中小水库库区洪水预报、安全监测和优化调度研究

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摘要：利用现代计算机、网络、检测和软件技术，研究适合我国国情的中小水库水利信息计算机网络系统，把库区水情测报，洪水预报，险情分析，大坝安全监测和水库综合优化调度结合起来，为水利事业，综合经济发展提供科学依据，才能真正改变我国水利科技的落后面貌。 关键词：水利 防洪预报 安全监测 优化调度 一、 概述 水利是国民经济的命脉，水库大坝的安全和综合经济运行关系国计民生。在我国，库容1亿m3以下的中小水库有十几万座，肩负着灌溉、防洪、防凌、防旱、养殖等重要任务，是地区经济发展的支柱和命脉。近年来，特别是一九九一、一九九八年两年特大洪水，南北各省都出现过水库垮坝溃决酿成悲剧的惨痛教训。由于这些中小型水库建设设计标准偏低，年久失修，许多工程潜在不同程度的安全隐患，加上部分地区水土流失严重，灌溉面积下降，水库综合利用效益在不断衰减，这些已经引起国家经济发展部门和各省市政府的高度重视，已投入并将逐年增大投入资金。采取必要的防御措施，要求在近年进行彻底整治。利用计算机，采用先进的信息科学技术，建立中小水库计算机信息系统，把库区水情测报，洪水预报，大坝安全监测和水库综合优化调度提到了议事日程，只有迅速建立起一大批中小水库信息系统，才能真正改变我国水利科技的落后面貌，只有建立起中小水库的各种实时和历史数据库系统，才能为洪水预报，防汛抗旱、险情分析、综合经济发展提供科学依据。国内大型水库（库容在数亿m3以上）虽以不同程度建立起比较完善的信息系统，但中小型水库的综合信息系统几乎还是空白，因此，建立一套完善的廉价的中小型水库水利信息系统，对水利系统的科技发展具有十分重要的意义。 二、 技术解决方案 在计算机网络技术，监测自动化技术和软件开发技术飞速发展的今天，着重研究适合我国国情的量大面广的中小型水库水利信息计算机网络系统，包括水利信息计算机网络软硬件平台，信息采集（含大坝安全参数，水资源，水旱情，水土保持，电站和农用水利等综合信息），网络数据库，防汛抗旱决策支持和水库优化调度，其主要包括： （1） 水库调度中心（县调中心）的千兆光纤主干网的局域网络，其结构为分布式客户/服务器方式，以浏览/服务器方式工作。 （2） 建立地区水情测报，防洪预报系统及其分布式数据库。包括雨量、水位入库流量、出库流量实时监测、累计计算和历史水文资料、水资源、上下游水土保持情况，农用水利建设情况，周边地理实况参数数据库系统，这一系统为库区计算机分布式系统，各站点间以现场总线方式相连，每个站点与采集现场传感、变送，控制器间以现场总线或无线通讯方式相连，这一级系统即通常称之为控制总线级，各类数据库分布于各特定服务器中。 （3） 建立大坝安全监测系统，该系统采用工业PC机与非智能型数据采集器相连，或以现场总线标准与智能型传感变送器相连，主要采集大坝安全参数（如沉降、竖直位移、水平位移、渗透、裂缝、应力变化，左右岸渗透，坝后厂房应力等），并根据安全数据校核有关数据。 （4） 建立电站计算机监控系统，其结构与前两种系统体系相同，具有机组控制级和电站控制级，自动控制机组起、停、负荷调节，运行方式切换，全部机电运行参数测量，非电量测量，保护和信号系统，电站控制级也是一个局域网系统，它与机组控制级间以高速以太网方式相连。 （5） 建立水库管理区（或县调中心）局域网系统的决策支持和水库优化运行调度系统，电站联合优化运行调度系统，电站联合优化运行调度应用软件包，主要建立综合数据库，模型库，知识库，方法库，分布于调度中心服务器内，通过通信和资源共享所需的、实时的、历史的综合数据，存储洪水、预报水险分析的各类模型，提供防洪、抗旱、大坝险情和加固的方案，提供方案分析比较，水库综合利用优化运行，电站各年度优化运行计划及水库联合调度优化运行方案，提供中长期地区农田水利建设，相关河道工程开发等计划管理信息。 三、 系统的体系结构 系统采用C/S结构和B/S结构相结合的方式组成千兆光纤为骨干的局域网络，系统结构如图1（略）所示： 该系统可与调度中心通过有线或无线相连。组成完整的信息与调度系统，形成大范围的库区水利资源管理网络，推进我国水利资源利用科学化进程。 四、 技术先进性与创新性 国外水库有比较完善和配置齐全的水利信息系统，所述子系统均联网在水库调度中心指挥控制，其防洪预报都配置有卫星遥感信息系统，有完善的综合数据库，模型方法库，有功能强大的优化调度运行能力，确实对经济发展起着举足轻重的作用，如美国胡佛水库电站联合优化调度系统，大坝安全监测系统和水情测报系统等，就是一个十分典型的例子。 国内一些中大型水库，如葛州坝水利枢纽工程，也是相当完善的计算机水利信息系统，但由于技术、资金等多种原因，还没有完全发挥水资源和电站的综合优化调度作用。某些地区的中大型水库遇到的情况也基本相同，但绝大多数中小型水库，虽然体制上比较单一，由于未有适当的技术、资金投入，技术进步速度较国外先进系统有较大差距，某些领域基本上还是空白，只有少量不完善的子系统在使用，缺少先进的系统结构和硬、软件支撑，难以发挥较大作用。本文所研究的系统的体系结构，是采用现场总线控制、分布式数据库结构、全系统统一的PC和Windows2000风格及低廉的系统造价是特别突出的特点，是多年来在这一领域中各种先进的硬、软件技术的集成与综合。系统极易扩展，根据不同要求，极易构成实用，满足需要的体系结构，非常适合我国各类中小型水库及其地区调度系统的需要。 作者简介： 刘宝忠（1956年生）毕业于华中科技大学光电子专业，硕士，教授，部级青年专家，国务院津贴专家，长期从事水利水电自动化的研究。

ymxl2011

好资料，谢谢楼主，支持了