南城子水库大坝安全管理保障信息系统建设探析

李长龙

(铁岭市南城子水库管理局，辽宁 铁岭　112000)



南城子水库大坝安全管理保障信息系统建设探析

李长龙

(铁岭市南城子水库管理局，辽宁 铁岭112000)

【摘要】本文结合南城子水库除险加固应急工程建设需求，考虑到汛期洪水可能对水库防洪安全和大坝稳定造成的恶劣影响，将水文遥测、大坝监测、防汛会商等技术应用于水库安全管理保障信息体系中，集成预报、预警、分析、管理、会商等安全管理保障体系，实现水库安全的硬件监测支撑和软件应用平台服务的管理目标。

【关键词】水情测报；大坝监测；信息系统；防汛安全

1　工程概况

南城子水库位于辽宁省铁岭开原市威远堡镇南城子村，控制流域面积625km2，设计最大库容2.42亿m3，属于大(2)型水库。水库以防洪为主，兼顾农业灌溉、发电、养鱼，并担负着周边地区工业用水和城市供水任务。水库大坝总长1134m(其中主坝长550m，副坝长584m)，主坝坝高31m，副坝坝高15m，坝型为黏土心墙坝。

2　建设内容

南城子水库大坝安全管理保障信息系统建设充分考虑“实用、可靠、先进、经济”等要求，力求结构简单、系统稳定、维护方便、易于升级，建立集信息采集、信息传输、信息管理于一体的综合水库安全保障信息化系统，主要建设内容包括水情自动测报系统、大坝安全监测系统和防汛调度中心三个部分。

2.1水情自动测报系统

南城子水库及上游水位、雨量数据采用人工报讯方式，每年6—10月，由上游水库、雨量站专人进行电话定时报讯，当降雨量较大时，分时段进行报讯，基本满足了日常测报要求，但仍存在实时性和准确性差的问题，鉴于水库应急除险加固和工程管理的要求，此次采用水情自动测报系统，提高测量的精度和工作效率。系统建设包括3个雨量站(转山湖站、东屯站、南城子站)、2个水位站(转山湖站、南城子站)、1处气象站、1个中继站(鸡冠山站)和1个监控中心(库区办公楼)，水情自动测报系统测站分布如图1所示。

图1　铁岭市南城子水库水情自动测报系统测站分布情况

2.2大坝安全监测系统

南城子水库大坝为土石坝，始建于1958年8月，2000—2003年水库经历一次除险加固工程，解决了部分重大隐患问题，但受建设资金有限的影响，水库仍存在部分隐患问题，亟须解决，大坝的结构稳定性和渗流稳定性缺少有效的监测手段，对于大坝运行安全趋势无法进行科学的预判。

根据变形和渗流安全性的要求，大坝安全监测系统包括变形监测、渗流监测和渗流量监测三个部分，设置位移监测点、渗流监测点和集水井等。针对大坝坝体的稳定性构架水库变形观测控制网，在主坝设置起测基点1个、工作基点12个、校核基点2个、位移监测点22个，位移监测点见表1。位移监测点设按照《土石坝安全监测技术规范》进行科学布设，主坝监测断面选择为0+100、0+245、0+300和0+450，其中迎水坡4个、背水坡12个，副坝监测断面选择为0+700、0+900，其中迎水坡2个、背水坡4个。渗流监测点主坝监测断面选择为0+045、0+245和0+450，其中迎水坡3个、背水坡7个、地下水监测1个，副坝监测断面选择为0+700，其中迎水坡1个、背水坡1个，共布设监测点13个，渗流监测点分布见表2。渗流监测井选择在大坝0+450断面下游，设置集水井，将坝体渗流引至集水井中，实现坝体渗流量监测。

表1　位移监测点分布情况

表2　渗流监测点分布情况

2.3防汛调度中心建设

利用水库三楼会议室进行改造，建设成集数据采集、安全管理和防汛会商于一体的调度管理中心。

图2　水情自动测报系统功能

3　技术方案

3.1水情自动测报系统

水情自动测报系统利用遥测、通信、计算机和网络等技术，完成流域及测区站点的降雨量、蒸发量、水位量等水文要素的采集、传输和处理。系统遥测站包括雨量站、水位站、气象站，水情自动测报系统功能如图2所示。雨量站选择翻斗式雨量计，分辨力为0.5mm；水位站采用浮子式水位计，分辨力为1cm；气象站选择建设七要素的小型自动气象站。通信方式采用超短波电台为主信道，GPRS为备用信道，以太阳能板浮充的方式进行供电保障。

3.2大坝安全监测系统

3.2.1变形监测

水平位移观测采用视准线法进行，竖向位移观测采用水准测量方式进行，观测精度为正倒镜两次读数差不大于2mm，水准测量满足三等水准测量要求。

3.2.2渗流监测

由于南城子水库坝体由主、副坝组成，坝体总长为1134m(其中主坝长550m、副坝长584m)，渗流监测点分布零散，采用无线网络技术进行数据传输，可降低布线成本，便于日后维护。渗流监测系统主要由渗压计、无线网络终端机、无线网络路由器、无线网络协调器、监控计算机等组成，如图3所示。

图3　渗流监测系统无线组网示意图

3.2.3渗流监测井

在坝下断面处建设集水井，采用量水堰法进行测量，采用超声波水位计对集水槽水位进行实时在线测量，通过水位流量关系曲线计算渗流量。

3.3调度中心建设

调度中心由投影显示单元、音响扩声设备、会议讨论系统、视频监控系统四部分组成。在整合各专业系统和信息中心资源的基础上，将音频、视频与网络结合在一起，形成多媒体化的综合信息会商氛围，显示系统采用DLP大屏拼接单元。

4　应用软件开发

南城子水库大坝安全管理保障信息系统将实现监测采集数据的综合管理和分析，历史资料整编的人机接口。按照实际工作需求，系统划分为四个子系统：数据采集子系统、监测数据管理信息子系统、安全监测分析评价子系统和成果Web发布子系统。大坝安全保障信息化系统数据流如图4所示，采用SQL SERVER数据库，系统平台为Windows操作系统。

图4　大坝安全保障信息化系统数据流

4.1数据采集子系统

数据采集子系统可实现对坝体监测数据的采集支持与大坝监测数据的采集功能。通过系统可对采集参数进行设置、对采集数据进行存储并可实现监测数据的检验与预处理，采集数据包括水位、雨量、渗透压力、位移量、气象、渗流量等。

4.2监测数据信息管理子系统

监测数据信息管理子系统可实现大坝监测数据的存储、查询、维护与管理。系统为用户提供友好的交互平台，用户可实现监测数据的多准则查询、历史数据的录入、工程信息与设备考证信息的管理维护、监测数据库的优化转储。

4.3大坝安全分析评价子系统

大坝安全分析评价子系统可对监测数据进行在线分析与综合评价，可采用模型数据对坝体安全进行实时、在线评价，实现了实时监控、动态评价、突发预警、趋势预测等功能。

4.4成果Web发布子系统

系统完全实现了监测数据采集的自动化、分析与评价模型的智能化、监测信息与分析成果的信息化。以WEB3DGIS为交互平台，发布大坝监测分析评价成果和水文预报调度及防汛成果，为水库防汛会商决策提供全面技术支持。

5　应用情况分析及建议

南城子水库大坝安全保障信息系统建成两年来，运行安全稳定，具有监测要素全面、数据连续性好、系统实时性强、安全保障率高等特点，为水库防洪安全和大坝安全提供了综合性的管理手段，是水库防汛决策、安全管理和技术提升的有力支撑，系统的通用性、可拓展性和可维护性值得其他同类水利工程借鉴。为了保障系统长期、可靠、高效运行，建议在项目开展的全过程开展以下工作：

a.水库管理人员应追踪项目各个阶段，与项目实施单位同步对设备进行安装、调试及管理，为后续系统安全稳定运行提供保障。

b.制定系统的日常维护与管理规程，提高监测设备的使用寿命。

c.结合安全监测数据的整编和分析，开展相关科研工作，研究水库安全运行机理。

参考文献

[1]SL 551—2012 土石坝安全监测技术规范[S].北京：中国水利水电出版社，2012.

[2]刘六宴,张国栋.关于加强水库大坝安全监测管理工作的思考[J].水利建设与管理，2013(7):51-54.

[3]胡军.土石坝自动化安全监测系统设计[J].水电能源科学,2010(4):127-129.

[4]杨杰,胡德秀,梁德胜.大坝安全监测管理信息系统开发研究[J].中国水能及电气化,2011(8):1-6.

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.07.011

中图分类号：TV513

文献标识码：A

文章编号：1673-8241(2016)07- 0029- 04

Exploration and analysis on the construction of dam safety management guarantee information system in Nanchengzi Reservoir

LI Changlong

(TielingNanchengziReservoirAdministration,Tieling112000,China)

Abstract:In the paper, the construction demands of Nanchengzi Reservoir risk removal and consolidation emergency project are combined. The possible influences of flood during flood season on reservoir flood control safety and dam stability is considered. Hydrological telemetry, dam monitoring, flood control consultation and other techniques are applied in reservoir safety management guarantee information system. It is on all-in-one system which including forecasting, early warning, analysis, management, consultation, etc. The management targets of reservoir safety hardware monitoring support and software application platform service are realized.

Key words:water regime forecasting; dam monitoring; information system; flood control safety