水庫大壩管理信息化技術目錄1概述2水庫大壩管理信息化的主要技術3安全監測信息化4水雨情測報信息化5水庫調度管理信息化6大壩風險評估與應急管理信息化7水庫大壩日常管理信息化8水庫大壩管理信息化系統開發3安全監測信息化水庫大壩管理3.1概述3.1.1大壩安全監測定義與意義大壩安全監測：對水利水電工程主體結構、地基基礎、兩岸邊坡、相關設施以及周圍環境等對象按一定頻次進行的定期或不定期的直觀檢查和儀器探查。數據和資料搜集分析評估安全性保證安全運行3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述位置：法國南部瓦爾省萊蘭河上作用:供水、灌溉設計師：法國著名土木工程師科依內(AndréCoyne)規格：H*W=66m*223m材質：鋼筋混凝土法國馬爾巴塞（Malpasset）潰壩，1959年法國馬爾巴塞（Malpasset）潰壩，1959年3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述開工1952年建成1954年投入

運轉1958年底事故1959年12月2日3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述連降大雨達最高水位開閘泄洪潰壩中午6:00

PM9:00

PM1-2日法國馬爾巴塞（Malpasset）潰壩，1959年3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述責任調查結果顯示：建設前未充分地質鉆探建成后無觀測設備進行系統檢測有關責任方采取了對民眾生命財產不負責的態度。法國馬爾巴塞（Malpasset）潰壩，1959年“世界之最”意大利瓦依昂大壩滑坡，1963年3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述位置：阿爾卑斯山區中作用:發電、水庫規格：H=262m設計結構：混凝土雙曲拱“世界之最”意大利瓦依昂大壩滑坡，1963年3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述

始建于1957年1962年底加速蓄水1963年9月28日連降大雨1963年10月9日夜發生事故“世界之最”意大利瓦依昂大壩滑坡，1963年3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述“因工程師和地質學家失誤”造成的人類工程悲劇之一河南駐馬店潰壩事件，1975年Text

here3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述背景上世紀50年代末河南總結山區水利的經驗“以蓄為主，以小型為主，以社隊自辦為主”。當時已經有少數懂水利和建設的專家和工程師提出反對意見，但無人理會。到20世紀60年代末，駐馬店地區新增水庫100多座，工程管理十分混亂，但當地河流的排洪能力非但沒有增強，反而年年遞減，孕育著嚴重危機。河南駐馬店潰壩事件，1975年Text

here3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述8月超強臺風引起特大暴雨8月6日開始有小水庫崩潰8月8日近60座庫在數小時內相繼垮壩潰決8月21日尚有數十萬災民泡在水中京廣線被沖毀102公里中斷行車18天影響運輸48天直接經濟損失近百億元河南、安徽29個縣市受災1700萬畝農田被淹1100萬人受災倒塌房屋596萬間六十二座水庫漫頂垮壩板橋、石漫灘兩座大型水庫竹溝、田崗兩座中型水庫58座小型水庫3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述河南駐馬店潰壩事件，1975年河南駐馬店潰壩事件，1975年Text

here3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述反思修建方法粗陋，存在質量問題特大臺風和特殊地理環境暴雨嚴重影響通訊設施板橋水庫的應急物資倉庫里缺乏應急設備特大暴雨連續降雨水位暴漲設計修建問題地質勘測不足修建粗陋修改設計參數缺乏安全監測未定期監測未分析安全性缺乏監測設備通訊不及時設備落后決策延遲應急設備不足3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述潰壩事件主要問題總結3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述原型觀測階段（1891-1964年）過度階段（1965年-1985年）安全監測階段（1985年-現在）目的：

研究大壩的實際變形、溫度和應力狀態，重點是檢驗設計，改進壩工理論實例：

1891年，德國埃施巴赫重力壩開展大壩位移觀測1903年，美國新澤西州布恩頓重力壩開展溫度監測1908年，澳大利亞新南威爾士州巴倫杰克溪薄拱壩開展變形觀測1925年，美國愛達荷州美利加——弗爾茲壩，開展揚壓力觀測3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述原型觀測階段（1891-1964年）過度階段（1965年-1985年）安全監測階段（1985年-現在）目的：由于國際上一些大壩失事造成的嚴重后果，人們逐漸意識到大壩安全的重要性，對壩體的監測擴展到壩基和庫岸目的：以保證大壩安全運行為主要目的3.1.2大壩安全監測的作用及意義3.1概述對象：大壩的壩體、周岸及相關設施方法：監測設備及儀器→收集狀態參數→分析與處理目的：運行規律和工作狀態→安全狀況和發展趨勢精度高運算速度快存儲量大傳輸便捷3.1.3大壩安全監測的業務范疇3.1概述巡視檢查變形監測滲流監測應力監測環境因子監測地震反應監測水力學監測分類：日常巡視檢查、年度巡視檢查和特別巡視檢查項目：壩體、壩基、壩區、溢洪道、輸泄水洞（管）、近壩岸坡等3.1.3大壩安全監測的業務范疇3.1概述巡視檢查變形監測滲流監測應力監測環境因子監測地震反應監測水力學監測大壩在運行中，由于自身的重力,水和泥沙的壓力、應力、溫度等因素的影響，壩體本身及其上下游一定范圍內的地殼都會產生某些程度的變形,若變形超出了允許的極限范圍,就會產生安全隱患，影響大壩的安全性態。因此，必須對壩體進行變形監測,確定測點在某一時刻的空間位置或特定方向的位移，以便隨時掌握大壩在各種荷載作用和有關因素影響下的變形是否正常。3.1.3大壩安全監測的業務范疇3.1概述巡視檢查變形監測滲流監測應力監測環境因子監測地震反應監測水力學監測大壩建成運行后,由于受到上下游庫水壓力、壩體混凝土溫度、時效等因素的影響,不可避免地會出現壩體、壩基、壩肩滲流現象。滲流要素一旦超過允許值,就會威脅大壩安全,造成大壩破壞和失事。3.1.3大壩安全監測的業務范疇3.1概述巡視檢查變形監測滲流監測應力監測環境因子監測地震反應監測水力學監測大壩安全監測的主要項目之一觀測內容：混凝土應力觀測、滲壓力觀測等主要儀器：鋼弦式應力計、電阻式應力計、差動式(卡爾遜式)應力計等,其中差動電阻式儀器在我國應用最為廣泛電阻式應力計振弦式鋼筋應力計3.1.3大壩安全監測的業務范疇3.1概述巡視檢查變形監測滲流監測應力監測環境因子監測地震反應監測水力學監測水位監測水庫水面的高程稱為水位,大壩蓄水之后,上下游水位的落差會導致壩體,壩基出現滲流現象。作用：水庫蓄水量、水庫流量常用儀器：水尺、水位計等3.1.3大壩安全監測的業務范疇3.1概述巡視檢查變形監測滲流監測應力監測環境因子監測地震反應監測水力學監測2.溫度監測為了獲取大壩及其基礎內的溫度分布及變化規律,分析溫度變化對大壩變形分量的影響強弱以及應力狀態的變化規律,必須建立大壩及其基礎的溫度測量系統。溫度觀測主要分為氣溫、水溫、混凝土溫度等。3.1.3大壩安全監測的業務范疇3.1概述巡視檢查變形監測滲流監測應力監測環境因子監測地震反應監測水力學監測3.降水量監測降水是地表水和地下水的根本來源,因此,掌握流域內的降水情況,不僅是了解水情必不可少的因素,也是進行水庫洪水預報﹑徑流預報必不可少的因素,必須對降水量進行觀測。常用的儀器有雨量器和雨量計。雨量監測儀3.1.3大壩安全監測的業務范疇3.1概述巡視檢查變形監測滲流監測應力監測環境因子監測地震反應監測水力學監測對于設計等級較高的大壩,應設置地震反應監測系統,以記錄強震動加速度時程。設計地震烈度水壩需設置設施≥7度1級土石壩結構反應臺陣≥8度2級土石壩1級土石壩場地效應臺陣3.1.3大壩安全監測的業務范疇3.1概述巡視檢查變形監測滲流監測應力監測環境因子監測地震反應監測水力學監測水力學監測項目包括:水流流態,水面線(水位)、波浪、動水壓強、水流流速流量、消能(率)、沖刷(淤)變化、通氣量、摻氣濃度、空化噪聲、過流面磨蝕﹑泄洪霧化、冰清等3.1概述3.1.3大壩安全監測的業務范疇3.1.4大壩安全監測管理現狀3.1概述國外開展大壩監測自動化設備研制始于20世紀60年代末。意大利自20世紀70年代以來一直處于國際領先地位,推出了微機輔助監測系統,實現了大壩安全監測的自動化。法國,葡萄牙注重監測資料管理的自動化;西班牙等國家大壩監測的特點是管理自動化加部分采集自動化。俄羅斯、意大利等國和我國一樣在現階段均致力于大壩安全監測專家系統的發展,進展很快。目前,國際上有代表性的系統有美國CampbellScientific公司的CR-IO系統,澳大利亞Datataker公司的數據采集儀,美國Oeomation公司的2380系統,意大利ISMES研究所的GPDAS系統。其中,CR-IO系統的測量單元機芯被世界大多數監測儀器制造商（包括基康、SINCO、ROCTEST等)用作自動化系統的采集單元3.1.4大壩安全監測管理現狀3.1概述我國大壩安全監測自動化系統研究工作起步于從20世紀80年代初。分布式體系結構通信方式多樣化供電方式多樣化防雷抗干擾能力增強我國大壩安全自動化系統特點：減輕信號干擾和衰減提高通訊速率、抗電磁干擾能力、抗雷擊能力可以利用交流電﹑直流電﹑蓄電池、太陽能等供電。提高系統穩定性、持續性、防雷擊性能和可靠性3.1.4大壩安全監測管理現狀3.1概述我國大壩安全監測自動化系統研究工作起步于從20世紀80年代初。2001年6月,水利部發布了《大壩安全自動監測系統設備基本技術條件》,這是我國大壩安全監測領域中對監測數據采集系統的第一個行業標準，于2001年12月實施從此大壩安全監測數據采集系統逐步走上標準化、規范化的發展軌道3.2.1系統功能需求

3.2安全監測的功能需求1.數據采集控制功能作為自動化監測系統,必須具有能夠控制智能測控單元(MCU)的功能。此功能應能對MCU進行狀態查詢,對測量起始時間,測量周期,采集方式進行設置,為用戶提供一個與前端監測儀器進行對話的界面環境。3.2.1系統功能需求

3.2安全監測的功能需求2.在線異常值診斷處理功能在線實時提示預警是大壩安全監測自動化系統一個很重要的功能。根據監控信息,對異常的數值做出判別,并進行相應的處理后,必要時做出提示報警。這種功能也稱為在線快速校核與預警功能。3.2.1系統功能需求

3.2安全監測的功能需求3.數據預處理功能入庫后的監測數據必須經過可靠性檢驗和統計學處理,使其成為反映水工結構性狀的可靠信息。只有根據可靠的觀測數據和資料,才能正確地對大壩性狀做出解釋和進行安全評價。這些數據處理工作統稱為數據預處理。3.2.1系統功能需求

3.2安全監測的功能需求4.模型生成與應用監測效應量的變化并不是獨立的,與環境量的變化有一定的關系。分析兩者的數據得出反映環境量和效應量之間最佳關系的回歸函數式,作為該測點單點的監控或預報模型。系統軟件要能夠生成監控或預報模型,并且隨著時間的積累﹐能重新建立模型。3.2.1系統功能需求

3.2安全監測的功能需求5.圖表分析功能按照大壩監測相關標準和規范對監測數據整編的要求,系統軟件應提供繪圖分析和制表功能,以輔助水庫大壩管理人員進行監測數據的直觀分析。3.2.1系統功能需求

3.2安全監測的功能需求6.數據輸入和管理功能7.數據輸出功能8.其他功能3.2.2系統構架

3.2安全監測的功能需求目前,我國的安全監測系統中,多采取客戶機/服務器(C/S)模式。客戶端處理部分工作服務器端服務器：高性能PC或工作站等數據庫系統：Oracle、sybase、informix等優點：1.提高客戶端響應速度2.提高了系統運行速度3.增強了系統的健壯性4.部分實現了分布計算功能缺點：1.只適用于局域網2.工作量大、維護成本高3.可移植性差3.2.2系統構架

3.2安全監測的功能需求新的軟件系統構造技術——B/S模式優點：1.應用范圍廣2.維護升級方便3.移植性強目前,具有代表性的兩大技術為:由SUN和IBM等聯合提出的JavaEE框架由Microsoft公司提出的.NET框架3.2.3系統數據庫結構3.2安全監測的功能需求數據庫的構建是系統的基礎。一切操作均是建立在數據庫之上的。在大壩安全監測逐漸走向自動化、智能化、網絡化的過程中,采用更強大的數據庫訪問技術是種種必然趨勢。ADO(ActiveXDataObject)技術是一種較好的選擇。在確定數據關系之前要先理清所有數據的實體、實體屬性以及實體之間的關系。E-R圖(EntityRelationshipDiagram)是用來表示實體、實體屬性以及實體之間關系的直觀方法。3.2.3系統數據庫結構3.2安全監測的功能需求數據庫接口對比實現VisualC++訪問數據庫的接口技術有以下幾種:①ODBC(OpenDataBaseConnectivity):開放式數據庫連接。②MFCODBC(MicrosoftFoundationClassesODBC):MFC開放式數據庫連接。③DAO(DataAccessObject):數據訪問接口。④OLEDB(ObjectLinkandEmbeddingDataBase):對象連接與嵌入。⑤ADO(ActiveXDataObject):ActiveX數據對象。3.3.1巡視檢查的目的及工作內容3.3巡視檢查標準化管理日常巡視檢查年度巡視檢查特別巡視檢查檢查對象：建筑物各部位、閘門及啟閉機械、動力設備、通信設施、水流形態和庫區岸坡等巡檢人員：專職人員時間：每年汛前汛后,在冰凍期和融冰期巡檢人員：管理單位負責人檢查對象：水庫工程進行全面或專項檢查。時間：在壩區遇到大洪水、大暴雨、有感地震、庫水位驟變、高水位運行以及其他影響大壩安全運行的特殊情況巡檢人員：管理單位負責人組織力量進行檢查,必要時報請上級主管部門及有關單位會同檢查。3.3.1巡視檢查的目的及工作內容3.3巡視檢查標準化管理壩體壩肩壩基泄洪設施巡視檢查主要內容3.3.1巡視檢查的目的及工作內容3.3巡視檢查標準化管理巡視檢查的記錄與報告要滿足以下要求:①每次巡視檢查應做好現場記錄,有關人員簽名。如發現異常情況,則應詳細記錄,記錄內容包括時間(月、日、時)、部位(盡可能具體)、險情描述(必要時繪出草圖)、庫水位、氣象、值班檢查人員和記錄人員,有關人員均應簽名。②現場記錄必須及時整理,并將本次巡視檢查結果與以往巡視檢查結果進行比較分析，如有問題或異常現象,應立即進行復查,以保證記錄的準確性。③汛期巡視檢查中發現異常現象,應立即采取應急措施,并向上級報告。④汛期巡視檢查的記錄、圖件和報告等均應整理歸檔,以備查考。3.3.1巡視檢查的目的及工作內容3.3巡視檢查標準化管理3.3.2巡視檢查常用設備和方法3.3巡視檢查標準化管理特殊方法常規方法①常規方法。采用眼看、耳聽、手摸、鼻嗅、腳踩等直接方法或輔以錘、釬、鋼卷尺、放大鏡、石蕊試紙等簡單工具,對工程表面和異常現象進行檢查。②特殊方法。采用挖探坑(或槽)、探井、鉆孔取樣或孔內電視、向孔內注水試驗、投放化學試劑、潛水員摸探或水下電視、水下攝影或者錄像等方法,對工程內部、水下部位或壩基進行檢查。安全檢查方法3.3.2巡視檢查常用設備和方法3.3巡視檢查標準化管理巡視檢查要求①日常巡視檢查人員應相對固定,熟悉水庫工程情況，檢查時應帶必要的輔助工具。②汛期高水位情況下對大壩表面(包括壩腳、鎮壓層)進行檢查時,宜進行拉網式檢查。③年度巡視檢查和特別巡視檢查,均須制定詳細、切實可行的檢查工作計劃拉網式檢查毛尖山水電站大壩測量汛期夜間巡檢3.3.2巡視檢查常用設備和方法3.3巡視檢查標準化管理巡視檢查要求(a)安排好水庫調度,為檢查輸水、泄水建筑物或進行水下檢查創造條件。(b)做好電力安排,為檢查工作提供必要的動力和照明。(c)排干積水,清除堆積物。(d)安裝或搭建臨時交通設施,便于檢查人員行動或接近檢查部位。(e)采取安全防范措施，確保工程、設備及檢查人員的安全。(f)準備好工具、設備、車輛或船只,

做好測量、記錄、繪草圖、照相、錄像等準備。年度巡視檢查和特別巡視檢查3.3.2巡視檢查常用設備和方法3.3巡視檢查標準化管理安全檢查內容①大壩。包括壩體、壩頂、壩坡、壩肩、壩腳、排水溝、排水棱體等②泄洪設施、輸水設施等混凝土建筑物。檢查其有無裂縫、滲漏、剝蝕、沖刷、磨損、氣蝕及脫堿等現象,混凝土伸縮縫有無損壞現象,填充物有無流失現象。壩頂出現裂縫3.3.2巡視檢查常用設備和方法3.3巡視檢查標準化管理安全檢查內容③閘門、啟閉設施、電源等金屬結構。有無扭曲變形、銹蝕現象,有無堵塞現象,無老化、漏水現象,啟閉機運轉是否正常、有無不正常聲響及振動現象等④水流形態。是否平順、有無不正常流態、沖刷淤積等現象。閘門滑輪銹蝕嚴重⑤附屬工程。包括管理用房及辦公設施、交通道路、安全防護設施、消防設施、避雷設施等。3.3.2巡視檢查常用設備和方法3.3巡視檢查標準化管理檢查判斷標準良好指建筑物性態和運行性能良好,能按設計條件運行。正常指建筑物性態和運行性能正常,基本能按設計條件運行,但需要維修。較差指建筑物性態和運行性能可能達不到設計條件,必須修理。很差指建筑物質量無法達到設計條件。3.3.2巡視檢查常用設備和方法3.3巡視檢查標準化管理檢查報告3.3.3標準化巡視檢查設計3.3巡視檢查標準化管理制作形式和文件報告的素材必須滿足“標準化”的要求，具有“模塊化”的屬性。3.3.4巡視檢查管理信息化3.3巡視檢查標準化管理(1)巡檢計劃管理(2)巡檢人員管理(3)巡檢記錄錄入(4)巡檢記錄上報(5)巡檢報告查詢(6)巡檢項目管理3.4大壩安全監測信息的采集與處理現場實時自動采集現場實時自動采集系統安裝在現場監測管理站的數據采集工作站上,系統通過與樞紐安裝的自動化測量控制單元(MCU)進行數據通信,完成數據采集工作。遠程控制自動采集遠程控制自動采集系統是目前國內及國際上自動化監測系統研發的重點,是以計算機網絡控制與MCU自動化控制為基礎實施的一種自動化數據采集方式。數據采集3.4大壩安全監測信息的采集與處理數據處理線性回歸分析曲線擬合分析對監測數據進行處理分析的方法很多，系統主要提供最基本的常規分析,包括圖表綜合分析(含數據統計)、線性相關分析、曲線擬合分析和統計模型分析(即逐步回歸分析),以及初步的結構化推理功能。3.5大壩安全檢測資料整編分析3.5.1監測數據質量評判與誤差處理上下限法數據超過正常值上限或下限即為異常值。對于滲流壓力水位,一般上限為管口或孔口高程，下限為管底高程或儀器設置高程以下0.5m。限值異常值3.5大壩安全檢測資料整編分析3.5.1監測數據質量評判與誤差處理尖峰識別數據xt、xt+1、xt+2,當xt+1-xt>B且xt+1-xt+2>B或xt+1-xt<B且xt+1-xt+2<B時(B為變化允許范圍),則x+1為異常值。txtxt+1xt+2x3.5大壩安全檢測資料整編分析3.5.1監測數據質量評判與誤差處理統計模型法當統計模型復相關系數較大時,可用統計模型識別異常數據。若s為統計模型剩余標準差,x統計為統計模型預測值,x實測為實測值,當|x統計一x實測|>3s時，x實測為異常值。3.5大壩安全檢測資料整編分析3.5.2大壩安全監測資料整編方法監測資料整理和整編基本要求1.每次監測完成后，及時檢查數據準確性、可靠性和完整性2.通過計算及圖表等檢查和判斷變化趨勢3.隨時補充或修正有關資料3.5大壩安全檢測資料整編分析3.5.2大壩安全監測資料整編方法資料定期整編基本要求①在施工期和初蓄期，整編時段視工程施工和蓄水進程而定,最長不宜超過1年。在運行期,每年汛前應將上一年度的監測資料整編完畢。②監測資料的收集工作應包括以下主要內容:第一次整編時應完整收集工程基本資料、監測設施和儀器設備考證資料等;收集有關物理量設計值和經分析后確定的技術警戒值。③收集整編時段內各項日常整理后的資料，包括所有監測數據、文字和圖表。④在收集有關資料的基礎上,應對整編時段內各項監測物理量按時序進行列表統計和校對。⑤整編資料的主要內容和編排順序為:封面、目錄、整編說明、工程基本資料及監測儀器設施考證資料(第一次整編時)、監測項目匯總總表、巡檢檢查資料、監測資料、分析成果、監測資料圖表和封底。⑥刊印成冊的整編資料應生成標準格式電子文檔。3.5大壩安全檢測資料整編分析3.5.2監測資料分析與成果應用經常性監測資料分析一般每隔5年進行1次,也可結合大壩安全鑒定評價工作進行。應滿足下列要求:揭示主要監測量的分布規律及變化規律

評價大壩工作性態

提出主要的大壩安全運行監控指標經常性監測資料分析,可結合日常資料整理、年度資料整編及大壩安全年度詳查進行。發現異常情況應及時分析、判斷,對確有問題的,應及時上報。長期監測資料分析3.5大壩安全檢測資料整編分析3.5.2監測資料分析與成果應用監測資料分析方法比較法作圖法特征值統計法數學模型法3.5大壩安全檢測資料整編分析3.5.2監測資料分析與成果應用監測資料分析報告主要是根據監測資料的分析成果,對大壩當前的工作狀態(包括整體安全性和局部存在問題)做出評估,并為進--步追查原因加強安全管理和監測,以及采取防范措施提出指導意見。報告的基本內容應有工程概況、儀器安裝埋設、監測和巡視工作情況說明、主要成果資料分析內容和主要結論。3.6監測信息發布3.6.1信息發布系統的功能需求信息發布系統應具備的功能①系統基于網絡瀏覽器方式運行。②系統具備地圖展示功能。③系統提供數據/圖形的多種分析、查詢手段。④系統具備預警信息發布功能。⑤系統整合多種多媒體信息(相關知識、政策法規和影音、圖片文件),并提供靈活的瀏覽功能⑥系統對不同的用戶約定相應的操作權限和瀏覽范圍3.6監測信息發布3.6.2信息發布系統的數據需求①水庫大壩水情工情數據庫。②地理信息數據。③預警信息。④與水庫大壩相關的知識庫、水庫大壩病史、相關政策法規。3.6監測信息發布3.6.3水庫大壩信息發布方案水庫大壩信息發布要考慮面向大眾,宜用B/S結構。由于涉及流域、位置等地理概念,因此地圖功能是必不可少的。所以,水庫大壩信息發布系統應