水库大坝安全监控与管理系统初步设计

1 系统建设的目的1.1 工程概况由于工程运行多年，存在诸多安全隐患，一旦出险将造成严重后果。

按照国务院颁布的《水库大坝安全管理条例》规定：坝高15m以上或库容100万m3以上的大坝水库必须进行安全监测，及时分析处理安全监测资料，随时掌握大坝运行状况。

在《广东省水库大坝安全管理实施细则》中也明确规定：对大坝安全监测设施不完善的已建大坝，应在扩建、改建或者加固的设计中补充完善。

由此可见，为提供水库大坝和下游地区的安全保障，尤其是防范灾难性突发事故，建立蚙渠石水库大坝安全监控与管理系统已势在必行。

当前，水安全水资源和水环境已经成为制约我国社会和经济发展的突出因素，建立有利于水安全、水资源和水环境可持续发展的现代水利保障体系也成为社会共识。

蚙渠石水库大坝安全监控与管理系统作为保障体系的一部分，将为工程提供现代化管理手段，对提高工程管理水平，保障工程和地区的安全，最大限度发挥管理效益，促进传统水利向现代水利和可持续发展水利转变具有重要意义。

1.2 设计原则为适应传统水利向现代水利和可持续发展水利转变，系统设计立足高起点并具有适度超前性；优化集成现代测控、计算机、通讯网络、智能信息、水利、统筹优化等专业前沿科技。

按照可靠、实用、高效、功能全面、自动化程度高、面向用户开放、操作简单、易维护、可扩展、性价比高、技术先进、满足水利工程现代管理需求的原则进行设计；整体可靠性、实用性和先进性是蛉渠石水库大坝安全监控与管理系统从设计、设备选型、集成、运行、维护到售后服务与技术支持全过程始终坚持的原则。

（1）系统风格设计针对大坝安全监测资料管理的特点，整体结构和每一个环节的设计，都要充分体现监控、运行、管理一体化、自动化、网络信息化、信息资源与设备资源共享的水利工程现代化管理趋势。

操作界面以Windows界面风格为主，并充分吸收其他管理系统软件的主体风格，参考国内已有的大坝安全监测资料管理软件的基本风格。

（2）数据库体系设计针对蛉渠石水库大坝安全监测设计特点，力求做到思路清晰、层次分别、使用明确、操作简便。

（3）系统功能针对于运行期监测资料管理的特点，以管理好监测资料为基本目的，以具有分析功能为辅助目的，为水库运行期及非常运用期安全决策提供资料依据，为主要建筑物安全评价提供资料支持。

因此系统功能设置主要做到突出重点，兼顾全面。

本系统将包括10大基本功能，即：数据录入、数据检验、数据管理、图形生成、报表生成、模型建立、模型分析、文档管理、系统管理、帮助等。

其中，以数据录入、数据检验、数据管理、图形生成和报表生成等为重点。

（4）系统界面设计以界面友好、操作方便、纠错提示和人机交互为原则，力求简单、明确、直观、方便，易维护、易扩展，便于应用和推广。

管理人员经过短期培训就能掌握系统的操作和使用；故障易查、易排除是系统易维护的重要标志之一；借助上位机故障诊断系统，维护人员可以很快地确定系统发生故障位置和故障类型，在短时间内排除故障；。

（5）在兼顾防洪安全与水资源可持续利用基础上，实现水资源优化调度以及泄洪闸优化调控，充分发挥工程效益。

吸纳水利工程管理、计算机、自动控制、通信等各专业的前沿科学技术，高起点进行系统设计，保证系统输出的可靠性，有效性，。

（6）系统具有优越的性价比。

在保证系统功能完善、可靠性和先进性基础上，降低系统成本，减少建设、运行与维护经费。

1.3 建设目标结合工程实际和现代水利需求，建立蛉渠石水库大坝安全监控与理系统目标是：有效保障大坝和被保护地区安全；掌握水库大坝安全运行规律，提高管理水平；在保证水库大坝安全基础上，兼顾防灾、兴利和水资源可持序利用，实行水资源优化调度，发挥工程最大效益。

具体目标及主要内容：1）立足防患于未然，建立水库大坝实时安全监控系统。

国内外水库大坝事故、特别是土坝突发事故表明，如何保证大坝的安全是十分重要的实际问题。

通过大坝安全监测，可以及时获取第一手的资料来了解大坝的工作形态，合理评价大坝状况，发现大坝异常迹象并预警，制订适当的水库的控制运用及大坝的维护维修措施。

为此建立具有实时安全监控功能的监测系统，涵盖大坝安全与水雨情同步监测，实时预报，自动反馈分析，在线安全度评判，预警，全过程提供防洪与大坝安全实时决策支持，对蛉渠石水库的安全运行管理而言十分必要。

系统建立后，将改变以往大坝安全监测系统只注重监测，管理薄弱，迟后分析，不能现场做出安全度评判的状况；对水情以及水库大坝安全与运行状况及时、有效地进行监控；具备有效的安全监控预警与在线决策支持体系，能及时发现事故先兆，并实时给出安全度评判和决策支持，为采取安全防范措施提供依据。

当系统预报超洪水警戒水位时，系统根据水、雨情和实时水情预报，自动调洪演算，准确实施防洪与泄洪闸调控；兼顾防灾、兴利和水资源可持续利用的的水资优化调度管理。

2）建立基于现代信息技术的信息管理系统信息管理系统不仅提供资料管理、处理分析、统计报表、查询、发布等常规功能，还要求在信息智能应用层次上，及时分析和发现监测系统以及安全与管理上的问题，并给出决策支持；系统长期无故障连续可靠运行。

局部故障不影响系统整体运行并能迅速维修恢复。

3）优化集成水安全、水资源管理功能水安全、水资源是现代水利必需兼顾的内容，它们在防灾与兴利管理调度上，彼此关联，相互约制。

须要统筹监控管理。

为此，充分利用系统的信息与设备共享性，高度优化集成水安全、水资源监控管理功能，系统将具备兼顾安全、防灾、兴利和水资源可持续利用的水安全、水资源联合优化调度功能，以充分发挥蛉渠石水库防灾、安全、兴利与水资源可持续用综合效益。

4）提高工程管理水平系统建立以后，对水情和工程运行状况进行有效监控。

通过监测和预报，可及时发现事故先兆，判定险情部位，为采取防范措施提供依据。

通过监测资料的积累和分析，掌握水库大坝运行规律，验证设计和工程质量，进一步提高工程的设计、施工和运行管理水平。

1.4 建设依据➢有关国家法规的要求国务院颁布的《水库大坝安全管理条例》规定：坝高15m以上或库容100万m3以上的大坝水库必须进行安全监测，及时分析处理安全监测资料，随时掌握大坝运行状况。

国家颁布实施的《水库大坝安全评价导则》、《土石坝安全监测技术规范》、《土坝观测资料整编办法》、《堤防工程设计规范》等规范，对大坝安全监测、观测资料处理分析和安全评价都有明确规定。

➢构造水安全、水资源和水环境保障体系的迫切需要建立水安全、水资源和水环境保障体系，促进水利可持续发展，是现代水利的重要任务，建立兼顾防灾与水资源管理的蛉渠石水库大坝安全监测与管理系统，将成为该体系的重要组成部份。

➢建设水利工程达标管理单位的重要考核条件：水利部为实现水利现代化而制定的《水利中长期科技发展规划》中提出：要重点开展水利工程自动化管理系统的研究。

本项目要建立的基于现代水利、测控技术与信息技术的安全监测与管理系统，是实现水利信息化和水利现代化的必由途径，是水利工程管理单位达标的重要考核条件。

➢系统建设依据以下法规：《水库大坝安全管理条例》——国务院1991年颁发《土石坝安全监测技术规范》SL 60-94 《混凝土大坝安全监测技术规范》DL/T5178 《水利水电工程施工测量规范》SL 52《土石坝安全监测资料整编规程》SL169-96 《大坝安全监测自动化技术规范》DL/T5211 《电子设备雷击保护导则》GB7450-87 《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB 50062 《电力装置的电测量仪表装置设计规范》GBJ63《安全防范工程程序与要求》GA/T75《数据通信基本型控制规程》GB3453《数据终端(DTE)和数据电路终端设备(DCE)之间的接口定义》GE3454 《网络技术标准》IEEE802.3 《操作系统标准》GB23128 《电力系统实时数据通信应用协议》DL476《国家一、二等水准角测量规范》GB12897 《国家三、四等水准角测量规范》GB12897 《工程测量规范》GB50026 《水位观测标准》GB1382 系统组成系统由以下各部分组成：1监控中心、2计算机网络、3水雨情遥测系统、4大坝安全监测系统、5闸门控制系统、6图像监控系统、7防雷系统。

整体结构由测控网络、计算机局域网和远程互联网连接现场测控层、水库管理层和上级管理层。

2.1 测控网络现场测控网络为分层分布式。

设置2台RTU（远程终端单元）。

其中1台RTU连接渗压液位计、水位计、雨量计和温度计等；另1台RTU用于引水涵闸门控制。

为了使测控系统具备开放性，易维护和可拓展，所有传感器的输出信号为标准信号或变换为标准信号。

中控室、RTU和测控网络节点之间通信采用TCP/IP以太网网络总线。

以太网网络总线适用于大坝与闸站分散分布、恶劣的环境条件。

采用全双工通信协议和侦测数据并自动切换传输方向的I/O电路。

采用接口自屏蔽技术，自动屏蔽、切换测控网络中的故障节点，以保证网络系统安全运行。

2.2 水库管理所计算机局域网以水库管理处中控室为中心建立计算机局域网。

局域网中连接数据库服务器（兼用于信息管理系统）、在线安全监控计算机、视频监控计算机以及其它工作站。

采用快速以太网技术和TCP/IP网络协议，实现底层测控网络与局域网之间以及网络中各计算机之间的信息交互。

服务器上配置windows 2003 server网络操作系统、SQL数据库管理系统和远程查询系统。

通过网络和数据库管理系统，实现数据资源共享。

服务器上还配置信息管理系统。

各工作站运行于Windows XP平台。

在线安全监控计算机配置监控软件系统。

视频监控计算机运行视频管理软件系统。

大屏幕显示器动态显示实时水、雨、工情和监控画面。

监控中心主要设备包括：网络服务器兼离线管理计算机、在线监控计算机、视频监控计算机、水雨情显示屏、集线器、大屏监视器、打印机、数传电台、调制解调器、无线通信终端、控制柜和控制台等。

2.3 远程互联网通过网络实现信息交互是水利工程现代化管理和水利信息化的必然趋势，也是蛉渠石水库大坝安全监控与管理系统的一个环节。

在水库管理处局域网服务器上建立远程查询系统和动态网页（采用ASP技术），实现远程/异地信息交互与信息应用。

上级管理部门以及远在外地的领导与管理人员，通过互联网和浏览器远程访问水库管理处服务器。

服务器端按照客户浏览器端的要求，将本地水雨工情、大坝实时安全度评判和有关分析处理结果返回给远端，为领导和管理人员提供管理调度远程决策支持。

3 监控中心和监控与管理软件3.1 监控中心监控中心的设备包括：网络服务器兼用于离线管理计算机、监控计算机（值班机）、水雨情显示大屏幕、闭路电视硬盘录像机、打印机、交换机、调制解调器、控制柜和控制台等。

监控中心是整个系统的核心。

以Windows 2003 Server为网络操作系统构成星形局域网，实现信息资源、软硬件资源共享。