山东省棘洪滩水库数字化建设方案

闫士秋，袁 东，张文博

（1.山东省调水工程运行维护中心，山东 济南 250014；2.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014；3.青岛市水文中心，山东 济南 250014）

引黄济青工程担负着引江与引黄向青岛、烟台、潍坊、威海供水的任务，年总输水时间243 d，总供水量4.86 亿m3，是山东省重要的调水大动脉。鉴于棘洪滩水库的重要性，建设山东省棘洪滩水库数字化建设是必要的，为引黄济青工程顺利运行提供了重要保障。

1 需求分析

根据工程特点，满足总体功能需求为快速响应特殊事件、支撑调度与工程运行安全的目标。

1.1 电气及大坝照明

坝顶防汛路宽约7 m，目前全线无路灯照明，夜间巡视较为困难。

坝顶防汛路下游侧设有12 m 水泥杆，布设间距约80 m，为满足大坝夜间巡视及视频安全监视需求，本工程需沿坝建设大坝照明系统。

1.2 大坝信息采集及安全监测

大坝原有渗流设施已损毁，无法使用。目前水库沿坝全线重新设置了14 个渗流监测断面（原断面附近），共计58 个监测点。土建施工已完成，尚未安装测量仪器，本方案自动化监测设备安装后可投入正常运行。

水库原有水文观测设施建设较早，目前损毁严重，已无法投入使用，需新建水位、雨量等水文观测系统。

1.3 大坝视频监控

水库管理区南门、入库泵站管理区北门处各设置视频监控点一处，可正常运行，但未实行信息联网。管理处办公区，放水洞管理区，各流量测站、大坝重点区域等目前均未设置视频监控点。

1.4 大坝安全防护设施

大坝坝脚排水沟侧建有金属围栏，因建成时间较长，全线锈蚀严重，强度下降，已难于满足防护要求。大坝 10+900 处、7+560 处、4+500 处等部位因靠近村庄，有村民上坝小路存在断开、倒伏乃至缺失等严重损毁情况。金属围栏上建有六线制电子围栏，已经完全损坏，不能使用。大坝周界需重新建设安全防护设施。

1.5 计算机网络通信

目前仅有一条8 芯光缆从水库管理处至入库泵站，芯数较少，仅能满足水库管理处与入库泵站间的信息互联互通。

2 系统方案

2.1 系统总体框架

以棘洪滩水库现状为分析基础，结合数字化建设特点，全面研究水库安全管理特点和日常管理业务需要，以大坝照明、大坝安全监测、管理区周界入侵报警及各类信息采集业务为重点，以安全管理水库为核心，充分整合现有资源，综合考虑水库管理处的职能与职责，开发建设能够应对各种安全事件的信息服务平台，并通过平台支撑各个系统的应用。应用系统包括：大坝照明、大坝安全监测系统、入侵报警、视频监视、计算机监控；配套实施系统主要包括：网络及通信、供电保障、系统应用支撑环境、数据存储及管理，基础设施建设随相应的应用系统进行建设。项目总体框架如图1 所示。

图1 棘洪滩水库项目总体框架图

2.2 大坝照明系统

本次改造尽量利用原有变配电设备供电，经计算，原有变压器能满足新增备供电。原有配电设备在大坝桩号 13+700、12+460、10+680、9+270、7+380、5+020、3+440、1+100 附近，原配电箱安装在建筑物内的墙壁上，无法满足本次使用，需要进行改造，需在户外设不锈钢WXL21 配电箱（IP65）。根据管理处要求和现场实际情况，围坝间隔80 m 均布道路照明灯。光源选用100WLED 灯，灯杆配避雷针。

2.3 大坝安全监测设计

大坝位移监测系统采用GPS 定位系统兼容北斗卫星导航系统。棘洪滩水库大坝安全监测系统架构图，如图2 所示。

图2 棘洪滩水库大坝安全监测系统架构图

2.4 入侵报警系统设计

本次设计根据管理需要在水库周围设置入侵报警系统，全部采用电子围栏。10+500-11+060.8+740-8+420 处共设 10 套 100 m 红外对射主机。平台软件及控制键盘放在泵站。

2.5 视频监视

为满足大坝视频安防监控及各管理站点无人或少人值守的业务需求，在各关键出入口、各管理区重点部位、各要害业务区、大坝防护受破坏严重区域等位置设置视频监控系统，大坝设置的视频监控点还需要和周界报警系统配合。

泵站管理区、水库管理区大门，泵站上坝路处、水库上坝路处共四处，安装双向卡口枪机，共8 台枪机。其他在坝区的重要位置布设38 台球型网络摄像机。

2.6 信息采集及计算机监控

棘洪滩水库信息采集系统新建基础设施，设计主要包括水位观测设施、雨量测验设施、降水蒸发观测设施等。尽量利用原有的安装位置，达到全面观测整个水库水文水情信息的目的。

实现库水位的实时监测，并能根据需要绘制库水位变化曲线；整合各出入库流量监测信息，实现出入库流量实时监测和统计分析，并能根据需要生成各类报表和趋势图；实现库区降雨量的实时监测，并能根据需要生成各类报表和趋势图；实现库区水体蒸发量的实时监测，并能根据需要生成各类报表和趋势图；整合现有水质监测信息，实现水库水质的实时监测，并能根据需要生成各类报表、趋势图和水质预警信息；实现库区风速、风向的实时监测，并能根据需要生成各类报表和趋势图；建设放水洞、进水洞、引水洞的计算机监控系统。

2.7 网络及通信系统

为实现库区沿线各管理站点的信息共享，需建设计算机网络通信系统将各信息系统进行互联互通，进而满足管理人员在同一平台进行统一管理的业务需求。操作人员可在水库管理处、棘洪滩泵站直接与各现地信息点通信，实时收集视频影像及各种水量、水情、控制、采样信息以及进行远程控制。同时水库派出所监控室可根据赋予权限调取视频监控等相关信息。

为实现库区沿线各管理站点的信息共享，需建设计算机网络通信系统将各信息系统进行互联互通，进而满足管理人员在同一平台进行统一管理的业务需求。操作人员可在管理处监控室直接与各现地信息点通信，调取实时视频影像及各种水量、水情、控制、采样信息。同时水库派出所监控室可通过专网光缆根据赋予权限调取视频监控等相关信息。

3 结 语

棘洪滩水库数字化建设是提升工程安全、提高水资源管理效率、预防灾害的重要措施，是实现水库智慧化管理的阶段性目标和任务。项目的建成，将实时监测大坝表面及内部位移变化情况,实时监控水库大坝周界的安全防护情况,实时掌握库水位、出入库流量、库区降雨量及水体蒸发损失等情况，将对整个工程的科学决策、现代化管理提供助力，最终实现精细配水的目标。