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摘要中小型水库管理自动化系统是一项科研与工程实践相结合的研究成果。以辽宁省棋盘山水库为例，介绍了中小型水库管理自动化系统技术的研究成果与应用效果。
关键词中小型水库；管理自动化；洪水预报调度；棋盘山水库
中图分类号TV697.1文献标识码A文章编号 1007-5739（2009）06-0243-01
1立项背景
棋盘山水库是1977年8月建成的一座中型山谷水库。2006年3月，棋盘山水库管理自动化系统工程正式开始实施，系统工程项目总投资300万元。系统采用统一平台，全面、直观、系统地将各子系统相关数据信息及成果展现给水库管理与决策人员，系统已成为水库管理与决策的重要支持平台，为水库的现代化建设和管理水平带来了质的飞跃。
2研究内容
棋盘山水库管理自动化系统工程是在水库专业自动化建设基础上建立起来的，项目建设了棋盘山水库调度信息中心，实现水库控制与管理的统一信息支持平台。项目研究的主要内容有：①水库控制流域水情遥测与洪水预报调度系统；②大坝安全监测系统；③输水洞超声波测流系统；④远程视频监控巡视系统。该系统达到设计先进、设备性能稳定、功能全面实用的目的，系统建设与管理达到国内领先水平。
3主要成果
3.1水库控制流域水情遥测与洪水预报调度系统
系统在功能逻辑上由信息查询、洪水预报、洪水调度方案生成、洪水调度方案评价等功能组成。
（1）信息查询。实时雨情查询及其报表统计与输出，实时水雨情与历史大洪水的对比查询。提供了基于B/S体系结构的信息查询服务。
（2）洪水预报。洪水预报功能模块实现了从水文遥测系统提取实时降雨量，计算前期土壤含水量，根据落地雨作交互式洪水预报，根据假拟降雨作模拟洪水预报。
（3）洪水调度。洪水调度功能模块包括交互式洪水调度方案生成、方案评价及历史洪水与设计洪水模拟调度三部分。
（4）数据库管理。数据库管理功能模块包括数据库数据录入与维护和水雨情数据整编两部分，系统预留了历史数据输入接口，保证数据的连续性、序列性。
（5）资料整编与报表生成。实现根据监测与预报分析成果自动完成水库的日常报表与标准化的资料整编功能。
3.2大坝安全监测系统
棋盘山水库大坝安全监测系统完全实现了监测数据采集的自动化、分析与评价模型的电算化、监测信息与分析成果的信息化。
（1）大坝外部变形观测数据采集、分析与处理。系统设大坝表面水平位移观测点14个，竖向沉降观测点14个。其中，大坝水平位移观测采用全站仪自动数据采集，辅以观测后处理软件的观测方案，系统采用全站仪现场搬站观测；大坝竖向沉降监测采用高精度数字水准仪，辅以观测后处理软件的观测方案。系统将自动观测的数据存储在PC卡中，再由PC卡传送到计算机数据库中进行存储，通过数据分析处理软件对测量数据进行分析和处理，得出科学可靠的大坝运行状态与变化趋势的分析结论，并在计算机及其网络平台实现成果显示、发布与输出打印等操作。
（2）大坝渗流观测数据采集与传输。大坝渗流自动观测系统共设测点24个，考虑整个系统测点比较集中，系统采用现场总线分层分布式结构，现场设1台DAU数据采集与测控单元，2台数据采集模块单元，负责采集各测点的坝基渗流数据和测压管坝体渗流数据，并由DAU数据采集与测控单元完成现场数据采集的离线自动控制、数据存储，并通过光缆与中心控制室内计算机进行通讯，实现观测数据高速传输，从而构成集数据自动采集控制、数据存储与传输功能于一体的大坝安全监测自动化系统。系统建设过程中采用自主研发的大坝深孔测压孔封孔技术，实现了坝基渗流、坝体渗流的同孔同步观测，在保证观测数据可靠性的同时，使观测数据更符合规范要求，并且降低工程造价投资，目前该技术已申请发明专利。
（3）大坝安全监测分析评价系统。根据多年的水库大坝安全分析评价系统开发经验，结合水库实际特点与需求，开发了可视化的土石坝安全监测分析评价系统软件。系统由采集管理子系统、数据信息管理子系统及分析评价预报子系统组成，利用经典水工分析与评价电算化模型，对观测数据进行系统化、科学化、专业化分析。建立集坝体裂缝分析、过程线分析、浸润线分析、位势分析、相关性分析等分析模型，结合灰色关联分析、神经网络和模糊综合评价，最终得出科学可靠的大坝运行安全状况分析结论，为专家领导会商决策提供可靠依据。
3.3输水洞超声波测流系统
系统采用多声道内贴式超声流量测量系统，测量原理为时差法，采用对流速分布和对面积分布二次积分得到高精度流量数据，测得的流量数据包括瞬时流量、累计流量、正累计流量、负累计流量、流速、流速分布、声速、时间、日期、量程比等除可在现场显示、输出外，还具有实时数据存储、历史数据查询等功能，并通过串行通讯，利用光缆实现与控制中心的远距离数据传输，实现远程监测与数据共享。
3.4远程视频监控巡视系统
（1）监控点分布。系统设（重点部位）视频监控巡视站5个，分布于输水洞入口2点、输水洞出口3点，分别对闸控室设备运行状况、闸门运行状况、出流状况进行不间断监控与巡视。
（2）视频监控巡视系统建设成果。通过该系统管理人员能够实时、直观地实现巡视，了解和掌握闸控室设备运行状况、各闸门运行状况、出流状况等现场的运行与安全情况，并能够通过高密度数字录像系统实时记录现场图像信息以作资料。特别在汛期，通过对库区来水和水尺等的直观观测，配合工程测控系统，直接为防汛调度服务。同时，根据监控点反馈的信息，预测某些出险情况，当发生异常情况时，支持管理人员能够迅速做出正确判断，并进行指挥。
4结语
该项目建成后，可提高水库大坝的防洪能力，及时发现坝体安全隐患，将为水库带来显著的防洪效益和水资源效益。尤其可为水库大坝除险加固建设工程提供全面的自动化解决方案。系统的功能先进合理，可有效解决坝体运行管理中的实际问题，提高水库安全管理水平，具有良好的社会和经济效益。目前我国现有土石坝7万多座，为该项目提供了广阔的推广应用平台。
关键词中小型水库；管理自动化；洪水预报调度；棋盘山水库
中图分类号TV697.1文献标识码A文章编号 1007-5739（2009）06-0243-01
1立项背景
棋盘山水库是1977年8月建成的一座中型山谷水库。2006年3月，棋盘山水库管理自动化系统工程正式开始实施，系统工程项目总投资300万元。系统采用统一平台，全面、直观、系统地将各子系统相关数据信息及成果展现给水库管理与决策人员，系统已成为水库管理与决策的重要支持平台，为水库的现代化建设和管理水平带来了质的飞跃。
2研究内容
棋盘山水库管理自动化系统工程是在水库专业自动化建设基础上建立起来的，项目建设了棋盘山水库调度信息中心，实现水库控制与管理的统一信息支持平台。项目研究的主要内容有：①水库控制流域水情遥测与洪水预报调度系统；②大坝安全监测系统；③输水洞超声波测流系统；④远程视频监控巡视系统。该系统达到设计先进、设备性能稳定、功能全面实用的目的，系统建设与管理达到国内领先水平。
3主要成果
3.1水库控制流域水情遥测与洪水预报调度系统
系统在功能逻辑上由信息查询、洪水预报、洪水调度方案生成、洪水调度方案评价等功能组成。
（1）信息查询。实时雨情查询及其报表统计与输出，实时水雨情与历史大洪水的对比查询。提供了基于B/S体系结构的信息查询服务。
（2）洪水预报。洪水预报功能模块实现了从水文遥测系统提取实时降雨量，计算前期土壤含水量，根据落地雨作交互式洪水预报，根据假拟降雨作模拟洪水预报。
（3）洪水调度。洪水调度功能模块包括交互式洪水调度方案生成、方案评价及历史洪水与设计洪水模拟调度三部分。
（4）数据库管理。数据库管理功能模块包括数据库数据录入与维护和水雨情数据整编两部分，系统预留了历史数据输入接口，保证数据的连续性、序列性。
（5）资料整编与报表生成。实现根据监测与预报分析成果自动完成水库的日常报表与标准化的资料整编功能。
3.2大坝安全监测系统
棋盘山水库大坝安全监测系统完全实现了监测数据采集的自动化、分析与评价模型的电算化、监测信息与分析成果的信息化。
（1）大坝外部变形观测数据采集、分析与处理。系统设大坝表面水平位移观测点14个，竖向沉降观测点14个。其中，大坝水平位移观测采用全站仪自动数据采集，辅以观测后处理软件的观测方案，系统采用全站仪现场搬站观测；大坝竖向沉降监测采用高精度数字水准仪，辅以观测后处理软件的观测方案。系统将自动观测的数据存储在PC卡中，再由PC卡传送到计算机数据库中进行存储，通过数据分析处理软件对测量数据进行分析和处理，得出科学可靠的大坝运行状态与变化趋势的分析结论，并在计算机及其网络平台实现成果显示、发布与输出打印等操作。
（2）大坝渗流观测数据采集与传输。大坝渗流自动观测系统共设测点24个，考虑整个系统测点比较集中，系统采用现场总线分层分布式结构，现场设1台DAU数据采集与测控单元，2台数据采集模块单元，负责采集各测点的坝基渗流数据和测压管坝体渗流数据，并由DAU数据采集与测控单元完成现场数据采集的离线自动控制、数据存储，并通过光缆与中心控制室内计算机进行通讯，实现观测数据高速传输，从而构成集数据自动采集控制、数据存储与传输功能于一体的大坝安全监测自动化系统。系统建设过程中采用自主研发的大坝深孔测压孔封孔技术，实现了坝基渗流、坝体渗流的同孔同步观测，在保证观测数据可靠性的同时，使观测数据更符合规范要求，并且降低工程造价投资，目前该技术已申请发明专利。
（3）大坝安全监测分析评价系统。根据多年的水库大坝安全分析评价系统开发经验，结合水库实际特点与需求，开发了可视化的土石坝安全监测分析评价系统软件。系统由采集管理子系统、数据信息管理子系统及分析评价预报子系统组成，利用经典水工分析与评价电算化模型，对观测数据进行系统化、科学化、专业化分析。建立集坝体裂缝分析、过程线分析、浸润线分析、位势分析、相关性分析等分析模型，结合灰色关联分析、神经网络和模糊综合评价，最终得出科学可靠的大坝运行安全状况分析结论，为专家领导会商决策提供可靠依据。
3.3输水洞超声波测流系统
系统采用多声道内贴式超声流量测量系统，测量原理为时差法，采用对流速分布和对面积分布二次积分得到高精度流量数据，测得的流量数据包括瞬时流量、累计流量、正累计流量、负累计流量、流速、流速分布、声速、时间、日期、量程比等除可在现场显示、输出外，还具有实时数据存储、历史数据查询等功能，并通过串行通讯，利用光缆实现与控制中心的远距离数据传输，实现远程监测与数据共享。
3.4远程视频监控巡视系统
（1）监控点分布。系统设（重点部位）视频监控巡视站5个，分布于输水洞入口2点、输水洞出口3点，分别对闸控室设备运行状况、闸门运行状况、出流状况进行不间断监控与巡视。
（2）视频监控巡视系统建设成果。通过该系统管理人员能够实时、直观地实现巡视，了解和掌握闸控室设备运行状况、各闸门运行状况、出流状况等现场的运行与安全情况，并能够通过高密度数字录像系统实时记录现场图像信息以作资料。特别在汛期，通过对库区来水和水尺等的直观观测，配合工程测控系统，直接为防汛调度服务。同时，根据监控点反馈的信息，预测某些出险情况，当发生异常情况时，支持管理人员能够迅速做出正确判断，并进行指挥。
4结语
该项目建成后，可提高水库大坝的防洪能力，及时发现坝体安全隐患，将为水库带来显著的防洪效益和水资源效益。尤其可为水库大坝除险加固建设工程提供全面的自动化解决方案。系统的功能先进合理，可有效解决坝体运行管理中的实际问题，提高水库安全管理水平，具有良好的社会和经济效益。目前我国现有土石坝7万多座，为该项目提供了广阔的推广应用平台。