尔王庄水库大坝安监信息管理系统研究

　　尔王庄水库是引滦入津输水工程的一个重要组成部分。为改变尔王庄水库大坝安全监测手段落后的现状，实现设备运行自动化，能及时准确地了解坝体的运行状态，做到监测资料及时分析整理，使尔王庄水库大坝安监系统功能达到“无人值班、少人值守”的管理水平，需要开发一套适合尔王庄水库大坝安监需求的综合系统。

　　本文以尔王庄水库大坝安全监测系统改造工程为背景，从尔王庄水库大坝安监工作的实际需求出发，深入调研分析，以软件工程思想作指导，研究了能够满足尔王庄水库大坝安监工作的信息管理系统的基本功能和构成，包括系统的需求分析、体系结构、各功能子系统模块划分以及数据库表设计等。以 和SQL Server为开发环境，采用B/S架构，设计和开发了一套尔王庄水库大坝安监信息管理系统。

　　1、背景与意义

　　天津市引滦入津尔王庄水库坐落在天津市宝坻区尔王庄乡境内，是距离市区最近的一座中型平原水库，同时也是引滦工程的重要组成部分，可以起到重要的调节作用，提高对天津市及塘沽区、汉沽区、天津开发区、天津石化、大港区、武清区等地的安全供水保证率。水库在上游停水时可作为向下游供水的水源，在水库周边集中了八座供水泵站。水库为了调节来水与供水的不平衡关系，长期处于调蓄状态，经常高水位运行。同时水库还为引滦明渠护砌的检修、渠道清淤、泵站维修、水闸维修等发挥着重要作用。

　　库进行除险加固以来，初步实现了大坝渗流监测自动化以及垂直位移的人工方观测。目前存在渗压计测值严重失真、监测项目不全、监测系统软件功能单一、监测室无法满足国家规范关于大坝监测室的要求，整个大坝安全自动监测系统基本上处于瘫痪的状态。为了充分考虑尔王庄水库工程情况和安全监测的需要，满足大坝安全监测相关标准规范的规定，更加科学地管理好尔王庄水库，保障水库大坝安全监测的正常进行，对现有水库安全监测系统软硬件进行升级改造十分必要，对充分发挥水库效益，保证水库安全运行，提高大坝安全管理水平，保障天津市工业用水及城市供水安全，对推动区域经济发展都具有十分重要的意义。

　　2、研究的必要性

　　尔王庄水库建成于1983年，部分坝基渗漏现象比较严重，加强渗流和位移监，能及时掌握形态变化，当发现异常时能及时采取相应的补救措施，防止发生事故，确保大坝下游人民生命及财产的安全。对确保水库大坝安全和引滦输水安全具有重要意义。

　　2.1、是确保水库大坝安全的需要

　　尔王庄水库建成于1983年，通过多年运行实践和工程检查，发现大坝受当地地质条件影响坝基渗漏现象比较严重，2004～2006年对水库实施了除险加固，但此次除险加固只是对部分渗漏问题严重坝段实施了防渗加固处理，这不等于说其余坝段就完全没有问题。因为渗漏问题的出现主要是受地质土粒结构和渗透水压力影响的，水库本身处于平原地区，整个水库大坝所处地理位置的地质结构变化差异并不大，由于坝基起伏很小，坝顶高程相同，坝体和坝基断面基本相同，不同坝段和相同部位渗透水压力应该是基本相同的，这意味着其他坝段发现存在严重的渗漏问题，必然也暗含着没有发现明显问题的坝段也会存在类似安全隐患。

　　2.2、是水库工程管理工作的需要

　　为做好水库安全监测工作我处自1985年开始采用人工方式对水库大坝进行观测，2006年实施了自动化观测，但由于受当时资金条件等各种因素影响，该系统存在缺陷很多，导致监测数据时断时续，不能及时反映坝体渗流状况。为做好水库工程管理，对该系统进行必要的升级改造是做好水库工程管理工作的必要保障。

　　2.3、是确保天津市及滨海新区建设发展及城市供水安全的需要

　　尔王庄水库是引滦线路中段距天津市区最近的一座中型平原水库，是引滦工程的重要组成部分，对引滦入津输水工程可起到重要的调节作用，可提高对天津市及塘沽区、汉沽区、天津开发区、天津石化、大港区、武清区等地的安全供水保证率。水库可有效地调节来水与供水的不平衡关系，缓解周围区域水资源短缺，同时为引滦明渠护砌的检修、渠道清淤、泵站维修、水闸维修等发挥着重要作用。此外水库还可以通过生态自净能力，调节和改善水质，促进区域经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。

　　对大坝进行认真、系统的监测，能及时掌握形态变化，当发现异常时采取相应的补救措施，以防发生事故，造成人民生命财产的损失。

　　因此，该项目的实施有利于进一步完善周围区域供水安全、构建和谐社会具有十分重要的意义。

　　2.4、 是提高水库管理能力的需要

　　确保水库安全，对于维护我国经济社会稳定大局，具有十分重要的意义。水库管理工作面临的严峻形势和肩负的艰巨任务使得传统的管理手段越来越力不从心，迫切需要通过自动化信息化技术对水库管理手段进行全面创新，对水库安全整体状况进行监控，及时全面的水库监测信息，提高快速灵活的应急反应能力，提高科学高效的决策水平[9]，从而以技术先进促进水库管理水平的提升。

　　此外，当代大坝安全监测技术发展是迅猛，采用自动化监测系统进行水库管理工作是以后的必然趋势，因此对尔王庄水库安全监测系统进行改造十分必要。

　　3、系统建设总体目标

　　通过调研分析，系统在功能上应达到如下目标：

　　(1)功能强大，简便快捷，安全可靠的图文数据管理系统;

　　(2)操作灵活，具有快速评估水库围堤安全状况和分级报警的在线监控子系统;

　　(3)能对渗流进行计算分析的离线分析子系统;

　　(4)可形象直观地显示监测对象测值的分布规律和发展趋势的图形分析工具;

　　(5)测值预测预报系统可及时预报外界荷载变化时测值的变化规律;

　　(6)具有广泛兼容性的网络通信功能;

　　(7)具有功能完善的报表制作子系统，协助管理人员实现办公自动化;

　　(8)建立完善的授权机制，为不同的用户提供适当的访问权限;

　　(9)能够有效的利用现有的硬件设备设施，避免重复建设;

　　(10)该系统将使用B/S模式，在软件的美工设计和操作方式设计上充分考虑用户体验，能够做到界面时尚美观大气、造作容易上手。

　　4、系统总体设计

　　4.1监测系统的硬件及网络结构设计

　　尔王庄水库监测自动化系统采用分布式的网络结构，主要由物理层(现场数据采集)、数据链路层和应用层三部分组成[27]。现场数据采集层包括压阻式渗压计、分布式管理单元模块(DAU)以及电源等，通讯网络层主要由光端机、熔纤盒和4芯的通讯光缆组成，管理层主要由数据库服务器、WEB数据库服务器和工作站组成。

　　4.2系统的功能模块设计

　　根据对尔王庄水库大坝安监信息管理系统的体系结构的设计，可以将该系统划分为七个功能子系统，即实时监测子系统、离线分析子系统、图形制作子系统、报表制作子系统、沉降位移子系统、数据管理子系统以及系统维护子系统。

　　5、总结

　　尔王庄水库是引滦线路中段距天津市区最近的一座中型平原水库，是引滦工程的重要组成部分，对引滦入津输水工程可起到重要的调节作用，可提高对天津市及塘沽区、汉沽区、天津开发区、天津石化、大港区、武清区等地的安全供水保证率。水库可有效地调节来水与供水的不平衡关系，缓解周围区域水资源短缺，同时为引滦明渠护砌的检修、渠道清淤、泵站维修、水闸维修等发挥着重要作用。对大坝进行认真、系统的监测，能及时掌握形态变化，当发现异常时采取相应的补救措施，以防发生事故，造成人民生命财产的损失。此外，当代大坝安全监测技术发展是迅猛，采用自动化监测系统进行水库管理工作是以后的必然趋势，因此对尔王庄水库大坝安监信息系统进行开发是十分必要的。

　　在系统开发过程中，由于受时间、资金、知识和工作经验等多种因素的制约，系统在界面、功能以及用户体验等方面还存在着诸多不完善的方面，在系统的日后应用中还应进一步修改、提升和完善。

　　作者：董树本 来源：中国科技博览 2016年19期