1、中小型水庫大壩安全|動監測系統解決方案航天科工仿真技術有限責任公司經濟領域系統仿真技術應用國家工程研究中心中國航天科工集團公司CMJU5QEMCEAWUffWCOBP1 概述我國現有各類水庫 84926,84926,其中大型水庫 415415 座，中型水庫 26182618 座，小型水庫 8189381893 座。 大多數中小型水庫建于六、 七十年代， 屬“三邊工程”，一方面大部分水庫防洪標準低、工程質量差、淤積嚴重，有效庫容萎縮，處于帶病運行狀態，另一方面不少水庫已達到或超過設計服役年限，老化嚴重，水庫工程潛在的安全隱患突出。水庫安全度汛一直是我國防汛抗洪的難點和重點， 中小型水庫的安全度汛

2、已成為當前全國防汛工作的一個薄弱環節，大部分水庫缺少必要的水雨情測報及大壩安全監測等設施，檢查手段落后，隱患很大。一旦發生局部暴雨洪水，極易引發潰壩事件，輕則造成財產損失，重則造成重大人員傷亡或毀滅性災害，在這種情況下，水庫大壩安全自動監測系統建設，實現水位、雨量、大壩的滲壓、滲流、應變等實時監測和預警就是非常必要的，可以實時動態的掌握水庫運行信息并進行預警，如果水庫的監測數據發生異常，水利部門的有關人員可以及時掌握情況并采取措施進行應急處理。所以在此，我們主要分析、提出中小型水庫大壩安全監測的解決方案。大壩安全自動監測系統充分利用現代檢測技術、通信技術、網絡技術和計算機技術，通過相應傳感器感

3、知大壩的變形、滲流、應力、水文、氣象等數據，現場的遠程監測終端單元 RTURTU 通過無線或有線的方式采集前端傳感器的信號并進行預處理和存儲，根據系統數據傳輸體制要求，RTURTU 自動上報或接收的管理中心的指令后將相關參數報送信息中心，在管理中心對數據進行處理、統計、整編、分析、預警等，提高大壩安全監測的實時性、可靠性和精度，及時預報大壩承受能力和可能發生的事件。同時可通過先進的視頻監控系統實時觀測河道、水庫及涵閘等運行情況，為領導決策提供了直觀的圖像信息，系統的建立，可使水利部門的有關人員實時動態的掌握水庫運行信息，為水利部門提供盡可能全面、準確的信息。1.1 建設原則遵循“技術先進、科學

4、合理、安全可靠、經濟實用”及“結構化、模塊化、標準化”的原則，做到結構合理、界面清晰、接口標準、集成先進。可靠性：選擇可靠性高的先進設備，特別要求保證惡劣環境下和突發事故情況下系統的可靠運行，合理配置硬件備份，充分考慮網絡安全；標準性：信息要統一標準，設備結構要標準化、模塊化；實用性：滿足三防指揮和供水調度各個工作環節的需要；實時性：信息采集要滿足三防工作的需要和水利綜合任務信息的要求；連續性：充分利用歷史和現有的資源，保證建成后連續運行；先進性：盡量采用當前最先進的硬件、信道、網絡結構和軟件；共享性：各類信息源和信息傳輸都遵循現行標準規范和系統建設中制定的標準或規定，盡量使資源共享；開放性：

5、按開放式系統的要求選擇設備和設計網絡。1.2 建設依據土石壩安全監測技術規范SL60-94SL60-94; ;土石壩安全監測資料整編規范SL69-96SL69-96; ;大壩安全監測自動化技術規范DL/T5211-2005DL/T5211-2005; ;大壩安全自動監測系統設備基本技術條件SL268-2001SL268-2001; ;混凝土壩安全監測技術規范DL/T5178-2003DL/T5178-2003; ;混凝土壩安全監測資料整編規程(DL/T5209-2005DL/T5209-2005););國家一、二等水準測量規范GB12897-91GB12897-91; ;國家三、四等水準測量規

6、范(GB12898-1991GB12898-1991););中、短程光電測距規范(GB/T16818-1997GB/T16818-1997););國家三角測量規范(GB/T17942-2000GB/T17942-2000););水位觀測標準GBJ138-90GBJ138-90; ;水利水電工程施工測量規范SLSL525293;93;水工建筑物水泥灌漿施工技術規范DL/T5148-2001DL/T5148-2001; ;1.3 建設目標和內容完整的水庫大壩安全監測系統建設內容和目標包括：1 1、建成水情信息自動采集系統(包括大壩安全監測、水雨情、環境、閘門監控和視頻監視等)，在信息標準化的基礎上

7、依靠通信網絡和計算機網絡的支持，實現基礎數據的自動傳輸、匯總累計、及時上報，同時為工程運行、防洪調度和搶險抗災提供準確的、科學的依據。2 2、建成計算機網絡系統。充分利用電信公網，優選公網信道建成廣域網；提高信息采集的速度和質量，擴大信息種類和內容，充分實現各級防汛部門互連互通、信息共享，并為其它部門提供網絡服務。3 3、建成決策支持系統。它是三防指揮系統的核心，包括信息處理和輔助決策兩大組成部分，分為信息管理、洪水預報、汛情監視調度、決策會商管理等應用子系統，為防汛指揮決策的各個工作環節提供一體化、可視化的及時有效的服務。2 系統組成大壩安全綜合監控系統主要由四部分組成：1 1）現場測量部分

8、；2 2）遠程數據采集終端單元；3 3）供電系統及防雷系統；4 4）系統管理中心；大壩安全監測系統采用分層分布開放式結構，運行方式為分散控制方式，可命令各個現地監測單元按設定時間自動進行巡測、存儲數據，并向安全監測中心報送數據。系統監測站的 RTURTU 與監控中心之間的網絡通信采用 GPRSGPRS 通訊方式。數據采集系統將各個監測站內的監測數據采集上來，進行數據處理，上報至管理中心進行數據的處理、存儲、分析，并將原始數據和處理結果存入主數據庫和備份數據庫中現場測量部分大壩安全監測傳感器是掌握大壩運行狀態的重要的前端設備，要求能夠在惡劣環境下長期穩定可靠的檢測大壩微小的物理量變化，包括外部觀

9、測的靜力水準、正倒錘、激光準直及內部觀測的滲壓計、沉降計、測斜計、應變計、土壓計等，根據實際需要及規范進行選擇。信息中心盤據管理計算機服務器掃描儀打印機模抵解ESttS裝置InternetGtRS網格大壩監測儀器設備與系統關系概要圖遠程數據采集終端單元用于監測目的的遠程數據采集終端設備（以下簡稱“采集器”）具備以下基本功能：模擬量數據采集；*制性=度*充Bl。一U均譽修忸小,一f4i噬像大坂安全監剿儀部設務開關量數據采集；數據保存；數據保持；數據傳送。這里，數據保持是指數據的不可破壞性，即使遇到采集器掉電，采集器被破壞等情況時，數據也不會丟失。數據傳送應受到權限控制，一旦權限許可，采集器才會按

10、一定格式向計算機或其它通信設備傳送數據。除了具備以上功能外，還具備超標自動報警；允許遠程設置、修改參數，以及遠程控制功能等。遠程數據采集終端內置 GPRSGPRS 通訊模塊，設備上電后自動尋找并登陸到 GPRSGPRS 網絡，保證通訊自動保持在線，斷線自動連接。可根據設定的上報周期上報系統存儲的各種測量數據，實時響應數據系統信息中心人工請求的各種命令，并及時回傳相應數據。具有快速、準確、維護方便、覆蓋面廣、性能可靠等諸多特點。供電系統及防雷系統對于監測系統中的遠程數據采集終端，全部采用低功耗設計，功耗非常低。且每個單元自帶有的蓄電池，當外部電源中斷時，數據和參數也不丟失，可以靠本身電池自動上電

11、，能維持自身約 1010 天以上正常運行（根據采集周期和上報周期的不同，電池供電時間略有不同）；對于傳感器及其它監測設備，需提供外部供電系統。根據水庫的實際供電情況，就近引設電源或采用太陽能供電系統。現場設備工作于野外，根據系統具體情況將從接閃器、引下線、側擊雷防護、屏蔽、等電位連接、浪涌保護器安裝、接地裝置等現場情況入手，結合 GB50057GB50057建筑物防雷設計規范和 GB50343-2004GB50343-2004建筑物電子信息系統防雷技術規范進行防雷現狀分析。系統管理中心管理中心硬件設備主要由數據庫服務器、工作站、打印機、網絡設備、通訊設備、后備電源、大屏幕等組成。系統管理中心是

12、用戶接口，最終完成如下功能：監測數據采集功能：本系統能按運行要求，對所有接入系統中的各類監測儀器進行一定方式的自動化測量，儲存所測數據，并傳送到中央控制裝置集中儲存或處理。數據通訊功能：中央控制裝置與所有測控裝置，中央控制裝置與數據管理主機均具有雙向通訊功能。系統外數據通訊功能。本系統具有遠程通信接口，可以上網與各級管理部門的信息系統之間實現遠程通訊數據管理功能：中央控制裝置集中儲存系統內的所有監測數據，分別按系統測點排列及時間序排列，可以對數據進行初步處理，供運行人員瀏覽、檢查、繪圖、打印。中央控制裝置和信息管理系統聯機運行時，可將監測數據輸入信息管理系統的監測數據庫以供入庫存檔和進一步分析

13、處理。系統自檢功能：系統具有自檢能力，當系統中硬件設備或通訊線路發生故障時在中央控制裝置或信息管理主機顯示器上顯示故障信息，以便及時維修系統功能架構圖3系統主要特點可實現水庫大壩滲壓、滲流、應變、水位、溫度，水庫周圍降雨量等數據的自動采集、發送、實時傳輸。可實時遠程監測大壩的各測試參數，可根據需要設定采集頻率、測點數據，對原始數據可進行各種計算。系統監測設備采用低功耗設計，可采用太陽能結合電池供電形式，不受野外偏遠山區等環境局限。具有高可靠性和耐惡劣環境能力，監測設備和傳感器具有全防水的結構，系統具有多級防雷擊及強電感應荷載沖擊的能力。系統菜單工具條各類求話酊戳據鼻管理子蔡統供水調度優化子系統

14、大壩安全分析子系統防洪調度腦揮子系慶日電業務fc理子系笈水質評價分析子系穌監測數據庫監挎模型窿分析盟果庫建生愎電效崩調入氣象數據庫可對水庫大壩的采集數據進行專業評估，按水利專業要求進行相關的數據的計算、評估與處理，以適應各種評測模型的需要。數據能夠以各種數據庫形式保存并可進行歷史數據查詢，還可以直接生成 EXCELEXCEL 或其他形式報表。同時數據可實時保存到網頁報表中，提供網頁遠程瀏覽各種數據。數據可以以各種圖形方式顯示，包括時間歷程曲線圖、X/YX/Y 坐標圖、模擬圖、直方圖等形式。具有數據越限報警功能，現場即時上傳報警信息時，主機會出現明顯的報警畫面和報警信息，同時還可提供各種聲光報警等多媒體提示。實現對系統信息打印的功能，支持對圖形、報表、曲線、報警信息、各種統計計算結果等的打印。4 視頻監測系統水庫網絡視頻監控系統， 是維護水庫安全生產運行以及防汛工作的重要保障，隨著現代通信技術與測試測量技術的發展，“數字水利”的時代已經到來。通過先進的網絡視頻監控系統可以實時直觀的觀測水庫的各種變化