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      大型水庫工程運行管理信息化建設分析

      2022/03/15 閱讀:

      摘要:本文首先對信息化運行管理的大型水庫主要實現功能進行分析,而后對水庫各個階段硬件運行管理的基本工作原理進行解讀,從這兩方面對大型水庫工程的建設思路與建設框架進行構思。希望此文可以給水利工程建設單位一點理論啟示,加快推進我國水利工程現代化建設,使大型水庫工程在投入使用時能夠更好地發揮防洪防汛、灌溉與供水功能。

      關鍵詞:大型水庫工程;信息化技術;建設構思

      大型水庫是水利工程中的主體部分,它是通過修建蓄水建筑物來實現抗洪防汛功能,在此基礎上,大型水庫還可以被利用在水力發電、供水、灌溉、農業養殖等用途。在科技水平與工程技術不斷提高的新時代背景下,水利工程行業對大型水庫建設提出了新的要求:即以問題需求為導向,在信息化技術的輔助下,做好防洪供水工程和生態修復工程。

      1大型水庫信息化建設的主要實現功能

      1.1汛期雨情自動預警功能

      水庫是以人工修建的蓄水池形式,結合可以控制開合的閘門來實現對下游徑流流速流量的控制目的的工程。在汛期降雨時,大型水庫蓄水防止過量的降雨導致的洪災給下游農業種植與生活帶來不利影響;在汛期結束時,通過開閘泄洪的方式,改善下游河流的水情。但以往的大型水庫管理運行模式,過度依賴水庫管理人員的日常巡查,與氣象部門的偵查預警,經過向防汛辦公室以及上級部門層層上報審批,最終才能形成確認開閘的意見,管理與運行流程中人力成本過高且效率不高。因此大型水庫現代化建設首先要實現的功能,便是汛期雨情的自動預警功能,通過應用信息化技術實現水庫自動全天候預報即將來臨的汛期雨情,在汛情來臨前能夠有充足的時間準備抗洪防汛工作。

      1.2可靠的通信聯動與自檢功能

      除了自動預警功能的實現以外,信息化建設的大型水庫框架還要具備一定的通信與聯動功能的穩定性。一旦預警到有汛期來臨,可以做到快速反映,將預計降水量與持續時間等重要信息及時傳輸給水庫工程的控制中心,這要依靠技術相對成熟的通信系統來實現。另一方面,在大型水庫的信息化運行管理建設中,由于水庫的閘門與其它水泵的機械設施都是通過智能系統進行調節控制的,其中涉及多種傳感器以及電子元件設備,它們的運行穩定性要得到有效保證,通過技術優化將理論的故障率降到最低,此外整個信息化運行管理系統中,還要有自檢程序,可以針對水庫的重點部位進行動態監測,防止系統故障或者水庫結構損壞的現象發生,確保發現問題可以第一時間修復。

      1.3遵循經濟適用原則

      此外大型水庫信息化建設要遵循經濟適用原則,建設需要的所有電子元件以及儀器設備應當盡量以天然能源作為供應能源,不能因電力能源問題等再次加重大型水庫的經濟負擔與環境負擔,可以在自有的水力發電或者太陽能發電上拓寬思路進行設計。另外,還要求信息化工程建設中所選用的材料以及電子元件在造價成本上具有一定經濟優勢,且便于維修與拆換。

      2大型水庫運行管理信息化建設基本框架與原理

      2.1供電系統

      大型水庫信息化建設首先要解決的是供電問題,由于大型水建設的地點大多數并不具備市電供應的條件,因此整個信息化水庫運行管理系統采用太陽能供電板與自有水力發電相結合的方式作為供電方式。我國大部分的大型水庫選址具備充足的太陽光照條件,內陸地區平均日照量均在6kWh/m2d以上,因此可以選用2組80W以上的太陽能光伏發電板,依靠太陽能發電作為信息化水庫運行管理系統的主要供電手段。為了應對偶發的連續陰雨等極端情況,要求水庫運行管理系統還應當以大型水庫自有的水力發電系統作為備用供電方式,太陽能供電板連接的蓄電裝置容量要在100AH以上,要保證光照條件不佳的情況下,系統至少可以運行30天以上。

      2.2組網結構

      大型水庫的通信系統采用4G/5G通信作為主要的通信信道,為了防止突發強雷雨天氣干擾因素,還要有衛星通信信道作為備用信道以保證水文水情的信息傳遞通暢,一旦遭遇惡劣天氣,通信信道可以自動從4G切換至衛星信道。在應用信息化水庫運行管理系統時,一旦發生蓄水池的水位與降雨量超過設定的預警閾值時,采用兩種協議方式,在LoRa網絡上分別將情況上報給市縣級與省級兩級水利分管中心。在框架結構上,分為五個部分:由大型水庫管理部門的信息化水庫運行管理系統構成核心控制單元,通過4G/5G信道與衛星信道兩種網絡信道模式分管水庫安全監測站、汛期自動預警系統、閘門遠程控制系統與水質動態監測系統。除了在控制室操作運行管理系統對水庫分管項目進行控制外,還能通過Wifi與4G/5G連接移動端進行遠程控制。

      2.3三種控制模式動態切換的閘門控制系統

      閘門是水庫實現泄洪與調節下游水位與水量的關鍵部位,為了確保它運行狀態正常,在信息化大型水庫的建設中配備了動態切換模式的閘門控制系統。第一種控制方式是智能邏輯控制,通過閘口上方安裝的雷達水位計與傳感裝置,加上一個運行開關組成的回路,在智能邏輯控制模式中,一旦水位超過了雷達水位計的預警范圍,會通過傳感器轉化為電信號,輸入到控制線路中,就會啟動閘門的控制開關進行開閘泄洪,這樣就實現了根據水位動態自動控制閘門的功能。第二種是遠程手動控制模式,通過主控制室的系統操作,遠程控制閘門升降,用于汛期結束后對下游進行水情調節時使用。第三種是本地手動控制模式,通過閘門終端安裝的制動開關來實現閘門的開合控制,保留本地手動控制模式的原因主要有兩個,其一是作為極端情況以上兩種控制模式均出現故障時,作為應急保險控制;第二個是方便日常對閘門進行現場調試與檢修,以上三種控制模式在閘門制動開關處,水庫主控制室和移動端均可進行切換。

      2.4智能監測分析系統

      除了閘門處的雷達水位計外,在水庫的周邊還配備有型號為LD-YLJC-降雨量監測設備,通過傳感器將這兩個智能設備所記錄信息回傳給水庫運行管理系統進行后臺分析,就可以提供給水庫管理部門可靠的降雨量、降雨強度、降雨時間、水庫水位情況等信息作為水雨情分析的基本依據,水庫管理部門可以根據具體的汛情和雨情制定開閘泄洪與抗洪防汛的各項計劃安排。信息化水庫運行管理系統的計算能力十分強大,它可以自動儲存歷史記錄的監測信息,并統計分析出大型水庫滲壓、水位與雨量的變化幅度、歷史最高值、年平均值等水情信息,在后臺會自動生成一份水情趨勢變化曲線,以供水庫管理部門以及分管防汛部門進行分析判斷。而水質動態監測系統,是通過在水庫周邊設置浮標式水質監測儀的方式來采集水質信息的,浮標式水質監測儀能夠動態監測出水庫蓄水池及下游地區的水溫、導電率、PH值、氨氮含量和溶解氧等水質情況,水庫管理部門可以隨時根據水質動態監測系統的報告,制定合理的水庫蓄水用途以及凈化處理方法。

      2.5異常監控報警系統

      在大型水庫工程運行管理的信息化建設中,還包含了水庫的異常監控報警系統,主要是對兩個方面進行監控報警。(1)最主要的水庫本身的結構監控報警:通過在大壩附近的一處可靠參照點上安裝形變監測雷達傳感器的方式,來動態監控水庫大壩的結構穩定情況,形變監測雷達傳感器可監測出大壩的縱向與橫向位移量、撓度、接縫位移情況。在大壩上還安裝了環境傳感裝置來監測大壩動態的滲水量、水壓應力與氣溫等外在因素變量。當其中任意一個傳感器監測出水庫大壩的運行穩定性存在安全隱患時,能夠在第一時間進行預警,使水庫管理部門有充足的時間對攔洪大壩進行除險與工程修復。除了傳感器進行動態監控以外,在水庫周邊各個位置還安裝了高清監控探頭,監控探頭支持自由轉動視角與調節焦距,對閘門的運行狀況、水庫結構與水情等進行全天候監控,在非汛期水庫大壩運行穩定的情況下,可以以此來代替傳統的人工巡查,減輕水庫運行管理的人力負擔。(2)信息化系統線路的自檢報警,在整個信息化水庫運行管理系統中,任意一處監測設備或者聯動控制裝置出現故障,都能立刻向水庫主控制室發起報警,水庫管理部門在接收到報警信號后,可以組織專門的工作人員對相應位置的設備裝置進行檢修與拆換,除此之外自檢報警系統還能對系統的供電異常與通信中斷現象原因進行智能分析,第一時間給出解決方案。以上兩個異常報警系統實現了大型水庫防汛運行的安全監測與報警,為水庫除險工程的制定與后續的防洪調度指揮工作提供了穩定的數據保障。

      3結語

      綜上所述,大型水庫工程建設信息化已成為了時代發展的必然趨勢,相關的建設單位應當始終以更好地維護人民財產生命安全與可持續發展為工程建設原則。確保大型水庫工程安全穩定的前提下,圍繞大型水庫的實際建設功能與運行環境等因素,建設功能完善的大型水庫信息化工程。通過信息化技術的輔助,提升大型水庫的運行管理工作效率。

      作者:馮海源 張森 單位:臨朐縣冶源水庫運行維護中心

      大型水庫工程運行管理信息化建設分析

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