刘 浩，张 宇，谢 鹏

（1.临沂市罗庄区水务局，山东 临沂 276000；2.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250000；3.山东水总有限公司，山东济南 250000）

1 引言

水利工程安全对下游居民的正常生产、生活有重要的影响。随着计算机技术的发展，大坝安全管理信息化建设已经成为现实。利用现代计算机技术，可存储大量数据，同时，数据处理、分析能力也不断提高。通过搭建信息化平台，可降低水库安全管理工作的难度，可在远程实现大坝管控。目前，已有较多的水利工程搭建了信息化管理平台，如：玛纳斯河流域灌区[1]、都江堰灌区[2]、黄壁庄水库[3]、淇河盘石头水库[4]、双塔水库[5]等。各项水利枢纽在近期改造、建设过程中，均引入了“信息化”“智慧化”概念，建设完成后，实现了水利工程安全自动化监测，险情预警等功能，有效保障了水利工程的正常运行[6-8]。

2 工程概况

白石里水库工程等别为IV 等，主要建筑物级别为4 级。水库汛限水位与正常蓄水位均为57.00 m，相应库容74×104m3；按30年一遇洪水设计，设计洪水位59.13 m，相应库容93.7×104m3；按500年一遇洪水校核，校核洪水位60.15 m，死水位47.00 m。白石里水库地理位置重要，关系着下游5800 人口、6800 亩耕地以及高速公路的防洪安全。

3 水库大坝安全管理信息平台设计

3.1 智能巡检系统

巡视检查是大坝安全管理的重要组成部分，是及时发现大坝安全隐患的最主要方式，当前主要以人工巡视检查为主。传统的巡视检查工作存在以下主要问题：（1）巡检信息主要以纸质方式保存，较为不便且易丢失、耗工时，不满足水库现代化管理需求；（2）水库主管部门较难实时监督库管员巡视检查工作是否到位；（3）巡检信息不能及时上报，水库主管部门不能及时掌握水库安全状态；（4）库管员巡视检查过程中遇到安全隐患较难判别其危害程度，缺乏必要的应急处置能力。

图1 水库大坝现场巡检问题

根据当前水库巡检工作面临的问题，以及新时期对水库巡检工作的新需求，研制的智能巡检系统共分为手机APP 软件和web 后台管理软件，主要包含4 大功能、18 个小功能模块。系统应提供基于JSON 的WebService，以便第三方进行二次开发。并应保证WebService 的伸缩性。在部署上，系统应具备跨平台性，不依赖WINDOWS 等特定平台。功能模块图见图2。其中包括：（1）人员管理模块主要管理系统的组织结构、人员信息、责任范围、级别等信息，根据级别确定人员工作任务和系统中数据可查看范围；（2）智能巡检管理模块具备巡检任务制定、巡检任务提醒、巡检任务执行、提交巡检报告、巡检任务报告等功能；（3）水库大坝安全智能诊断模块具备异常现象报警、巡检问题类别诊断、隐患处置对策、关联处置案例剖析等功能；（4）查询统计分析模块包含巡检任务查询、人员巡检轨迹回放、巡检类别查询、巡检到位管理、巡检隐患查询管理、数据备份与打印等功能。

图2 水库大坝智能巡检系统功能模块结构图

表1 智能巡检系统设备汇总表

3.2 大坝安全监测自动化系统

大坝安全监测自动化系统主要由监测仪器、测控中心、监测中心组成。监测仪器为直接获取大坝安全监测数据的设备；测控中心主要有自动测量控制单元（MCU）及相关配套设备，用于集中采集监测仪器获取的数据；监测中心主要为监测软件、监测计算机和打印机，实现远程获取监测数据信息和管理监测数据功能。大坝安全监测自动化系统结构见图3。

图3 大坝安全监测自动化系统结构图

因白石里水库渗漏问题较突出，重点设置大坝渗流安全监测项目。设计采用埋设测压管，并在测压管内安装水压力计自动观测渗流压力。根据工程实际情况，拟在最大坝高处、输水洞与大坝接触部位、右坝肩各布置一个渗流监测横断面，每个监测断面各布置4 个渗流监测点，共计12 个测点。水压力计通过信号电缆接入MCU，合计约需信号电缆1500 m。信号电缆全程穿热镀锌钢管保护，管接头两端采用预焊螺栓方式，连接10 mm2铜导体，使管线全线导通，以有效避雷。电缆沟深度以不低于50 cm 控制，合计约需开挖电缆沟450 m。配置1 台MCU 采集渗流监测数据，安装在进水塔启闭机房内。

监测中心设在管理房。MCU与监测中心采用GPRS 方式通讯。为确保系统防雷安全，所有信号电缆全部外套镀锌钢管，钢管接头处都可靠搭焊并与每根测压管搭焊。同时在测控中心设置可靠的接地网。

表2 大坝安全监测自动化系统设备汇总表

3.3 水雨情自动测报系统

水雨情自动测报系统由水位计、雨量计、水雨情自动测报软件组成。拟在输水洞启闭室地面平台上安装雷达式水位计监测库水位，在启闭室顶安装翻斗式雨量计监测降雨量。水位计和雨量计均采用太阳能供电，采用有线传输方式通讯。水雨情自动测报软件需定制开发，应具有以下主要功能。（1）数据实时采集及处理。能够准确及时地实时采集和传输水雨情信息，具有定时自报功能，中心站能实时接收有关数据，并对数据进行合理性检查和纠错处理并自动对接收到的数据进行分类、存入数据库。（2）系统监测及报警。具有水雨情要素越限监测及报警，设备故障监测、报警及诊断，设备电源电压异常监测及报警功能。（3）数据管理。可通过人机对话的方式方便地对数据进行查询、检索及编辑，可灵活显示、绘制和打印水雨情图表，可方便地对数据库进行维护管理。

表3 水雨情自动测报系统设备汇总表

翻斗式雨量计参数如下：

①承雨口口径Φ200+0.6 mm；

②分辨率0.5 mm；

③误码率小于10～4；

④雨强测量范围0～4 mm/min（允许通过最大雨强8 mm/min）；

⑤测量精度：总体上不超过±4%；

⑥工作环境：工作温度-10℃～＋50℃，工作湿度≤95%（40℃）；

⑦在满足仪器正常维护条件下，MTBF≥40000 小时；

⑧刃口角度40°～45°。

3.4 视频监控系统

3.4.1 监控点选取

监控点的布设重点是涉及水库工程安全的重点区域。布设区域包括：管理处大门、坝顶、溢洪道、输水涵洞等需要被监控的地方。监控点摄像机选型原则：溢洪道、输水涵洞采用普通固定监视场景，选择枪式摄像机；管理房、坝顶采用大范围监控并需要快速响应的场景，宜选择球型摄像机。监测点离管理所较远，可以埋设或架设光缆传输。利用光缆传输连续摄像的监控点共计4 个，具体见表4。

表4 监测点布置

3.4.2 系统结构

系统由1 个中心站、4 个监控点组成。设备主要包括监控主机、网络录像机、高清摄像机、高清解码器、大屏显示器。前端摄像机采集视频数据保存至NVR，监控主机可以对前端摄像机进行控制，录像回放的操作，高清解码器把视频信号解码至大屏幕显示器。

4 结论

以白石里水库为例，从智能巡检系统、水情预报系统、安全监测系统、监控系统4 个方面分析了白石里水库除险加固过程中信息化平台的搭建过程和方法。大坝安全管理信息平台建设完成后，大大提高了水库的安全管理水平，提高了工作效率，可采集更加丰富的数据，并具备了数据处理、分析能力，为小型水库工程安管信息平台建设积累了经验。