中小型水庫信息化(論文)

1、中小型水庫除險加固工程信息化作者姓名： 工作單位： 郵政編碼： 地 址： 中小型水庫除險加固工程信息化摘要 武漢市擁有272座小型水庫，眾多小型水庫在防洪、灌溉、發(fā)電、 城鄉(xiāng)供水、航運和水產養(yǎng)殖等方面發(fā)揮著重要作用，是武漢新烽光電股份有限公司市防汛工程 體系和水利基礎設施的重要組成部分。 為了對小型水庫進行動態(tài)監(jiān)控，保證通信暢通，防汛命令能迅速 下達，重要汛情及時查詢或上報各級三防部門，及時發(fā)布洪水警報， 及時收集反饋信息，最大限度避免或較少發(fā)生小型水庫失事；同時， 在出現旱情時，及時掌握水庫庫容信息，為抗旱提供決策參考。為實 現上述目標，本文就要實現小型水庫的水雨情采集規(guī)范化、自動化，為決策

2、和災害評估等提供分析判斷，從方案介紹、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)設計、集成方案介紹了中小型水庫信息化的設計思路和方案，給出幾種典型的設備安裝方式。關鍵詞：信息化、設計思路、集成方案、幾種典型設備安裝方式目錄摘要2關鍵詞：信息化、設計思路、集成方案、幾種典型設備安裝方式3一、方案簡介4二、系統(tǒng)功能4三、系統(tǒng)設計43.1 設計思路43.2 系統(tǒng)框架結構53.3系統(tǒng)劃分6四、集成方案74.1網絡結構74.2邏輯結構84.3綜合管控平臺94.4系統(tǒng)軟件10五、幾種典型的設備安裝方式105.1激光式遙測站安裝105.2浮子式遙測站安裝155.3氣泡遙測站安裝18六、創(chuàng)新型技術推介-激光水位計在水庫信息化中的應用22

3、6.1概述226.2激光水位計特點及應用優(yōu)勢226.3激光水位計典型參數24六、結語25一、方案簡介根據水庫水雨情自動測報系統(tǒng)的監(jiān)測數據，對采集數據分析和水情預報，及時發(fā)現水庫安全隱患，保障水資源合理利用，提高水庫運行管理水平。二、系統(tǒng)功能信息采集功能能實時采集現場水雨情遙測站的水位、雨量、現 場設備參數數據及圖像信息。 建立數據共享、管理、存儲、傳輸及網絡平臺，實現數據管理及共享。 瀏覽和設置：區(qū)用戶可根據實際需求通過網絡訪問自動測報管理軟件平臺，實現在線瀏覽及權限設置對預警值的修改。 信息查詢：對基本信息（包括水庫概況、社會經濟狀況、工程狀況等）查詢功能。 預警：通過管理軟件平臺對特定的業(yè)

4、務部門及決策領導發(fā)布小型水庫防汛預警信息。三、系統(tǒng)設計3.1 設計思路小型水庫水雨情自動測報系統(tǒng)設計總體思路是根據湖北省小型 水庫水雨情自動測報系統(tǒng)建設工作方案和水文自動測報系統(tǒng)技術 規(guī)范(SL61-2003)的要求，從水庫實際需要出發(fā)，確定必要的監(jiān)測項 目。堅持以“經濟、穩(wěn)定、可靠實用和技術先進”為原則，充分利用 現代傳感技術、測控技術、公網通信技術和計算機網絡技術，建成以 信息采集為基礎、信息網絡平臺為支撐的水雨情自動測報系統(tǒng)，實現 水庫水雨情信息自動采集和預警預報功能，為提高水庫信息化管理水 平創(chuàng)造條件，并為水庫安全運行和水資源合理利用提供數據支持。 本實施方案結合南漳縣6座小型水庫試點

5、工程水雨情自動測報系 統(tǒng)運行狀況，并充分考慮小型水庫各自的實際情況，建設水雨情自動 測報系統(tǒng)，實現小型水庫水雨情信息自動采集。 3.2 系統(tǒng)框架結構水庫水雨情自動測報系統(tǒng)涉及到信息采集、傳輸、存儲、信息管理系統(tǒng)等建設，其關鍵在于實現各種采集數據的整合、各類分析方法 的融合以及為水庫防汛預警提供支持信息等。其總體框架結構組成包 括信息采集傳輸、通信網絡、數據資源、應用支撐、業(yè)務應用、應用 交互等六個層面。系統(tǒng)由信息采集與傳輸系統(tǒng)獲取監(jiān)測數據，以網絡、 安全、存儲、操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟硬件為基礎，以建設和開發(fā)各類數據 庫為核心，以統(tǒng)一應用支撐平臺為框架，以開發(fā)各類業(yè)務應用系統(tǒng)為 關鍵，以信息安全體系、

6、標準規(guī)范體系為保障，為各級管理部門、社 會公眾提供服務，實現水庫管理工作的互聯(lián)互通、信息共享、業(yè)務協(xié) 同。這六個層面、兩大保障體系共同構成水庫水雨情自動測報系統(tǒng)的 總體框架。 圖31系統(tǒng)總體框架圖3.3系統(tǒng)劃分系統(tǒng)劃分為水雨情自動遙測站、通信及計算機網絡系統(tǒng)、數據庫 系統(tǒng)、水雨情自動測報系統(tǒng)管理平臺等四部分。小型水庫水雨情遙測 站將水雨情自動測報數據通過GPRS/CDMA傳輸至省中心站，經數據接 收服務器接收后存儲在小型水庫水雨情自動測報系統(tǒng)數據庫中，并通 過數據處理存儲至中心站數據庫，同時對數據進行備份；遙測信息傳 輸至市分中心小型水庫水雨情自動測報系統(tǒng)數據庫后，通過網絡將水 雨情信息同步至

7、省中心站數據庫；各區(qū)相關水利部門可根據需求獲取數據信息。 四、集成方案4.1網絡結構水雨情自動監(jiān)測系統(tǒng)由數據接收處理中心、遙測站、傳輸網絡三 部分構成。 數據接收處理中心設在省中心站及市分中心，包括相應的硬件設 備和軟件。 傳輸網絡采用公網GPRS/CDMA/GSM。 水雨情自動監(jiān)測系統(tǒng)的結構如下圖所示。圖4-1水雨情自動監(jiān)測系統(tǒng)結構圖根據系統(tǒng)總體設計方案，系統(tǒng)可以分為硬件和軟件兩大部分。建 成后的系統(tǒng)可以完成水雨情的自動測報、預警發(fā)布。系統(tǒng)硬件分為設 備層、采集層、中心站計算機監(jiān)控層。設備層由水位計、雨量計等傳 感器及攝像頭等設備組成，主要分布各水庫在大壩、溢洪道或水位井 等處；采集層由采集

8、單元（RTU）及供電系統(tǒng)組成，RTU采用太陽能浮 充蓄電池的直流；中心站計算機監(jiān)控層由計算機網絡組成；水雨情遙 測RTU與計算機監(jiān)控層之間采用GPRS/CDMA通訊方式。 4-2水雨情監(jiān)測系統(tǒng)業(yè)務拓撲圖4.2邏輯結構水位雨量數據由RTU采集通過GPRS/CDMA/GSM傳送至市分中心。 水雨情監(jiān)測系統(tǒng)由現場設備和市分中心設備組成，現場設備包括遙測終端機RTU、水位雨量傳感器、圖像監(jiān)控設備、供電單元和GPRS/CDMA通信單元，省中心站或市分中心設備包括數據接收服務器、數據庫服務器、WEB服務器和通信監(jiān)控軟件。監(jiān)測系統(tǒng)邏輯結構如下圖。圖4-3水位雨量監(jiān)測系統(tǒng)邏輯結構圖4.3綜合管控平臺 水雨情自

9、動測報系統(tǒng)及預警發(fā)布系統(tǒng)，共享統(tǒng)一的信息平臺。監(jiān)測系統(tǒng)通過數據處理工控機對水雨情進行數據采集和處理，并將處 理后的數據送入數據庫進行管理；通過信息化軟件平臺實現相關業(yè)務 的應用。 4-4水雨情監(jiān)測系統(tǒng)綜合管控平臺4.4系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件采用瀏覽器/服務器的B/S體系結構，數據庫運行在后臺服務器上，瀏覽器/服務器的B/S結構用于信息查詢和發(fā)布，在客戶端， 除了瀏覽器之類外，不需安裝其他特殊軟件。4-5水雨情監(jiān)測系統(tǒng)手機端五、幾種典型的設備安裝方式5.1激光式遙測站安裝1）安裝選址原則水位計安裝選址根據武漢新烽光電股份有限公司省防汛抗旱及水資源管理的需求，為了準確掌握水庫水資源情況，水庫水位監(jiān)測要求

10、能夠到達死水位。對于有供水需求的水庫，若其供水水位達到死水位以下的，則根據現場具體需求實施。因此水位計的安裝選址：a.靠近大壩，因為需要兼顧攝像頭必須拍攝到大壩；b.最低水位低于死水位或依據供水水位要求的最低水位；c.岸坡盡量平整，減少施工難度。同時，應考慮到維護、升級的便利程度，以及防盜等管理因素。雨量計安裝選址選址主要考慮以下三個因素：a.空曠無遮擋，避免雨水受到其他因素干擾而導致雨量測量與實際雨量有偏差。b.高度夠高，減少樹葉、小昆蟲之類雜物飛進雨量筒，另一方面也可以減少人為破壞。 c.靠近大壩，以此點的降雨量數據作為水庫的降雨量數據。同時，應考慮到維護、升級的便利程度，以及防盜等管理因

11、素。攝像頭安裝選址攝像頭選址主要考慮以下因素：a.能夠拍攝到大壩全景；b.能夠拍攝到大壩迎水面，可以直觀看出水庫水位情況；c.兼顧溢洪道和大壩；如果不能兼，則選擇兼顧水位尺和大壩。同時，應考慮到維護、升級的便利程度，以及防盜等管理因素。2）設備安裝要求水位計采用了兩種安裝方式：立桿式垂直安裝與立桿式傾斜安裝，兩種安裝方式費用相當?，F場安裝方式可以依據實際情況而定。圖5-1立桿式垂直安裝圖5-2傾斜式安裝圖5-3立桿設備安裝方法如下： 建設安裝桿屋頂式安裝需制作混凝土底座，桿式安裝則需先挖坑后再用混凝土澆筑，具體施工過程如下：a.立桿。需要開挖一個深約1m的坑，插入安裝桿（必須保證安裝桿的豎直狀

12、態(tài)。為了保證安裝桿的穩(wěn)定性，必須深入地下至少1m 深）。b.制作底座。將已經放入基坑內且已豎直的安裝桿底部澆筑混凝土砂漿，至地面高程，在地面高程以上澆筑一個混凝土底座，用于進一步固定安裝桿，底座尺寸為400mm×400mm×400mm。在屋頂上立桿的則采用混凝土澆筑底座，底座尺寸為（400mm×400mm×100mm），以保證安裝桿的穩(wěn)定性。 裝激光水位計a. 在垂直壁或者傾斜壁上沿直線安裝固定激光保護管的抱箍。b. 固定激光保護管，并在底部安裝好過濾網，在保護管上開孔（3mm）,防止保護管堵塞。由于目前庫水位普遍高于死水位，保護管需要分 2次安裝。第一

13、次安裝的保護管處于現有庫水位以下2m，待庫水位降至低水位時，再將保護導管敷設至死水位以下。c. 安裝并調試激光探頭。 安裝雨量計在啟閉機室屋頂制作翻斗式雨量計基座，并將雨量計安置在混凝土基座上；調節(jié)好雨量計的平衡度；接好數據線，數據線采用屏蔽電纜，且將數據線穿鋼管引至啟閉機室內的遙測終端機。3）安裝攝像頭安裝好攝像頭支架；固定好攝像頭，調節(jié)好攝像頭的拍攝角度，序號經過多次測試才能完成。為了保持攝像頭的角度經得起大風大雨而不會改變或者晃動，必須將攝像頭固定牢固；數據線采用屏蔽電纜，且將數據線穿鋼管引至遙測終端機機箱。 好數據線，數據線采用屏蔽電纜。4）太陽能板安裝太陽能板應面向東南，將太陽能板固

14、定于安裝支架上，太陽能板安裝角度約為30。5）安裝遙測終端機遙測站的遙測終端機與其他監(jiān)控設備均置于安裝桿上，由于智能主控機重量相對較重，支架必須有足夠的牢固性和重量承載能力；完成水位計、雨量計、攝像頭與智能主控機的接線。6）收尾工作包括以下主要工作： 作安裝桿的底座。采用混凝土澆筑，保證安裝桿的牢固性。 將導波管用磚護砌，再采用2cm砂漿抹面，一方面保護導管不受腐蝕和損壞，另一方面防止聲波導管移動，而影響水位數據測量準確性。 垃圾清運，場地平整。5.2浮子式遙測站安裝1）安裝選址原則 采用浮子式水位監(jiān)測方式的遙測站，原則上設置在有啟閉機室的 水庫。這類水庫有輸水管豎井或排架，在啟閉機室非進水口

15、側敷設浮 子式水位測井，浮子式水位測井由硬質 PVC管及安裝支架構成。將硬質PVC管采用定制的支架沿啟閉機室外墻面、輸水管豎井井壁或閘室鎮(zhèn)墩敷設至死水位，根據水庫水位，此項施工可分1-2次完成，先將硬質PVC管安裝至現有水位，待水位處于低水位時，再將硬質PVC管安裝至死水位；同時，在靠近死水位處需要做引水溝，使浮子式水位計可以檢測到死水位。翻斗式雨量計置于啟閉機室屋頂。遙測終端機箱置于室內，攝像頭置于啟閉機室外墻處，調整位置和角度至可監(jiān)視大壩和庫水位。2）設備安裝浮子式需建水位測井，水位測井由硬質PVC管構成，需依啟閉機側墻和閘槽鎮(zhèn)墩固定安裝。浮子式水位測井安裝見下圖。圖5-4 浮子式水位測井

16、安裝示意圖（1）圖5-5 浮子式水位測井安裝示意圖（2）浮子式水位計安裝 a.引水溝工程。目的是將水引導至水位測井底部，使水位測井可以達到死水位以下，浮子式水位計可以采集到水庫死水位。根據施工期現場情況，部分水庫施工涉及圍堰等臨時工程。引水溝需有相關防 淤堵措施。 b.水位測井工程。將硬質PVC管用定制的支架固定在啟閉機室外 墻及閘槽鎮(zhèn)墩上，必須安裝牢固。PVC管靠近底部區(qū)域，在管壁非進水口側開鑿進水孔,同時需要有防止淤堵措施。 雨量計安裝 在啟閉機室屋頂制作雨量計基座，并將雨量計安置在混凝土基座 上；調節(jié)好雨量計的平衡度；接好數據線，數據線采用屏蔽電纜，且 將數據線穿鋼管引至啟閉機室內的遙測

17、終端機。 安裝攝像頭 a.安裝好攝像頭支架； b.固定好攝像頭，調節(jié)好攝像頭的拍攝角度，其拍攝角度需經過 多次測試才能完成。為了保持攝像頭的角度經得起大風大雨而不會改 變或者晃動，必須將攝像頭固定牢固；數據線采用屏蔽電纜，且將數 據線穿鋼管引至遙測終端機機箱。 c.接好數據線，數據線采用屏蔽電纜。 太陽能板安裝 太陽能板應面向東南，將太陽能板固定于安裝支架上，太陽能板 安裝角度約為30°0 5.3氣泡遙測站安裝1）安裝選址原則水位計安裝選址根據武漢新烽光電股份有限公司省防汛抗旱及水資源管理的需求，為了準確掌握水庫水資源情況，水庫水位監(jiān)測要求能夠到達死水位。對于有供水需求的水庫，若其供

18、水水位達到死水位以下的，則根據現場具體需求實施。因此水位計的安裝選址：a.靠近大壩，因為需要兼顧攝像頭必須拍攝到大壩；b.最低水位低于死水位或依據供水水位要求的最低水位；c.岸坡盡量平整，減少施工難度。同時，應考慮到維護、升級的便利程度，以及防盜等管理因素。雨量計安裝選址選址主要考慮以下三個因素：a.空曠無遮擋，避免雨水受到其他因素干擾而導致雨量測量與實際雨量有偏差。b.高度夠高，減少樹葉、小昆蟲之類雜物飛進雨量筒，另一方面也可以減少人為破壞。c.靠近大壩，以此點的降雨量數據作為水庫的降雨量數據。同時，應考慮到維護、升級的便利程度，以及防盜等管理因素。攝像頭安裝選址攝像頭選址主要考慮以下因素：

19、a.能夠拍攝到大壩全景；b.能夠拍攝到大壩迎水面，可以直觀看出水庫水位情況；c.兼顧溢洪道和大壩；如果不能兼顧，則選擇兼顧水位尺和大壩。同時，應考慮到維護、升級的便利程度，以及防盜等管理因素。2）設備安裝要求氣泡式遙測站立桿式安裝見下圖。圖5-6 氣泡式式遙測站立面圖圖5-7 氣泡式水位計保護管敷設設備安裝方法如下： 建設安裝桿 桿式安裝需先挖坑后再用混凝土澆筑，具體施工過程如下：a.立桿。需要開挖一個深約1m的坑，插入安裝桿（必須保證安裝桿的豎直狀態(tài)。為了保證安裝桿的穩(wěn)定性，必須深入地下至少1m 深）。b.制作底座。將已經放入基坑內且已豎直的安裝桿底部澆筑混凝土砂漿，至地面高程，在地面高程以

20、上澆筑一個混凝土底座，用于進一步固定安裝桿，底座尺寸為400mm×400mm×400mm。安裝水位計a. 鋪設氣泡水位計保護管。將保護管管沿著建筑物外墻或者岸坡盡可能平直地鋪設到既定安裝點。b. 氣管敷設時，全程套管保護。安裝雨量計在啟閉機室屋頂制作翻斗式雨量計基座，并將雨量計安置在混凝土基座上；調節(jié)好雨量計的平衡度；接好數據線，數據線采用屏蔽電纜，且將數據線穿鋼管引至啟閉機室內的遙測終端機。4）安裝攝像頭安裝好攝像頭支架；固定好攝像頭，調節(jié)好攝像頭的拍攝角度，序號經過多次測試才能完成。為了保持攝像頭的角度經得起大風大雨而不會改變或者晃動，必須將攝像頭固定牢固；數據線采用屏

21、蔽電纜，且將數據線穿鋼管引至遙測終端機機箱。接好數據線，數據線采用屏蔽電纜。5）太陽能板安裝太陽能板應面向東南，將太陽能板固定于安裝支架上，太陽能板安裝角度約為30。6）安裝遙測終端機聲波式遙測站的遙測終端機與其他監(jiān)控設備均置于安裝桿上，由于智能主控機重量相對較重，支架必須有足夠的牢固性和重量承載能力；完成水位計、雨量計、攝像頭與智能主控機的接線。7）收尾工作包括以下主要工作： 作安裝桿的底座。采用混凝土澆筑，保證安裝桿的牢固性。 將導波管用磚護砌，再采用2cm砂漿抹面，一方面保護導管不受腐蝕和損壞，另一方面防止聲波導管移動，而影響水位數據測量準確性。 垃圾清運，場地平整。六、創(chuàng)新型技術推介-

22、激光水位計在水庫信息化中的應用6.1概述近年來，由強降雨引起的水庫潰壩的現象偶有發(fā)生，在武漢新烽光電股份有限公司國多雨的農村，嚴重時竟引發(fā)行人的死亡和失蹤事件。此現象已經引起市政、水利、水文等政府部門的關注：一方面要積極修建并管理好排水設施，另一方面建設城市防汛監(jiān)測管理系統(tǒng)，作為城市防汛系統(tǒng)中的核心硬件水位計承擔了測量水庫蓄水深度的核心作用，水位計的良好選型決定了水庫防汛建設質量。武漢新烽光電股份有限公司結合水庫防汛系統(tǒng)的實際需要自主研發(fā)了一款新型水位計產品激光水位計。外形見下圖：6.2激光水位計特點及應用優(yōu)勢激光水位計是利用激光測距原理而研發(fā)，其特點如下：1、激光水位計采用先進的激光測距原理

23、進行水位測量，相較于其他類型水位測量產品，激光水位計具有更高的可靠性及抗干擾能力，不受溫度、濕度、霧氣的影響，可應用于江河、湖泊、 水庫、河道、灌區(qū)渠道輸水等水利水文工程中的水位監(jiān)測，也可用于自來水、城市河道、城市內澇（道路積水）等市政工程中的水位監(jiān)測。2、激光水位計在5米測量范圍內，測量精度為±1mm 3、激光水位計既可以單支使用，也可以多段級聯(lián)使用，可以根據現場實際安裝位置及量程需求將激光水位計縱向級聯(lián)以擴展測量量程，或橫向階梯級聯(lián)形成多點測量網絡。4、激光水位計系統(tǒng)集成度高，現場只需要購買塑料或金屬保護管即可完成安裝。5、激光水位計采用了先進的生產工藝技術，產品具有防腐、防凍、耐熱、耐老化的特點，可適應于各類惡劣的測量環(huán)境。激光水位計在城市防汛中的應用優(yōu)勢：1、激光水位計測量精度高相較于其他類型的水位測量產品，激光水位計的測量精度更高，精度