湖漫水庫運行管理數字化改造綜述

彭小萍

(溫嶺市湖漫水庫事務所，浙江 溫嶺 317500)

1 工程概況

湖漫水庫位于溫嶺市城東街道和石橋頭鎮之間，大壩壩址在城東街道肖溪村，距溫嶺—杭州公路5.0km，是一座以供水為主，兼顧灌溉、發電、養殖等綜合利用的中型水庫。樞紐主要由大壩、溢洪道、放水涵洞、半嶺隧洞、電站五部分組成，總庫容3529萬m3。

2 數字化中主要問題

2.1 監測系統概況

湖漫水庫于2005年除險加固中建立了一套集大壩安全監測、閘門監控和視頻監視為一體的自動化監測(控)管理分析系統，系統主要包括4方面的內容：①大壩安全監測自動化系統；②視頻監視自動化系統；③閘門遠程監控系統；④綜合自動化計算機網絡系統。

水庫安全監測自動化系統共布設的滲流監測設施有：12個壩基滲壓監測點，12個壩體滲壓監測點，8個繞壩滲流監測點，共安裝埋設了32支滲壓計。

2.2 目前主要問題

2.2.1 滲流監測系統

對照《浙江省水庫運行管理標準化管理信息化建設總體方案要點》，根據系統鑒定、安全監測資料分析、現場察看，目前滲流監測系統主要存在以下問題：

1)監測數據不可靠。

對2009年1月1月-2020年10月31日的壩體滲流監測數據進行分析，U1-1a、U1-2a、U3-1b、L1、L4、R3、R4等7個測點測值不可靠。

2)監測自動化系統目前已不能滿足數據采集需要，主要體現在以下4個方面：①MCU數據采集缺失率不能滿足規范要求。②平均無故障時間部分滿足規范要求。③信息采集與管理軟件缺少完整的數據預警功能。④計算機及通信設施運行狀態異常，掉電保護不合格[1]。

2.2.2 變形觀測系統

原壩頂建有3個GNSS北斗監測橫斷面點，壩邊巖體上1個基準點，由于原北斗監測點建設時間久遠，設備不好擴展。

2.2.3 視頻系統

僅在主要建筑物設置視頻監控，啟閉設備運行狀況只能人工到現場監測。

2.2.4 閘控系統

閘控系統模塊損壞，已無法更換。

3 主要改造措施

湖漫水庫數字化實施主要包含遠程可視化人工觀測雨量站、溢洪道閘門數字化改造、大壩安全自動監測、出庫流量監測、水庫水雨情監測、大屏展示和水庫數字化管理平臺，總投資概算約310萬元。其中出庫流量監測由水文部門負責監測，水庫水雨情監測已配套建設完成，可以通過API數據接口對接到本水庫數字化管理平臺。

3.1 視頻監控系統

增設各泄洪設施室內、閘門頂監控，對啟閉設備運行全過程監控，消除安全隱患，確保安全運行；增設庫區及主要入庫口監控設備及喊話設備，基本實現庫區范圍內全覆蓋，通過監控平臺實時掌握庫區動態，及時制止禁止性行為，有效保障飲用水源安全[2]。

3.2 大壩自動監測系統

3.2.1 變形觀測系統

變形觀測采用全站儀機器人，同時建造觀測房和觀測墩，保證全站儀安全、準確工作。供電采用太陽能供電系統實現，具體為200W太陽能板結合200Ah蓄電池，實現長時間不間斷安全監測[3]。太陽能供電系統直接安裝于觀測房房頂。全站儀系統的數據通過光纖傳輸，用網線與MCU房交換機連接，再使用原有通訊光纖傳輸全站儀和溫度及壓力傳感器的數據。

采用機器人觀測，在災害性天氣等特別工況下，可及時、準確進行數據收集，分析大壩穩定性。

3.2.2 滲流監測系統

更換MCU32現地測控單元1套、更換7支損壞的滲壓計及新裝20根測壓管用于人工比對，更換的滲壓計直接安裝在測壓管內進行監測。MCU采集設備可單臺或多臺組網自動采集數據，能適應工程現場氣候環境，并具有防雨、防雷、抗干擾等性能。主要功能有分布式網絡化測量、測量數據存貯、定時采集、離線采集、計算機通訊、越限報警、測量數據管理、數據分析及制圖、測量結果輸出等。

軟件系統采用具有兼容性好，安裝部署簡單、支持SQLite、MYSQL、SQLServer、PostgreS QL等常用主流數據庫系統，支持軟件和數據存儲分離、支持遠程設備固件更新、支持定制開發。

3.3 閘門控制系統

對溢洪道三孔螺桿閘門進行遠程自動化控制，安裝一套基于PLC技術的自動化控制系統，實現閘門可視、有效、安全的啟閉控制。可視化閘門遠程監測系統主要由監控工作站、數據服務器、網絡設備、現地控制單元、閘門編碼器及開度儀、視頻監控等部分組成。

系統按照“現地控制為主、遠程監控為輔”的原則進行設計，現地控制單元(LCU)負責對閘門進行現地測量、監控，并向監控主機發送各種測量數據，同時接受監控主機發來的查詢命令和參數；調度中心監控計算機實現整體的運行監控、事件報警、數據統計和記錄、與上級系統通信等功能；視頻監控主要監控啟閉機運行狀態，閘門運動狀態，上游水面狀態等[4]。

閘門監控系統采用開放式分級分布式結構，分成遠程監控級和現地監控級。遠程監控級由監控主機兼操作員工作站、數據管理服務器及打印機等設備組成。現地監控級由各現地監視單元、手動控制柜、傳感元件組成。

現地監控單元(LCU)上配置觸摸屏，用于現地各參數查詢、參數置入等操作。單個監測閘站站點監測內容包括閘門的開關量信息(開啟狀態、閉合狀態、開到位狀態、關到位狀態)和模擬量信息(閘門開度)。

現地LCU柜通過現有的光纖通訊與調度中心軟件實時通訊。

3.4 遠程可視化人工觀測雨量站

在雨量站現場新增1套人工可視化觀測雨量計，并新增1套高清監控攝像機，測報人員可在水庫管理房中通過高清攝像機進行人工遠程雨量數據讀取，可以多一種讀取降雨量的方式，確保報訊及時、準確。

3.5 洪水預報調度系統

利用預報模式對歷史洪水進行模擬率定，采用新安江模式進行洪水預報。由洪水預報結果進行洪水調度，達到優化水庫洪水調度的時效性和提高水庫防洪能力。

3.6 綜合管理平臺

平臺軟件要求具有監測概述、監測儀器、異常數據處理功能、信息交互查詢功能、圖形繪制功能、安全監控預警功能、統計報表功能等一系列，整個系統支持工作組、網絡運行方式，可以與局域網和廣域網互聯，數據庫可與各種其它數據庫互聯，為其它系統提供數據接口或供其直接使用。

4 結 語

水庫數字化建設作為水利系統最基礎的工程，是水利信息化的基礎。水庫調度管理數字化是現代先進科學技術發展的首要產物，是提高水庫調度管理現代化管理能力的重要手段。水庫數字化建設可以進一步挖掘水庫潛力，增強水庫運行可靠性，使用性，提高水旱災害防治水平，提高水資源管理決策水平。隨著計算機和信息技術的飛速發展，采用新技術、新設備，可以實現整個水庫的設備和管理的現代化。