黃壁莊水庫信息化管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘 要：水庫信息化管理是水利現(xiàn)代化建設(shè)的基礎(chǔ)和前提，是提高水利工程建設(shè)和運行管理效能、水利管理效率和決策水平的重要途徑。本文闡述了對水庫大壩安全監(jiān)測、水情自動測報、洪水調(diào)度、閘門監(jiān)控、實時調(diào)度等方面的信息自動化系統(tǒng)建設(shè)的研究與應(yīng)用，充分發(fā)揮了水庫工程的綜合效益，促進(jìn)了水庫安全管理的長期、有效發(fā)展。

關(guān)鍵詞：黃壁莊水庫；信息化系統(tǒng)；安全管理

1 水庫概況

黃壁莊水庫是海河流域子牙河系滹沱河中下游重要的、控制性大（I）型水利樞紐工程，總庫容12.1億m3，整個樞紐工程由主壩、副壩、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道和電站重力壩等建筑物組成。水庫主要功能以防洪為主，兼有農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水、城市生活用水和生態(tài)用水等興利任務(wù)。

80年代以前，黃壁莊水庫工程管理基本處于人工管理，90年代，通信、計算機技術(shù)在水利工程建設(shè)中得到初步應(yīng)用。為改變水庫工程管理手段落后的面貌，1999-2005年在水庫除險加固工程中，實施了工程管理信息自動化系統(tǒng)，借助于現(xiàn)代的通信、計算機、程控交換、圖文視訊和遙測遙控等信息技術(shù)，先后建立專用的通信傳輸鏈路、高效的計算機網(wǎng)絡(luò)、實時的信息采集網(wǎng)絡(luò)、動態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)視監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)，配置和研發(fā)相應(yīng)的軟件、硬件設(shè)施，實現(xiàn)水情、工情信息的實時采集監(jiān)測分析、水工建筑物的自動控制、作業(yè)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)視、水利工程的優(yōu)化調(diào)度、工程管理視訊異地會商及辦公自動化等綜合業(yè)務(wù)的現(xiàn)代化、信息化、自動化管理，水庫工程管理由傳統(tǒng)型的經(jīng)驗管理逐步轉(zhuǎn)換為現(xiàn)代信息化管理。

2 水庫信息化建設(shè)

黃壁莊水庫信息化系統(tǒng)主要包括黃壁莊—崗南水情自動測報系統(tǒng)、崗南-黃壁莊梯級水庫洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水庫監(jiān)控中心、河北省水利廳—黃壁莊—崗南數(shù)據(jù)語音綜合通信系統(tǒng)、衛(wèi)星云圖接收系統(tǒng)等，七個系統(tǒng)形成一套完整的水利工程信息化系統(tǒng)。

2.1 水情自動測報系統(tǒng)

該系統(tǒng)由遙測站、中繼站、中心站和系統(tǒng)軟件構(gòu)成。建有34個遙測站，3個中心站，1個維護(hù)站。采用超短波-Inmarsat-C混合組網(wǎng)通信方式。上級站發(fā)送采集命令到各遙測站，實時數(shù)據(jù)經(jīng)過檢驗和調(diào)制后送往中心站。中心站的計算機對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，據(jù)此制定出水庫的調(diào)度計劃和防洪調(diào)度方案。

水情自動測報系統(tǒng)能實時接收遙測水文數(shù)據(jù)，提供氣象情況、洪水圖形仿真、洪水調(diào)度決策及水資源優(yōu)化調(diào)度方案，為水庫提供準(zhǔn)確及時的雨情、水情信息，并可進(jìn)行洪水預(yù)報調(diào)度，提高了水庫防洪調(diào)度的自動化水平。

2.2 洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)

洪水調(diào)度系統(tǒng)以大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫為中心，由信息采集、預(yù)報、調(diào)度和數(shù)據(jù)管理4個子系統(tǒng)組成，支持遠(yuǎn)程通信和外部連接，可納入上級防汛網(wǎng)絡(luò)。

洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)往往和洪水自報系統(tǒng)合二為一，由遙測系統(tǒng)提供實時的水、雨情等信息，再由洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)提供入庫流量及洪水過程線等信息，進(jìn)行洪水自動化調(diào)度，為制定水庫調(diào)度計劃和防洪調(diào)度方案提供參考，為抗洪救災(zāi)決策提供科學(xué)依據(jù)，實現(xiàn)水庫優(yōu)化調(diào)度。

2.3 大壩自動安全監(jiān)測系統(tǒng)

該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、資料分析三個軟件、現(xiàn)地15個測控單元和1個監(jiān)測中心組成。水工建筑物共布設(shè)34個MCU，接入了312支自動觀測儀器，用于監(jiān)測大壩滲流、混凝土應(yīng)力應(yīng)變、變形、環(huán)境量。

采集功能可使MCU按設(shè)定時間自動進(jìn)行巡測、存儲數(shù)據(jù)，并向中央控制器報送數(shù)據(jù)。運行信管軟件，進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，可形成不同載體的觀測成果整編資料。運行分析軟件可進(jìn)行觀測成果分析；同時可實現(xiàn)各種計算提供測值預(yù)報，進(jìn)行視圖分析，描繪趨勢曲線等。

大壩自動安全監(jiān)測系統(tǒng)將所有水工建筑物自動觀測儀器原始數(shù)據(jù)采集完畢并進(jìn)行處理、分析，實效快，效率高。可根據(jù)工情、水情隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用、實時監(jiān)測、分析成果。為監(jiān)測對象提供早期安全預(yù)警報告，為水庫大壩安全提供評估依據(jù)，可隨時掌握水工建筑物的實時運行狀態(tài)，保證水庫大壩安全運行。

2.4 閘門監(jiān)控系統(tǒng)

閘門監(jiān)控系統(tǒng)包括了閘門監(jiān)控和視頻監(jiān)控。

黃壁莊水庫閘門監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機集中控制和遠(yuǎn)方監(jiān)控組成的分層分布開放式系統(tǒng)。系統(tǒng)由1個閘門監(jiān)控中心、3個閘門集中監(jiān)控單元，27套現(xiàn)地閘門控制裝置、30套攝像機及系統(tǒng)軟件組成。

閘門監(jiān)控系統(tǒng)主要利用集控單元的監(jiān)視控制，實施現(xiàn)地、遠(yuǎn)程的閘門單孔或多孔各種操作功能，同時還可實現(xiàn)與上級防汛指揮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。閘門監(jiān)測中心工控機顯示器能直觀顯示、實施閘門啟閉、電源控制等的操作，可顯示、調(diào)用歷史、實時上、下游水位及閘門的運行狀態(tài)信息，同時實現(xiàn)與上級防汛部門遠(yuǎn)程視頻傳輸?shù)墓δ堋?/p>

視頻監(jiān)控系統(tǒng)共裝設(shè)30套視頻監(jiān)控設(shè)備。其中五個可變攝像機，分別監(jiān)視正常溢洪道上下游、非常溢洪道上下游和電站重力壩取水口，其余的定點攝像機分別監(jiān)視正常溢洪道、非常溢洪道閘門啟閉機房、非常溢洪道檢修閘門等建筑物的運行狀況。視頻監(jiān)控進(jìn)行24h錄像，同時可通過矩陣切換到電視墻上或大屏幕上，實時監(jiān)控各泄水建筑物的運行情況，保障水庫建筑物運行安全。

2.5 監(jiān)控中心

水庫監(jiān)控中心是調(diào)度系統(tǒng)、河北省水利廳-黃壁莊-崗南數(shù)據(jù)語音綜合通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)雙機備份、各系統(tǒng)集成在監(jiān)控中心實現(xiàn)的。與省水利廳監(jiān)控中心聯(lián)結(jié)成局域網(wǎng)，便于資源共享、數(shù)據(jù)共享、功能互補，達(dá)到綜合管理及優(yōu)化調(diào)度的目的。監(jiān)控中心具有顯示水庫總貌、子系統(tǒng)概貌、過程曲線、報警狀態(tài)，并進(jìn)行管理、監(jiān)視操作等功能。

2.6 數(shù)據(jù)語音綜合通信系統(tǒng)

該系統(tǒng)將水庫和河北省水利廳監(jiān)控指揮部的局域網(wǎng)連接成專用廣域網(wǎng)，進(jìn)行省水利廳—黃壁莊—崗南三地之間的語音、數(shù)據(jù)和圖像的傳輸，實現(xiàn)異地會商、遠(yuǎn)程監(jiān)視、統(tǒng)一調(diào)度和指揮的功能。

2.7 衛(wèi)星云圖接收系統(tǒng)

衛(wèi)星云圖接收系統(tǒng)包括信號接收和圖像顯示處理兩部分，能晝夜連續(xù)運行，無人職守，可以以紅外、水汽、立體、可見光四種方式察看云圖。通過該系統(tǒng)可以直觀地掌握天氣變化趨勢，實現(xiàn)云圖資料的多用戶共享，根據(jù)動態(tài)云圖走向，預(yù)測降雨及天氣過程，為汛期掌握天氣變化提供了便利，為防汛會商決策作參考。

2.8 辦公自動化系統(tǒng)

該系統(tǒng)集成了包括電子郵件、短信息、公告通知、日程安排、工作日志、通訊簿、工作流、圖書管理、討論區(qū)、聊天室、文件柜、列車時刻查詢和法律法規(guī)查詢等40余個極具實用價值的功能模塊，實現(xiàn)了辦公局域網(wǎng)內(nèi)資源的共享，為該局日常辦公提供了便利，簡化了辦公程序，辦公效率得到很大提高，同時節(jié)約了大量辦公紙張，向無紙化辦公邁進(jìn)了堅實的一步。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用及社會經(jīng)濟(jì)效益

3.1 黃壁莊水庫工程信息管理系統(tǒng)

黃壁莊水庫工程信息管理系統(tǒng)的建設(shè)，使水庫的防汛調(diào)度，大壩安全自動監(jiān)測、閘門運行管理、大壩及泄水建筑物實時視頻監(jiān)控及信息管理均實現(xiàn)了自動化管理，該系統(tǒng)性能可靠、可利用率高、可操作性強，且可擴(kuò)展，系統(tǒng)安全，滿足水庫防洪調(diào)度和正常運行要求，能夠充分發(fā)揮水庫的綜合效益，水庫經(jīng)安全鑒定為一類壩。

3.2 系統(tǒng)的建立為黃壁莊水庫提高汛限水位，增加供水功能提供了科學(xué)準(zhǔn)確的依據(jù)

水庫除險加固后，經(jīng)省水利廳批準(zhǔn)，水庫汛限水位從114m提高到115m。近幾年來，采用提高汛限水位，累計減少汛前和汛期棄水1.26億m3，水庫在連續(xù)枯水年仍能夠滿足各用水戶用水要求，發(fā)揮了穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)效益。尤其在2007年和2008年主汛期調(diào)度中，水庫按115m汛限水位進(jìn)行調(diào)度，減少了汛前棄水0.9億m3，在一定程度上緩解了春季大旱對農(nóng)業(yè)灌溉的影響，也為北京應(yīng)急供水儲備了足夠水源，有效緩解了流域水資源短缺問題。

3.3 對水庫信息系統(tǒng)的管理，能提供工程實時、準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)，能對工程安全狀態(tài)進(jìn)行正確評估，為水庫在防洪與興利中發(fā)揮更大的效益提供了科學(xué)依據(jù)

由于特殊氣候和地理條件，黃壁莊水庫同時面臨著洪水威脅和水資源嚴(yán)重短缺的雙重困難，防洪與興利的矛盾非常突出。汛前由于流域降雨非常集中，往往集中在主汛期一兩場暴雨，庫水位降至汛限水位后，一旦無洪水可蓄，造成水資源的嚴(yán)重浪費，以至于水庫常處于“汛期不敢蓄水，汛后無法蓄水”的狀態(tài)。系統(tǒng)的建立，充分利用了水庫功能，在確保水庫安全的前提下，充分考慮上下游實時降雨預(yù)報和洪水預(yù)報成果，在2006年汛期，水庫利用強化實時調(diào)度，優(yōu)化調(diào)度和錯峰調(diào)節(jié)等技術(shù)，使水庫多蓄水1340萬m3，發(fā)電34.7萬kW·h，為真正落實保安全、多蓄水的方針提供了強有力支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉舟，施俊躍.水庫安全管理[M].北京：中國水利水電出版社，2012.

[2]蔡陽.現(xiàn)代信息技術(shù)與水利信息化[J].水利水電技術(shù)，2009（9）.

作者簡介：

葛義榮，女，河北省黃壁莊水庫管理局，高級工程師，主要從事水利工程管理工作。