信息化技術在萌山水庫安全管理中的應用

王 揚，張 珂

（1.山東科技大學山東省土木工程防災減災重點實驗室，山東 青島 266590；2.淄博市萌山水庫管理中心，山東 淄博 255318）

萌山水庫作為淄博市五大水庫之一，保護著下游共5.3萬hm2耕地、100萬人口的防洪安全。萌山水庫信息化初步涵蓋了安全管理、安全監測、預報分析、工程管理等水庫管理的各領域，逐步建成了水庫水情測報系統、水庫滲流監測系統、洪水自動預報系統、地表水自動檢測系統、溢洪閘門自動化控制系統、視頻監控系統等，在大壩安全管理工作中已初具成效。

通過現場實地調研勘察，結合萌山水庫的安全管理情況及信息化系統的建設使用情況來看，萌山水庫在信息化系統建設初期仍存在許多問題。因此，進一步提升水庫大壩信息化技術手段，幫助相關水利部門盡可能全面地掌握大壩的變位、滲流、環境變量等情況，實時監測雨水情信息、遠程控制閘門開關、視頻監控現場情況、安全監測預警，同時也為防汛指揮調度、水庫除險加固方案的制定、水庫安全鑒定提供數據支撐，滿足水庫對管理現代化的需求。

1 存在的問題

1.1 對大壩安全管理重視不足

萌山水庫多年來未出現安全事故，管理人員思想產生松懈，對滲流、變位、揚壓力等影響水庫大壩安全的因素和參數不了解，對大壩、溢洪閘、放水洞等關鍵部位巡查力度不大，對重點部位和一般部位沒有著重加以區分。

1.2 缺乏經費，信息化建設進度緩慢

作為全國重點中型水庫，萌山水庫已正常運行50余年。在發展過程中，由于收入來源有限、缺乏充足的經費保障，導致日常樞紐工程及配套機電設備的維修養護工作受到嚴重影響，缺乏了相應配套設備的更新換代，以及信息化系統建設的有序推進，制約了社會效益、經濟效益、生態效益的正常發揮。

自2015年立項實施萌山水庫信息化系統建設以來，項目整體推進較為緩慢，水庫安全監測設施仍有缺項。同時，在資金有限的情況下，沒有認真分析研究諸多因素對水庫大壩安全影響的重要程度。滲流監測、揚壓力監測、變位監測等重要信息化系統仍不完善；大壩沉陷位移關鍵數據主要依靠人工觀測，觀測精度和實時性都不能滿足觀測需要，使得水庫大壩安全存在隱患。特別是在2019年第9號臺風“利奇馬”過境時，面對極端惡劣天氣，萌山水庫信息化系統應用效果不明顯，仍是過多地依賴人工進行實時分析調度，為水庫大壩實時進行安全管理帶來不便。

1.3 信息化建設沒有達到預期效果

萌山水庫已陸續建成的信息化系統屬于大壩安全管理信息化建設最基本的系統，相關的監測設施覆蓋面不廣，缺乏行之有效的數據深度分析功能，不能夠更好地適應具有較高業務需求的信息化系統建設要求。水庫滲流監測系統功能比較單一，僅具備數據采集、浸潤曲線繪制、報表展示等功能，缺少必要的數據分析、資料整編等功能，軟件基于C/S架構開發，應用不便捷。同時，部分測壓管存在淤積堵塞問題，在一定程度上影響了監測數據的準確性。

1.4 數據共享存在困難，信息交流不通暢

萌山水庫已建成的各信息化系統之間相對獨立，各類信息采集的基礎設施、數據傳輸設施、數據存儲設備、信息共享機制不配套，數據無法做到共享兼容，沒有達到有效整合，導致信息化系統名不副實。

1.5 缺少綜合信息管理平臺

在日常管理中，所需的信息查詢、工程監控、洪水預報及調度決策、日常辦公等各類業務信息分布零散且均停留在人工處理階段，智慧型決策應用基礎薄弱，缺少全局統籌管理的高效智慧型應用體系。需要建立一個綜合、高效、統一的查詢、發布、可視化展示的服務平臺，以提高水庫綜合信息科學性規范化管理能力。

2 智慧水庫綜合平臺建設

2.1 大壩安全自動監測信息管理系統

構建萌山智慧水庫綜合平臺，對水文監測、大壩變位監測、大壩滲流監測、出入庫洪水量監測、水質監測、閘門控制、放水洞水量監測、安全預警、數據在線分析及資料整編等功能的全要素數據實現綜合共享，預留環境變量、應力監測等數據接口，進一步提高水庫安全運行現代化、信息化水平。

2.2 大壩表面和溢洪閘變位監測系統

包括對大壩壩面和溢洪閘中墩的垂直位移和水平位移監測，部署GNSS位移觀測設備及13處位移監測點，利用北斗/GPS衛星系統，實現對大壩和溢洪閘的垂直位移和水平位移實施24小時實時在線監測預警，解決人工測算費力耗時、頻次精度低、外界氣候環境影響因素大及數據整理分析不全面等問題。設備自安裝投入使用以來，運行情況良好，雷雨大風等惡劣天氣環境下可以安全運行；基準站接收衛星情況良好，接收信號以GPS衛星和北斗衛星為主，易于管理，維護方便；監測數據準確、傳輸及時；無線傳輸穩定性強，未發生斷聯情況。

2.3 大壩滲流監測系統

利用原有的大壩滲流觀測井及萌山水庫5個斷面的17處大壩滲流監測點，對測壓管進行清洗、注水試驗和管口高程復測，配置跟蹤式智能滲壓遙測儀對測壓管水位進行自動觀測，部署新一代大壩滲流觀測設備。設備自安裝投入使用以來，運行情況良好，雷雨大風等惡劣天氣環境下可以安全運行；監測數據準確、傳輸及時；無線傳輸穩定性強，未發生斷聯情況。

2.4 放水洞綜合監測系統

分別建設超聲波流量計、遠程量水監測終端、震動測量傳感器，對放水洞的流量、滲流量、振幅及頻率變化進行實時監測。設備自安裝投入使用以來，運行情況良好；監測數據準確、傳輸及時；通過物聯卡進行數據傳輸，未發生斷聯情況。

3 建設成效

萌山智慧水庫綜合平臺建成后，充分利用了已部署的水庫安全運行綜合監測分析管理系統，對水庫大壩的安全數據信息進行了全面采集和深度分析。

一是與安全管理工作互相促進、互相融合。在水文監測、變形監測、滲流監測等方面實現了觀測數據的實時性、完整性和準確性，在資料整編方面實現了數據存儲的便捷性和可操作性，能夠實時監測大壩、溢洪閘、放水洞等重點部位的安全狀態，做到“早發現、早預警、早處置”，降低安全隱患發生的可能性。

二是進一步完善了萌山水庫信息化系統，增強水庫智能感知能力，補齊了安全監測系統的短板。

三是深度整合各子系統至水庫安全運行綜合監測分析管理系統中，實現了各子系統之間數據共享，減少因人工計算、誤操作等原因造成的誤差，促進萌山水庫安全管理水平現代化的提高。

4 結論

基于萌山水庫信息化系統存在的不足而建成的智慧水庫綜合平臺，經過一段時間的運行實踐，在提高水庫安全管理方面取得了良好效果。今后還需要進一步完善智慧水庫綜合平臺的信息化系統架構，充分利用數字化和人工智能全面感知水庫大壩的運行工況，進一步加強萌山水庫大壩涉及防洪、抗震、金屬結構等各方面的數據采集、深度分析、實時預警和信息共享的能力，充分利用大數據、物聯網、云計算等最新科技成果分析水庫大壩可能存在的安全隱患，更好地提升大壩安全管理能力，切實保障水庫大壩安全運行。