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水库综合管理平台解决方案

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一、项目概述

随着我国经济发展对水资源需求的增大,其作用也将愈发明显。水库大坝作为重要的水利基础设施,在水资源配置、防洪减灾中发挥至关重要的作用。中国已建成近8.5万座水库,数量居世界首位。但是,由于历史原因,这些水库大部分防洪标准偏低,且大都存在不同程度的质量问题。一些水库大坝的病险情况较为严重,影响了水库综合效益的发挥,也严重威胁着人民生命财产安全。水库大坝在发挥重要作用的同时,因其自身安全性所导致的溃坝洪水风险问题,也会给相关地区带来潜在的安全隐患;尽管事故发生的概率非常低,但其失事后果严重,灾难性破坏,可能造成巨大的生命、财产和环境损失。为了确保水库大坝的安全运行,充分发挥水利工程的预期效益,对水库大坝实施安全监测和科学管理,已成为中国各级水行政主管部门所面临的一个迫切需要解决的重大问题。

二、项目需求

1.建设内容和目标

大坝安全监控系统是一个庞大的系统工程,并且具有涉及信息量大、覆盖的知识面广等特点。众所周知,大坝安全监测仪器是人们了解大坝运行状态的耳目,它要能够在恶劣环境下长期稳定可靠的检测出大坝微小的物理量变化,所以在某些方面(如在测量精度、长期稳定性方面)与其它工业监测行业相比,其要求更高、难度更大。从外部观测的静力水准、正倒锤、激光准直到内部观测的渗压计、沉降计、测斜仪、土体应变计、土压计,其自动化遥测都是建立在高可靠性的传感器的基础上。近年来,随着大型水坝建筑的增多和高科技的应用,大坝安全监测正向一体化、自动化、数字化、智能化的方向发展。将现代化工业自动化控制、现代通信技术、计算机网络技术、数据库技术、地理信息技术和信息分析预测技术与大坝安全监测业务需求紧密结合,建成一个先进实用、高效可靠、自动化程度高的大坝安全监测系统,更好地为各级大坝管理部门的决策和指挥抢险救灾提供科学依据。

2.建设依据

有关规程规范和技术标准。

  1. 国务院第77号令《水库大坝安全管理条例》1991

  2. 水利部《土石坝安全监测技术规范》(SL10-94)

  3. 国家经委《混凝土坝安全监测技术规范》(DL/T5178-2003)

  4. 《大坝安全自动化监测系统设备基本技术条件》(SL268-2001)

  5. 《水文情报预报规范》(SL250-2000)

  6. 《水文自动测报系统规范》(SL61-94)

三、总体设计

3.1系统架构

a.采集层

采集层是信息来源的基础,通过不同的监测方法和技术来完成,主要监测项目为:

1)变形监测

变形监测包括水平位移(横向和纵向)、垂直位移(竖向位移)坝体及坝基倾斜、表面接缝和裂缝监测。对于土石坝除设有上述变形(称之为表面变形)监测项目外,还设有内部变形监测。内部变形包括分层竖向位移、分层水平位移、界面位移及深层应变观测。对于混凝土面板坝还有混凝土面板变形监测,具体包括表面位移、挠度、应变及接缝开度监测。另外岸坡及基岩表面和深层位移监测也属变形监测。

2)渗流/压/量监测

混凝土坝渗流监测包括坝基和坝体扬压力、坝基和坝体渗漏量、绕坝渗流和地下水位监测。土石坝渗流监测包括坝体渗流压力、坝基渗流压力、绕坝渗流、渗流量监测。

3)应力、应变及温度监测或压力(应力)监测

混凝土坝的应力、应变及温度监测包括混土的应力和应变、无应力、钢筋应力、钢板应力、坝体和坝基温度、接缝和裂缝开度监测。土石坝的压力(应力)监测包括孔隙水压力、土压力、接触土压力、混凝土面板应力监测。

4)环境量监测

环境量监测或水文、气象监测大坝所在位置的环境对大坝和坝基工作性态有重大影响,需予以监测。监测项目有大坝上下游水位、水温、气温、库区雨量等。

b.通信层

通信层是监测数据传输交流的基础,是数据传输的介质。系统现场采集的数据可以通过有线数据通信(现场总线)或无线数据通信的方式传输到监测中心,其中有线数据通信最远距离可以达到十几公里,无线数据通信距离可以达到数十公里。在采用有线数据通信子网和无线数据通信混合结构时,系统数据传输具有路由自动判断机制,可以提高数据传输可靠性。

c.网络层

网络层主要指是监测中心或者分中心的计算机网络,主要是为应用软件系统运行的基础环境,是日常行政办公、内部信息交流、信息共享的网络基础。

d.数据层

数据层是整个业务综合数据的平台,是业务应用软件系统运行的基础,由多个相对独立又互有关系的数据库组成,该数据层主要是监测数据库部分。主要包括基本数据库、监测数据库、实时数据库、历史数据库、空间地理数据库等。

e.应用层

应用层是以大坝安全监测管理软件为核心,主要进行监测数据的接收、检测、计算处理、存储、分析、安全评价预警、统计、整编、查询等过程。大坝安全监测管理软件包括信息采集处理系统、资料整编系统、统计分析预警系统、WEB查询系统、数据库管理系统。

四、水库大坝安全监测综合管理平台

1.系统组成

大坝安全监测平台由信息采集系统、通信系统、网络系统、综合数据库系统、监测平台应用软件系统和移动APP ,包括自动采集或人工观测埋入坝体或安装的传感器 (大坝的变形、渗流、应力应变、温度、降雨、水位、气温和地震等)、测控单元(MCU) 、监测平台及监测中心组成, 系统结构采用分布式体系结构,数据采集工作分散到靠近较多传感器的测控单元来完成,然后将所测数据传送到主机。系统每个观测现场的测控单元都是多功能智能型仪器,能对各种类型的传感器进行控制测量。

2.监测平台及业务应用系统

业务应用系统主要为大坝安全管理软件系统;可以在监测中心、分中心进行数据接收、处理、存贮、分析、预警等功能。对接收的数据进行容错校验、数据可靠性和准确度检查及数学模型检查,数据存储、删除、插入、记录、显示、换算、打印、查询及仪器位置、参数工作状态的显示,建立、标定安全监控数学模型、并进行影响因素分解及综合性的分析、预报报警及安全性评价,以满足对大坝安全监测的需要。综合数据库系统:可以对水文信息建立统一数据平台,统一数据格式,规范数据标准,可以有效地进行数据共享,数据分析,为业务应用系统提供可靠基础。也可以对其它相关系统的数据接入提供接口。

3.大坝安全监测移动端

大坝安全监测移动端应用(以下简称大坝监测APP)是为相关工作人员提供监测管理、设备管理、视频监控、巡查管理、个人信息管理等功能和服务。

五、应用场景

水库大坝(土石坝)、水库大坝(混凝土坝)