，可完成對水庫大壩浸潤線數據的實時準確采集，為大壩防險和調度提供可靠的依據，大大提高預見期和準確性，對水庫的防洪興利和優化水調度是非常必要的。系統可定時采集發送監測點安全監測實時數據和設備工況信息，包括滲壓、滲流、位移等數據和設備工作電壓、環境溫度數據。采集終端機MCU采用定時發送和超閾值加密測量機制，定時周期及增量閾值可根據需要進行配置，以在滿足數據密度和精度要求情況下最大限度節約電源消耗。本地安全監測中心還支持GPRS/SMS通訊方式將實時數據發送至多個遠程中心，并隨時接受遠程中心的數據召測。

1.3 水質監測系統

水質自動監測系統由監測子站和中心站組成。水質自動監測子站主要由自動采水、配水單元、分析單元、子站控制與數據采集單元、條件保證系統等組成，負責水樣的采集、水質分析、數據整理與上報。中心站負責對各個子站的監測數據進行采集、整理、報表、監管及遠程控制。系統具備無人值守、自動運行、遠程監控、自動校準，實時監測水質變化情況，超標報警。模塊化設計，具有高度可擴展性，可在基本單元的基礎上擴展重金屬、氰化物、砷等其它污染物監測儀。可實現遠程異步多點采集，實現數據的采集和監控。

1.4 人工巡視系統

人工巡視檢查和儀器監測是分不開的，這是由大壩的特殊性和目前儀器監測的水平所決定的。大壩邊界條件和工作環境較為復雜，同時，由于材料的非線性（特別是土石壩），使監測的難度增大；另一方面，目前儀器監測還只能作到“點（小范圍）監測”，如測縫計只能發現通過測點的裂（接）縫開度的變化，而不能發現測點以外裂（接）縫開度的變化；變形（滲流）測點監測到的是壩體（基）綜合反應，因而很難進行具體情況的原因分析。巡視檢查目的是為了檢查水庫及附屬建筑物在運行期間的結構完整性和安全可靠性，發現異常或存在的隱患和缺陷及時提出補救措施和改進意見。按照時間間隔和特殊性質，巡視檢查可分成以下三類，即：日常巡視檢查、年度巡視檢查和特殊情況下的巡視檢查。每次把人工巡視檢查的內容和檢查頻次錄入遠程監控系統中，以便資料分析和巡視制度的管理，及大壩安全評定時查詢和輸出歷史巡視記錄。

2 視頻監控系統

采用公網無線傳輸（3G）等先進通信技術的網絡圖像監控系統，可以實時觀測水庫的各水工建筑物現場情況以及現場動態，為領導決策提供了直觀的圖像信息，視頻監控系統可將被監控現場的實時圖像和數據信息準確、清晰、快速地傳送到監控中心，監控中心能夠實時、直接地了解和掌握各被監控現場的實際情況，做出相應的反應和處理。同時可以改善觀測、測量工作人員的工作環境，減少工作人員，做到無人值守、少人值班。

本系統在各水庫重點部位設置視頻監視點，監視范圍包括泄洪閘門、大壩正常工作和穩固程度、水庫水面情況的實時監測、水庫水岸情況的實時監測。小型水庫布設2臺、中型水庫布設4臺全天候云臺變焦一體化攝像機，具有受控轉動、變焦、自動聚焦等功能，以便監控水庫大范圍場景。

3 通訊系統

水利數據遙測中通信組網方案大致有兩種類型，即單一通信方式和混合通信方式。常見的通信方式有：超短波、有線電話、衛星、GSM，GPRS等幾種，它們都可以單獨組成水利數據遙測網絡。混合通信方式由以上不同通信方式組合而成，可以衍生出很多種組網方案。由于水庫大壩等水利監控點分布在較廣闊的范圍內，與監控中心的距離較遠，近年來依托移動通訊GPRS網絡的全方位覆蓋以及新近推出的3G（TDSCDMA）網絡，推動著移動遠程自動化信息傳輸技術在水利行業的廣泛應用。

根據水庫安全遠程監測系統監測站所處的自然地理環境及信息傳輸需要，擬采用3G（TD-SCDMA）傳輸作為監測系統的主信道，GPRS線路作為監測系統的備用信道。

4遠程監測中心系統

水利信息化軟件系統設計時就引入了平臺化的架構，將水利信息化軟件系統構架在兩個平臺上，即遠程監控平臺與數據分析與應用平臺。兩個平臺使用統一的數據庫，實現數據的集中處理、集中存儲與統一共享。

4.1 遠程監控平臺

遠程監控平臺是一個通用的遠程遙測信息接收、處理、管理平臺，可廣泛應用于水利信息化遙測信息采集系統。遠程監控平臺支持多種通訊方式，內置多種工作模式及工作體制，可接收并處理水位、雨量、滲流、滲壓、水質、位移等各種信息，遠程監控平臺整合了軟件系統與各種現場采集、控制設備的通訊協議與數據接口，負責各種信息的采集、存儲、轉發、整編、入庫等基礎工作，使管理人員省卻了繁瑣而重復的數據收集工作專注于對信息的分析和業務決策。遠程監控平臺為應用系統提供對信息進行分析、統計、決策支持所需的數據。

4.2 數據分析管理系統

數據分析管理系統對水資源信息和水資源使用情況進行分析、統計，輔助業務管理流程，幫助水資源管理者進行業務決策。數據分析系統建立在通用的應用平臺之上，與遠程監控平臺共用一個統一的綜合數據庫。基于通用應用平臺的數據分析管理系統，其功能模塊具有高度靈活性，可根據用戶類型及實際業務需要進行靈活調整。數據分析管理系統采用CS與BS相結合的結構，可靈活部署，方便實施。

4.3 預警發布

預警系統對各類實時監測信息進行判斷，當達到相關臨界警戒值后，系統按照預警級別分別向各級防汛職責單位相關人員進行預警信息的發布，信息發送方式分為自動預警與人工預警。

安全監測預警系統對內部提供Web服務，有權限用戶可以通過Internet網絡登錄該系統Web服務器訪問系統來進行汛情信息服務。

短信預警發布平臺提供短信群發功能，能向列表中的各級主管領導、責任人自動發送安全預警短信。

電話傳真預警發布平臺能自動向列表中的各個單位傳送水庫安全預警信息或調度指示文件等，克服人工撥號打電話、發傳真，費時易出差錯的問題。