1、中小型水库安全监测和水情信息化的融合设计摘要：将综合信息系统划分为大坝安全监测系统和水雨情自动测报系统。大坝安全检测系统和水雨情自动测报系统共享中心站计算机网络平台，防雷布线等采用一体化设计施工。并通过中心站计算机网络将监测的工情信息上传到水利信息网。 关键词： 安全监测 水情 信息化 融合 中图分类号：X924.2 文献标识码：A 随着中小型水库除险加固的大面积铺开，水库大坝安全监测信息化程度提高，越来越多的中小型水库在除险加固中，都提出了进行安全监测以至于水情工情系统信息的要求。 但是由于安全监测的仪器种类繁多，信息点较少，布置地点较为险峻或者难于接电，水情系统又往往存在信息点人员罕至，交
2、通不便难于经常维护的问题。于是要求在中小型水库的信息化建设过程中，兼顾水情与安全监测，在较少信息点个数,较多信息接口种类的情况下，最大程度的减少投资费用，同时又保证功能完备可靠。本文中作者尝试以湖北省枣阳市华阳河水库信息化项目为例,从技术思路，实施方案两个层次介绍了项目的经验。 背景 华阳河水库除险加固工程位于枣阳市兴隆镇王家陡坡村，距市区约30 公里。水库承雨面积 139km2，总库容 1.07 亿 m3，设计灌溉面积 7.5万亩。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水管等组成，是一座以防洪灌溉为主，兼有养殖、发电等综合效益的大型水库。 大坝安全检测系统建成后能随时掌握大坝的安全情况，实时采集、传
3、输、接受各测点的监测信息，能处理按指定格式储存的数据文件；具有数据采集、计算、分析等功能；建立数据库管理数据，并根据数据绘制过程线图、断面浸润线图、数据年报表、月报表等，提高了水库运行管理水平。 为能及时掌握水库流域内的水雨情信息，提供准确、可靠的水情预报，为水库防洪和水资源综合利用的合理调度提供可靠保障服务，系统建设目标是： 能实时采集、传输、接收遥测站的雨水情信息，现场存储；具有数据监测、纠错等处理功能，建立实时、历史雨水情数据库，为水库报汛、调度提供雨水情信息；能进行入库洪水和水库洪峰水位综合预报；系统能够实现可靠的无人值守，运行稳定，具有较强的防雷、抗干扰能力；能与本地区水情计算机局域
4、网共享雨水情信息。 1、需求分析 1.1 业务流程 目前，随着现代化治水思想的确立，良好的宏观环境，明确的工作项目和技术条件的成熟，使水利事业处于前所未有的发展好时机。在数字水利工程实践活动中，众多专业技术开发商积极探索并发展形成各具特色的技术解决方案，其努力已得到社会各界的广泛认同。 1.2 功能需求 水库信息化建设由水雨情自动测报系统和大坝安全监测系统两部分组成。而大坝安全监测系统包括变形监测，渗流、渗压自动监测系统两部分。水雨情自动监测系统包括水位和雨量自动监测。系统功能需求如下： （1）系统应具备巡测和选测功能。应能根据需求采用中央控制方式和自动控制方式进行数据采集； （2）系统应有显
5、示功能。应能显示建筑物及监测系统的总体布置，各监测子系统组成、过程曲线、报警状态显示窗口等； （3）系统应有操作系统功能。应能在监测管理站的计算机或监测管理中心站的计算机上实现监视操作、输入/输出、显示打印、报告实时侧直状态、调用历史数据、评估系统配置、进行系统测试和系统维护等； （4）系统设备应具备掉电保护功能。在外部电源突然中断时保证数据和参数不丢失； （5）系统应具备数据通信功能。包括数据采集装置与计算机之间的双向数据通信，以及监测管理站和监测管理中心站内部及其系统外部的网络计算机之间的双向通信； （6）具有网络安全防护功能。确保网络的安全运行具有多级用户管理功能，设置有多级用户权限，多
6、级安全密码，对系统进行有效的安全管理； （7）系统具有自检功能。以便能为及时维修提供方便； （8）系统应配备工程安全监测管理系统软件。该软件有在线监测、离线分析、数据库管理、安全管理等功能，应包含数据的人工自动采集、测值的离线形态分析、图形报表制作等日常工程安全管理的基本内容； 1.3 性能需求 根据水库实际情况，选择合适量程的传感器。采集装置能满足规范要求，因水库多处于雷区，防雷系统应满足现有规范要求，接地电阻一般应不大于 4 欧姆。系统应能长期稳定可靠运行；数据采集要求准确可靠，关键部位应有人工监测的接口，以保证即使自动化系统发生故障，也不会丢失监测数据；应用软件应运行稳定，确保不发生致命
7、错误；系统必须具有较强的自诊断能力及防雷和抗电磁干扰能力。 系统运行方式：支持 24 小时不间断运行，并可根据需要调整。 系统平均无故障运行时间大于 6300 小时。 系统抗瞬态浪涌能力应达到：系统抗雷电应 500W1500W；瞬态电位差小于 1000V。 选测（单点）系统采样时间：无控制、常态测量小于 1min；有控制、常态测量小于 10min；无控制、快速测量小于 0.5min 1.4 安全需求 大坝安全监测系统的设备大部分都是在室外，而且都是贵重的电子设备，要做好设备的保护工作，在野外的设备应针对人为破坏采取相应措施。所以设备要做好防雷工作，并安排专人进行管理和维护。 为系统设置接地网，
8、要求接地电阻不大于 4 欧姆，同时在安装测控装置的部位设置连接接地网的接地点。 大坝监测系统采用集中供电，在系统的供电入口采用组合电源防雷器、隔离变压器、USP 等隔离稳压防雷装置，以减少从电源线上引入的雷电感应；在电源引入测控装置处设置电源防雷器，在传感器接入测控装置时采用继电器电路，在不测量时切断干扰入口，以减少雷电感应对信号的干扰。 2、 系统总体设计 2.1 设计思路 水库安全监测系统设计总体思路是根据水库大坝安全管理条例 、土石坝安全检测技术规范的要求，从大坝安全实际需要出发，取得必要的监测项目，从经济、实用、先进的角度，建成以信息采集为基础、信息网络平台为支撑、以工程的安全运行为主
9、体的大坝安全监测自动化系统；建设水雨情自动测报系统，实现水雨情信息自动采集，为信息管理与决策支持创造条件，为大坝安全和防洪调度决策提供数据支持。 2.2 系统组成 系统结构采用分层分布式结构。根据监测对象和操作权限，系统由监控中心站、大坝安全自动监测站和水雨情监测站组成。 根据系统结构，中心站采用星型以太网结构，服务器和工作站通过中心交换机连接，形成计算机网络共享平台。中心站与大坝安全监测站和水位、雨情监测站采用有线通讯方式。大坝安全监测站布置在大坝脚下，水库雷电频繁，为提搞系统防雷能力，大坝安全检测站（MCU）与中心站之间采用具有较强的抗干扰能力光纤通讯方式；水雨情监测站与中心站之间采用信号
10、电缆通讯方式；中心站通过租用公网采用 VPN 方式与水利信息网连接，实现远程通信。 2.3 系统划分 根据系统结构，系统划分为大坝安全监测系统和水雨情自动测报系统。大坝安全检测系统和水雨情自动测报系统共享中心站计算机网络平台，并通过中心站计算机网络将监测的工情信息上传到水利信息网。 讨论与总结 通过统一的网络架构，根据不同应用的及时性要求特点，采用总体统一架构，水情与安全监测划分不同 Vlan 的形式，设计了信息骨干设备融合，软件层次异构，虚拟网络功能叠加的网络结构，在信息量不大，外界影响因素较少的环境下，实现了多应用共用骨干设备，节省了投资，加快了施工建设速度。取得了良好效果。融合设计不失为
11、一种较小规模水库管理系统的灵活方式，可以应用于信息点多，信息量小，及时性要求相对较弱的水库信息系统。 参考文献： CAMPOLO Marina ,ANDREUSSI Paolo , SOLDATI Alfredo. Water quality control in the river Arno J . Water Research , 2002 , (36) :2673 2680. DANIEL L T,HANK N M. Spatial and temporal hydrodynamic and water quality modeling analysis of a large reser
12、voir on the South Carolina (USA) coastal plainJ . Ecological Modeling , 1999 ,114 :137 173. 张小平. GSM 污染源自动连续监控系统的设计及实现J . 计算机应用研究 ,2003 ,20(2) :158 160. 禹雪中. 水环境功能区管理信息系统研究与开发J . 环境科学研究 ,2000 , (6) :49 51 ,59. SOPHIE Fabre ,XAVIER Briottet ,ALAIN Appriou. Impact of contextual information integration
13、 on pixel fusionJ . IEEE Trans Geosci Remote Sensing ,2001 ,40(9) :1997 2010. POHL C , VAN GENDEREN J L. Multisensor image fusion in remote sensing : concepts ,methods and applications J . Int J Remote Sensing ,1998 ,19(5) :823 854. GAO J . Integration of GPS with remote sensing and GIS: reality and prospect J . Photogrammetric Engineering &Remote Sensing ,2002 ,68 (5) :447 453. 徐立中. 水文自动测报系统的体系结构J . 河海大学学报(自然科学版) ,1998 , (4) :21 作者简介：刘志峻 男 硕士研究生 1976 年生 毕业于华中科技大学 武汉长澳大地工程有限公司，主持了中央级公益性科研院所基本科研业务费项目编号：YWF0742/ZY08；厄瓜多尔 CCS 水电站水情测报系统，富水水库水情信息化，富水视频管理信息系统等项目。
