山東省棘洪灘水庫數字化建設方案

閆士秋，袁 東，張文博

（1.山東省調水工程運行維護中心，山東 濟南 250014；2.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014；3.青島市水文中心，山東 濟南 250014）

引黃濟青工程擔負著引江與引黃向青島、煙臺、濰坊、威海供水的任務，年總輸水時間243 d，總供水量4.86 億m3，是山東省重要的調水大動脈。鑒于棘洪灘水庫的重要性，建設山東省棘洪灘水庫數字化建設是必要的，為引黃濟青工程順利運行提供了重要保障。

1 需求分析

根據工程特點，滿足總體功能需求為快速響應特殊事件、支撐調度與工程運行安全的目標。

1.1 電氣及大壩照明

壩頂防汛路寬約7 m，目前全線無路燈照明，夜間巡視較為困難。

壩頂防汛路下游側設有12 m 水泥桿，布設間距約80 m，為滿足大壩夜間巡視及視頻安全監視需求，本工程需沿壩建設大壩照明系統。

1.2 大壩信息采集及安全監測

大壩原有滲流設施已損毀，無法使用。目前水庫沿壩全線重新設置了14 個滲流監測斷面（原斷面附近），共計58 個監測點。土建施工已完成，尚未安裝測量儀器，本方案自動化監測設備安裝后可投入正常運行。

水庫原有水文觀測設施建設較早，目前損毀嚴重，已無法投入使用，需新建水位、雨量等水文觀測系統。

1.3 大壩視頻監控

水庫管理區南門、入庫泵站管理區北門處各設置視頻監控點一處，可正常運行，但未實行信息聯網。管理處辦公區，放水洞管理區，各流量測站、大壩重點區域等目前均未設置視頻監控點。

1.4 大壩安全防護設施

大壩壩腳排水溝側建有金屬圍欄，因建成時間較長，全線銹蝕嚴重，強度下降，已難于滿足防護要求。大壩 10+900 處、7+560 處、4+500 處等部位因靠近村莊，有村民上壩小路存在斷開、倒伏乃至缺失等嚴重損毀情況。金屬圍欄上建有六線制電子圍欄，已經完全損壞，不能使用。大壩周界需重新建設安全防護設施。

1.5 計算機網絡通信

目前僅有一條8 芯光纜從水庫管理處至入庫泵站，芯數較少，僅能滿足水庫管理處與入庫泵站間的信息互聯互通。

2 系統方案

2.1 系統總體框架

以棘洪灘水庫現狀為分析基礎，結合數字化建設特點，全面研究水庫安全管理特點和日常管理業務需要，以大壩照明、大壩安全監測、管理區周界入侵報警及各類信息采集業務為重點，以安全管理水庫為核心，充分整合現有資源，綜合考慮水庫管理處的職能與職責，開發建設能夠應對各種安全事件的信息服務平臺，并通過平臺支撐各個系統的應用。應用系統包括：大壩照明、大壩安全監測系統、入侵報警、視頻監視、計算機監控；配套實施系統主要包括：網絡及通信、供電保障、系統應用支撐環境、數據存儲及管理，基礎設施建設隨相應的應用系統進行建設。項目總體框架如圖1 所示。

圖1 棘洪灘水庫項目總體框架圖

2.2 大壩照明系統

本次改造盡量利用原有變配電設備供電，經計算，原有變壓器能滿足新增備供電。原有配電設備在大壩樁號 13+700、12+460、10+680、9+270、7+380、5+020、3+440、1+100 附近，原配電箱安裝在建筑物內的墻壁上，無法滿足本次使用，需要進行改造，需在戶外設不銹鋼WXL21 配電箱（IP65）。根據管理處要求和現場實際情況，圍壩間隔80 m 均布道路照明燈。光源選用100WLED 燈，燈桿配避雷針。

2.3 大壩安全監測設計

大壩位移監測系統采用GPS 定位系統兼容北斗衛星導航系統。棘洪灘水庫大壩安全監測系統架構圖，如圖2 所示。

圖2 棘洪灘水庫大壩安全監測系統架構圖

2.4 入侵報警系統設計

本次設計根據管理需要在水庫周圍設置入侵報警系統，全部采用電子圍欄。10+500-11+060.8+740-8+420 處共設 10 套 100 m 紅外對射主機。平臺軟件及控制鍵盤放在泵站。

2.5 視頻監視

為滿足大壩視頻安防監控及各管理站點無人或少人值守的業務需求，在各關鍵出入口、各管理區重點部位、各要害業務區、大壩防護受破壞嚴重區域等位置設置視頻監控系統，大壩設置的視頻監控點還需要和周界報警系統配合。

泵站管理區、水庫管理區大門，泵站上壩路處、水庫上壩路處共四處，安裝雙向卡口槍機，共8 臺槍機。其他在壩區的重要位置布設38 臺球型網絡攝像機。

2.6 信息采集及計算機監控

棘洪灘水庫信息采集系統新建基礎設施，設計主要包括水位觀測設施、雨量測驗設施、降水蒸發觀測設施等。盡量利用原有的安裝位置，達到全面觀測整個水庫水文水情信息的目的。

實現庫水位的實時監測，并能根據需要繪制庫水位變化曲線；整合各出入庫流量監測信息，實現出入庫流量實時監測和統計分析，并能根據需要生成各類報表和趨勢圖；實現庫區降雨量的實時監測，并能根據需要生成各類報表和趨勢圖；實現庫區水體蒸發量的實時監測，并能根據需要生成各類報表和趨勢圖；整合現有水質監測信息，實現水庫水質的實時監測，并能根據需要生成各類報表、趨勢圖和水質預警信息；實現庫區風速、風向的實時監測，并能根據需要生成各類報表和趨勢圖；建設放水洞、進水洞、引水洞的計算機監控系統。

2.7 網絡及通信系統

為實現庫區沿線各管理站點的信息共享，需建設計算機網絡通信系統將各信息系統進行互聯互通，進而滿足管理人員在同一平臺進行統一管理的業務需求。操作人員可在水庫管理處、棘洪灘泵站直接與各現地信息點通信，實時收集視頻影像及各種水量、水情、控制、采樣信息以及進行遠程控制。同時水庫派出所監控室可根據賦予權限調取視頻監控等相關信息。

為實現庫區沿線各管理站點的信息共享，需建設計算機網絡通信系統將各信息系統進行互聯互通，進而滿足管理人員在同一平臺進行統一管理的業務需求。操作人員可在管理處監控室直接與各現地信息點通信，調取實時視頻影像及各種水量、水情、控制、采樣信息。同時水庫派出所監控室可通過專網光纜根據賦予權限調取視頻監控等相關信息。

3 結 語

棘洪灘水庫數字化建設是提升工程安全、提高水資源管理效率、預防災害的重要措施，是實現水庫智慧化管理的階段性目標和任務。項目的建成，將實時監測大壩表面及內部位移變化情況,實時監控水庫大壩周界的安全防護情況,實時掌握庫水位、出入庫流量、庫區降雨量及水體蒸發損失等情況，將對整個工程的科學決策、現代化管理提供助力，最終實現精細配水的目標。