综述水利工程管理中现代化设施的建设

摘　要：本文作者从水情自动测报、大坝安全自动监测、设备集中控制、运行信息管理4方面对水利工程现代化运行管理系统进行了分析，并对如何建设好水利工程现代化运行管理系统提出了意见

关键词：水利工程;现代化管理;运行设施
1.综述
　　笔者提出了水利工程管理现代化设施可分为水情自动测报、安全监测、设备集中控制和信息管理4个子系统，形成一个完整的水利工程现代化运行管理系统(详见图l)。

　　这样划分首先是根据它们的主要功能其次是制造专业的分工和发展的过程不同。各个个子系统的内容是相互联系的，例如安全监测、设备控制都需要有水位、降水量的测定，但一个完整的水情测报系统有更多的内容和功能。水情自动测报，在我国最早是从20世纪70年代后期开始，由水利水文自动化科研单位研究开发的，到现在，技术上已经完全成熟，并且有了规范(国家行业标准)。安全监测自动化起步比较晚一些，特别是土石坝，目前还没有达到规范化。当然，在国内一些重要工程，已经有一些成功的事例。
2.水情自动测报系统
　　水情自动测报系统的主要组成部分是遥测站和中心站(系统框图见图2)，对于采用无线电传输的自动测报系统通常还有中继站。中继站是遥测站和中心站之间无线电信号不能直接相通时，所必需的无线电通信设备。

　　图2中，中心站的计算机加上服务器、路由器、集线器和工作站(用户终端)组成局域网，使水情自动测报的数据可以被各用户(即各科室、部门)共享;同时，这个局域网还是组成该管理单位信息管理系统的基本硬件。遥测站，主要是雨量站的数量和布置，是建设水情自动测报系统先要决定的问题。要掌握一个流域、水库的雨量(水量)，需要每多少集水面积布置一个雨量站，规范没有明确规定。对于湿润地区、较大的集水面积，专家建议雨量站的密度如表l所示。

　　从以上资料可以看出，雨量站的数量不必过多，应根据水库、流域的地形，适当布置。水位站方面，除了水库上、下游水位以外，河道的控制断面、有测流资料的地点，也应设置。
3.安全监测系统
　　土石坝和混凝土坝都有安全监测规范，综合起来，安全监测主要内容可以分为以下4方面:环境量、变形、结构和渗流。
3.1环境量
　　专指影响建筑物安全的外部环境因素，如降水量、水位、气温、水温。如果工程在建设现代化运行管理系统中，已经在水情自动测报系统内有环境量监测项目，则应该通过计算机网络，把观测数据输人安全监测使用，不需要重复设置监测项目，浪费资源。某水库分别由3个不同单位先后承建了水情自动测报系统、大坝安全监测和溢洪道闸门集中控制系统，许多方面既互相重复又互不沟通，最近，正在研究改造成统一的信息管理系统。当然，这就免不了增加总的建设时间和开支。现代化运行管理系统建设，应该事前有统一规划，各个子系统采用统一的数据格式，如果受资金安排限制，可以留有接口，分步实施。
3.2变形
　　主要指建筑物的外部变形，如水平位移，竖向位移(以前叫沉降或垂直位移)，分缝和裂缝。这些项目主要是在混凝土或浆砌石坝工程设计施工时埋设了仪器或留有水平和竖向贯通的廊道，才能实现自动化监测。国内只有个别土坝，在已建成的土坝挖、建了廊道和竖井，进行水平位移和竖向位移的自动化监测。一般地说，土坝内的管道，都是坝体安全的薄弱环节，所以，不必为了变形监测自动化而加建廊道、竖井，土坝的水平位移和竖向位移可以用常规的仪器、人工观测的办法。
3.3结构
　　混凝土坝是应力、应变和温度，土坝是应力(压力)。一般地说，都要在大坝施工时埋人仪器，才能进行。
3.4渗流
　　国内外专家对引起土石坝失事原因按渗漏、漫顶、滑坡、地基、建筑物分为5类，据不完全统计，有近4O%是由于渗漏引起的，而除了漫顶以外，其它3类也和渗漏有关，或可以通过渗流异常反映出来。因此，应该把渗流监测作为安全监测的重点。渗流监测主要是渗透压力(测压管水位)和渗漏量。在多雨、湿润地区，设在坝下游坡脚的量水堰，由于难以截断坝坡面、两岸山坡地表水和渗水等客水的流入，因此测得的并不是真正坝体的渗漏量，而要拦截客水的流人，往往要做几十万元甚至更多的工程，也不能完全达到目的。渗流异常完全可以通过渗透压力(测压管水位)实现充分有效的监测，渗漏量也可以用渗透压力线(浸润线)加以换算。所以，安全监测系统的主要内容是渗透压力观测自动化。安全监测自动化系统主要是由数据采集、传输、接受和处理3部分组成。

4.设备集中控制系统
　　设备集中控制系统主要是闸门和水电站、抽水站设备集中和自动化控制。后两者属于自动化专业的内容，闸门集中控制目前已成为水闸新建和除险加固工程的项目之一，而且有些要求有别于单纯的自动化。下面专门讲述水利工程闸门集中控制有关的问题。
4.1定义
　　水利工程闸门集中控制是区别于机旁操作的近地或远地、中央控制室的集中控制，包括不同程度上的自动控制。
4.2集中控制设备的基本功能要求
　　l)具备集中一机旁、自动一手动切换功能，以满足检修和故障备用的需要。
　　2)闸门开度，闸门上、下游水位显示，要求误差不大于2。m，有条件的显示过闸流量。
　　3)能满足水闸控制运用的不同启闭方式，如全开、全关、单孔或多孔开关、对称、间歇开关等。
　　4)记录、储存、输出(打印)功能，并且能够连续运行，记录的格式符合水利工程技术管理的要求。
　　5)机电设备的一般性要求，如防雷、继电保护、限位开关等。
4.3自动化方面的补充要求
　　l)能作出水位超限报警(用铃声、光等信号)。
　　2)机电设备检测报障。
　　3)实现程序控制，如根据设定开度、设定流量、水位、水头差等不同条件自动开关。
　　4)闸门启闭机、金属结构机电设备必须是完整的、先进的。
　　5)加上现场图象监测，能在中央控制室内看到闸门开关、闸下游水流等情况。
5.信息管理系统
　　要讨论信息管理系统，首先应该清楚一些基本概念。由江泽民总书记作序的《现代科学技术基础知识》一书中说:人类历史经历了农业社会、工业社会、正步人信息社会。信息作为一种重要的资源和财富，影响着社会的运转。世界上已经公开发表的信息定义已经有三四十种，比较简单的定义是“对人有用的、能够影响人们的行为的数据”。科学一点的说法是:信息是客观存在的一切事物，通过物质载体所发出的消息、情 报、指令、数据和信号中所包含的一切可传递和交换的内容。
　　下面，只限于研究水利工程运行管理中的信息管理系统。运行管理信息的内容:首先是前面提到的水情、工程安全、设备运行的信息;所说的主要是实时监测的信息，还要包括历来的信息;工程基本情况，包括从规划、设计、施工到验收。水利工程管理单位都有防洪安全的任务，因此，还要有与防洪有关的其它信息;当然，工程管理单位的其他管理业务，如行政管理、经济管理等信息，也应属于管理信息。系统的定义和组成:系统是由人、机器和方法组成的，用于完成一组特定功能的集合体。这里的机器和方法也就是大家通常所说的硬件和软件。信息管理系统的建设:硬件方面可以从最简单的单一电子计算机开始，条件具备的可以建设局域网到广域网，甚至建立超高速网络系统。在图2中，可以看到简单的局域网的组成。软件的核心是功能强大的数据库，可以从较简单做起，到包括信息库、知识库、方法库、图形库、分析结果库、超文本库。完善的信息管理系统还包括办公自动化系统、决策支持系统、人工智能系统等。
6.建设好现代化运行管理系统
6.1选定建设项目
　　一个完整的现代化运行管理系统，包含以上所说的许多项目，根据需要和可能可以一次建成，也可以选择部分项目实施。例如:重要的综合利用枢纽工程，应该建设完整的现代化运行管理系统;集水面积较大，防洪任务较重的工程，应先做水情自动测报系统;大型和重要的中型水库土坝，应设置安全监测自动化系统;大、中型水闸孔数较多和水库泄洪较频繁的应建设闸门集中控制系统。工程运行管理信息管理系统的建设可以根据条件逐步形成、完善、提高。
6.2在建设过程中学习
　　现代化运行管理系统涉及许多学科、专业，包括水工建筑、水文、机电、自动化、电子计算机、无线电、信息科学等。主持这项工作的负责人要学习，今后准备担负系统运行管理的人，更要认真学习，真正掌握现代化运行管理系统的知识。
6.3加强系统建设过程的监管
　　包括可行性研究、设计、合同承包、考核验收、使用保修各个阶段。必须经过可行性研究和作出具体的设计，不能在业主一无所知或知之不多的情况下，由承包者做到那里算那里;承包单位必须有相应的资质和真正的业绩;设计和合同必须明确实现系统功能的技术措施、系统各组成部分的技术指标、主要设备和组件的选型、性能、制造国、产地、品牌;系统的土建要求也要确定，土建完成后经过验收，才能安装。
6.4认真做好系统防雷
　　由于系统许多设备都在室外，在雷电多发地区，如果不做好系统防雷，往往不能保证系统正常运行。甚至，某水库曾经以防雷问题无法解决为理由，取消了安全监测项目的建设。系统防雷可以从以下几方面采取措施:
　　l)环境防雷
　　防止直接雷击，所有室外设备和中控室所在建筑物，都要有完善的避雷针(带)，包括可靠的接地，并经过防雷检测部门检验合格，这些通常属于由建设单位提供的条件。
　　2)线路防雷
　　感应雷常常通过各种线路进入、损坏设备，除了天线，动力线、电源线引人同样都要有避雷器。露天的操作电缆和控制(号)电缆，应穿人镀锌管，埋人地表以下0.5一lm，镀锌管沿线应有效接地。光纤通信技术的使用，大大地解决了线路防雷的问题。随着光纤通信的普及，成本价格不断降低，长距离的信号传输线路，可以考虑采用光纤。
3)设备防雷
　　所有设备的输人端子，都应加上有效的防雷保护器件。国内外新开发的新型保护器件相当有效，但价格较高。目前，多数都已采用串行数据传输，减少了输人线和保护器件成本。采取了以上综合措施，系统受雷电影响失效的机遇很少，万一着雷，也只要简单地更换输人端防雷保护器件便可以恢复正常运用。
6.5关于水情预报和水库调度
　　工程(水库)建立了水情自动测报系统，可以及时掌握降水、上下游水位和进库水量，保证工程安全，同时，改善工程管理人员的工作条件，减轻他们的劳动强度。在这个基础上，积累了实测资料，经过整理、分析研究，提出预报和水库防洪、兴利调度方案，编成程序，可以实现水库控制运用自动化。未有实测资料以前，编写的预报调度方案，没有办法验证，不宜投人实际应用，因此，也不宜花费太多的投资。 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/sklw/slgc/250938.html