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大型水库工程运行管理信息化建设分析

2022/03/15 阅读:

摘要:本文首先对信息化运行管理的大型水库主要实现功能进行分析,而后对水库各个阶段硬件运行管理的基本工作原理进行解读,从这两方面对大型水库工程的建设思路与建设框架进行构思。希望此文可以给水利工程建设单位一点理论启示,加快推进我国水利工程现代化建设,使大型水库工程在投入使用时能够更好地发挥防洪防汛、灌溉与供水功能。

关键词:大型水库工程;信息化技术;建设构思

大型水库是水利工程中的主体部分,它是通过修建蓄水建筑物来实现抗洪防汛功能,在此基础上,大型水库还可以被利用在水力发电、供水、灌溉、农业养殖等用途。在科技水平与工程技术不断提高的新时代背景下,水利工程行业对大型水库建设提出了新的要求:即以问题需求为导向,在信息化技术的辅助下,做好防洪供水工程和生态修复工程。

1大型水库信息化建设的主要实现功能

1.1汛期雨情自动预警功能

水库是以人工修建的蓄水池形式,结合可以控制开合的闸门来实现对下游径流流速流量的控制目的的工程。在汛期降雨时,大型水库蓄水防止过量的降雨导致的洪灾给下游农业种植与生活带来不利影响;在汛期结束时,通过开闸泄洪的方式,改善下游河流的水情。但以往的大型水库管理运行模式,过度依赖水库管理人员的日常巡查,与气象部门的侦查预警,经过向防汛办公室以及上级部门层层上报审批,最终才能形成确认开闸的意见,管理与运行流程中人力成本过高且效率不高。因此大型水库现代化建设首先要实现的功能,便是汛期雨情的自动预警功能,通过应用信息化技术实现水库自动全天候预报即将来临的汛期雨情,在汛情来临前能够有充足的时间准备抗洪防汛工作。

1.2可靠的通信联动与自检功能

除了自动预警功能的实现以外,信息化建设的大型水库框架还要具备一定的通信与联动功能的稳定性。一旦预警到有汛期来临,可以做到快速反映,将预计降水量与持续时间等重要信息及时传输给水库工程的控制中心,这要依靠技术相对成熟的通信系统来实现。另一方面,在大型水库的信息化运行管理建设中,由于水库的闸门与其它水泵的机械设施都是通过智能系统进行调节控制的,其中涉及多种传感器以及电子元件设备,它们的运行稳定性要得到有效保证,通过技术优化将理论的故障率降到最低,此外整个信息化运行管理系统中,还要有自检程序,可以针对水库的重点部位进行动态监测,防止系统故障或者水库结构损坏的现象发生,确保发现问题可以第一时间修复。

1.3遵循经济适用原则

此外大型水库信息化建设要遵循经济适用原则,建设需要的所有电子元件以及仪器设备应当尽量以天然能源作为供应能源,不能因电力能源问题等再次加重大型水库的经济负担与环境负担,可以在自有的水力发电或者太阳能发电上拓宽思路进行设计。另外,还要求信息化工程建设中所选用的材料以及电子元件在造价成本上具有一定经济优势,且便于维修与拆换。

2大型水库运行管理信息化建设基本框架与原理

2.1供电系统

大型水库信息化建设首先要解决的是供电问题,由于大型水建设的地点大多数并不具备市电供应的条件,因此整个信息化水库运行管理系统采用太阳能供电板与自有水力发电相结合的方式作为供电方式。我国大部分的大型水库选址具备充足的太阳光照条件,内陆地区平均日照量均在6kWh/m2d以上,因此可以选用2组80W以上的太阳能光伏发电板,依靠太阳能发电作为信息化水库运行管理系统的主要供电手段。为了应对偶发的连续阴雨等极端情况,要求水库运行管理系统还应当以大型水库自有的水力发电系统作为备用供电方式,太阳能供电板连接的蓄电装置容量要在100AH以上,要保证光照条件不佳的情况下,系统至少可以运行30天以上。

2.2组网结构

大型水库的通信系统采用4G/5G通信作为主要的通信信道,为了防止突发强雷雨天气干扰因素,还要有卫星通信信道作为备用信道以保证水文水情的信息传递通畅,一旦遭遇恶劣天气,通信信道可以自动从4G切换至卫星信道。在应用信息化水库运行管理系统时,一旦发生蓄水池的水位与降雨量超过设定的预警阈值时,采用两种协议方式,在LoRa网络上分别将情况上报给市县级与省级两级水利分管中心。在框架结构上,分为五个部分:由大型水库管理部门的信息化水库运行管理系统构成核心控制单元,通过4G/5G信道与卫星信道两种网络信道模式分管水库安全监测站、汛期自动预警系统、闸门远程控制系统与水质动态监测系统。除了在控制室操作运行管理系统对水库分管项目进行控制外,还能通过Wifi与4G/5G连接移动端进行远程控制。

2.3三种控制模式动态切换的闸门控制系统

闸门是水库实现泄洪与调节下游水位与水量的关键部位,为了确保它运行状态正常,在信息化大型水库的建设中配备了动态切换模式的闸门控制系统。第一种控制方式是智能逻辑控制,通过闸口上方安装的雷达水位计与传感装置,加上一个运行开关组成的回路,在智能逻辑控制模式中,一旦水位超过了雷达水位计的预警范围,会通过传感器转化为电信号,输入到控制线路中,就会启动闸门的控制开关进行开闸泄洪,这样就实现了根据水位动态自动控制闸门的功能。第二种是远程手动控制模式,通过主控制室的系统操作,远程控制闸门升降,用于汛期结束后对下游进行水情调节时使用。第三种是本地手动控制模式,通过闸门终端安装的制动开关来实现闸门的开合控制,保留本地手动控制模式的原因主要有两个,其一是作为极端情况以上两种控制模式均出现故障时,作为应急保险控制;第二个是方便日常对闸门进行现场调试与检修,以上三种控制模式在闸门制动开关处,水库主控制室和移动端均可进行切换。

2.4智能监测分析系统

除了闸门处的雷达水位计外,在水库的周边还配备有型号为LD-YLJC-降雨量监测设备,通过传感器将这两个智能设备所记录信息回传给水库运行管理系统进行后台分析,就可以提供给水库管理部门可靠的降雨量、降雨强度、降雨时间、水库水位情况等信息作为水雨情分析的基本依据,水库管理部门可以根据具体的汛情和雨情制定开闸泄洪与抗洪防汛的各项计划安排。信息化水库运行管理系统的计算能力十分强大,它可以自动储存历史记录的监测信息,并统计分析出大型水库渗压、水位与雨量的变化幅度、历史最高值、年平均值等水情信息,在后台会自动生成一份水情趋势变化曲线,以供水库管理部门以及分管防汛部门进行分析判断。而水质动态监测系统,是通过在水库周边设置浮标式水质监测仪的方式来采集水质信息的,浮标式水质监测仪能够动态监测出水库蓄水池及下游地区的水温、导电率、PH值、氨氮含量和溶解氧等水质情况,水库管理部门可以随时根据水质动态监测系统的报告,制定合理的水库蓄水用途以及净化处理方法。

2.5异常监控报警系统

在大型水库工程运行管理的信息化建设中,还包含了水库的异常监控报警系统,主要是对两个方面进行监控报警。(1)最主要的水库本身的结构监控报警:通过在大坝附近的一处可靠参照点上安装形变监测雷达传感器的方式,来动态监控水库大坝的结构稳定情况,形变监测雷达传感器可监测出大坝的纵向与横向位移量、挠度、接缝位移情况。在大坝上还安装了环境传感装置来监测大坝动态的渗水量、水压应力与气温等外在因素变量。当其中任意一个传感器监测出水库大坝的运行稳定性存在安全隐患时,能够在第一时间进行预警,使水库管理部门有充足的时间对拦洪大坝进行除险与工程修复。除了传感器进行动态监控以外,在水库周边各个位置还安装了高清监控探头,监控探头支持自由转动视角与调节焦距,对闸门的运行状况、水库结构与水情等进行全天候监控,在非汛期水库大坝运行稳定的情况下,可以以此来代替传统的人工巡查,减轻水库运行管理的人力负担。(2)信息化系统线路的自检报警,在整个信息化水库运行管理系统中,任意一处监测设备或者联动控制装置出现故障,都能立刻向水库主控制室发起报警,水库管理部门在接收到报警信号后,可以组织专门的工作人员对相应位置的设备装置进行检修与拆换,除此之外自检报警系统还能对系统的供电异常与通信中断现象原因进行智能分析,第一时间给出解决方案。以上两个异常报警系统实现了大型水库防汛运行的安全监测与报警,为水库除险工程的制定与后续的防洪调度指挥工作提供了稳定的数据保障。

3结语

综上所述,大型水库工程建设信息化已成为了时代发展的必然趋势,相关的建设单位应当始终以更好地维护人民财产生命安全与可持续发展为工程建设原则。确保大型水库工程安全稳定的前提下,围绕大型水库的实际建设功能与运行环境等因素,建设功能完善的大型水库信息化工程。通过信息化技术的辅助,提升大型水库的运行管理工作效率。

作者:冯海源 张森 单位:临朐县冶源水库运行维护中心

大型水库工程运行管理信息化建设分析

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