水库安全检测信息化

水库大坝管理信息化技术目录1概述2水库大坝管理信息化的主要技术3安全监测信息化4水雨情测报信息化5水库调度管理信息化6大坝风险评估与应急管理信息化7水库大坝日常管理信息化8水库大坝管理信息化系统开发3安全监测信息化水库大坝管理3.1概述3.1.1大坝安全监测定义与意义大坝安全监测：对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境等对象按一定频次进行的定期或不定期的直观检查和仪器探查。数据和资料搜集分析评估安全性保证安全运行3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述位置：法国南部瓦尔省莱兰河上作用:供水、灌溉设计师：法国著名土木工程师科依内(AndréCoyne)规格：H*W=66m*223m材质：钢筋混凝土法国马尔巴塞（Malpasset）溃坝，1959年法国马尔巴塞（Malpasset）溃坝，1959年3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述开工1952年建成1954年投入

运转1958年底事故1959年12月2日3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述连降大雨达最高水位开闸泄洪溃坝中午6:00

PM9:00

PM1-2日法国马尔巴塞（Malpasset）溃坝，1959年3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述责任调查结果显示：建设前未充分地质钻探建成后无观测设备进行系统检测有关责任方采取了对民众生命财产不负责的态度。法国马尔巴塞（Malpasset）溃坝，1959年“世界之最”意大利瓦依昂大坝滑坡，1963年3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述位置：阿尔卑斯山区中作用:发电、水库规格：H=262m设计结构：混凝土双曲拱“世界之最”意大利瓦依昂大坝滑坡，1963年3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述

始建于1957年1962年底加速蓄水1963年9月28日连降大雨1963年10月9日夜发生事故“世界之最”意大利瓦依昂大坝滑坡，1963年3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述“因工程师和地质学家失误”造成的人类工程悲剧之一河南驻马店溃坝事件，1975年Text

here3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述背景上世纪50年代末河南总结山区水利的经验“以蓄为主，以小型为主，以社队自办为主”。当时已经有少数懂水利和建设的专家和工程师提出反对意见，但无人理会。到20世纪60年代末，驻马店地区新增水库100多座，工程管理十分混乱，但当地河流的排洪能力非但没有增强，反而年年递减，孕育着严重危机。河南驻马店溃坝事件，1975年Text

here3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述8月超强台风引起特大暴雨8月6日开始有小水库崩溃8月8日近60座库在数小时内相继垮坝溃决8月21日尚有数十万灾民泡在水中京广线被冲毁102公里中断行车18天影响运输48天直接经济损失近百亿元河南、安徽29个县市受灾1700万亩农田被淹1100万人受灾倒塌房屋596万间六十二座水库漫顶垮坝板桥、石漫滩两座大型水库竹沟、田岗两座中型水库58座小型水库3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述河南驻马店溃坝事件，1975年河南驻马店溃坝事件，1975年Text

here3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述反思修建方法粗陋，存在质量问题特大台风和特殊地理环境暴雨严重影响通讯设施板桥水库的应急物资仓库里缺乏应急设备特大暴雨连续降雨水位暴涨设计修建问题地质勘测不足修建粗陋修改设计参数缺乏安全监测未定期监测未分析安全性缺乏监测设备通讯不及时设备落后决策延迟应急设备不足3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述溃坝事件主要问题总结3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述原型观测阶段（1891-1964年）过度阶段（1965年-1985年）安全监测阶段（1985年-现在）目的：

研究大坝的实际变形、温度和应力状态，重点是检验设计，改进坝工理论实例：

1891年，德国埃施巴赫重力坝开展大坝位移观测1903年，美国新泽西州布恩顿重力坝开展温度监测1908年，澳大利亚新南威尔士州巴伦杰克溪薄拱坝开展变形观测1925年，美国爱达荷州美利加——弗尔兹坝，开展扬压力观测3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述原型观测阶段（1891-1964年）过度阶段（1965年-1985年）安全监测阶段（1985年-现在）目的：由于国际上一些大坝失事造成的严重后果，人们逐渐意识到大坝安全的重要性，对坝体的监测扩展到坝基和库岸目的：以保证大坝安全运行为主要目的3.1.2大坝安全监测的作用及意义3.1概述对象：大坝的坝体、周岸及相关设施方法：监测设备及仪器→收集状态参数→分析与处理目的：运行规律和工作状态→安全状况和发展趋势精度高运算速度快存储量大传输便捷3.1.3大坝安全监测的业务范畴3.1概述巡视检查变形监测渗流监测应力监测环境因子监测地震反应监测水力学监测分类：日常巡视检查、年度巡视检查和特别巡视检查项目：坝体、坝基、坝区、溢洪道、输泄水洞（管）、近坝岸坡等3.1.3大坝安全监测的业务范畴3.1概述巡视检查变形监测渗流监测应力监测环境因子监测地震反应监测水力学监测大坝在运行中，由于自身的重力,水和泥沙的压力、应力、温度等因素的影响，坝体本身及其上下游一定范围内的地壳都会产生某些程度的变形,若变形超出了允许的极限范围,就会产生安全隐患，影响大坝的安全性态。因此，必须对坝体进行变形监测,确定测点在某一时刻的空间位置或特定方向的位移，以便随时掌握大坝在各种荷载作用和有关因素影响下的变形是否正常。3.1.3大坝安全监测的业务范畴3.1概述巡视检查变形监测渗流监测应力监测环境因子监测地震反应监测水力学监测大坝建成运行后,由于受到上下游库水压力、坝体混凝土温度、时效等因素的影响,不可避免地会出现坝体、坝基、坝肩渗流现象。渗流要素一旦超过允许值,就会威胁大坝安全,造成大坝破坏和失事。3.1.3大坝安全监测的业务范畴3.1概述巡视检查变形监测渗流监测应力监测环境因子监测地震反应监测水力学监测大坝安全监测的主要项目之一观测内容：混凝土应力观测、渗压力观测等主要仪器：钢弦式应力计、电阻式应力计、差动式(卡尔逊式)应力计等,其中差动电阻式仪器在我国应用最为广泛电阻式应力计振弦式钢筋应力计3.1.3大坝安全监测的业务范畴3.1概述巡视检查变形监测渗流监测应力监测环境因子监测地震反应监测水力学监测水位监测水库水面的高程称为水位,大坝蓄水之后,上下游水位的落差会导致坝体,坝基出现渗流现象。作用：水库蓄水量、水库流量常用仪器：水尺、水位计等3.1.3大坝安全监测的业务范畴3.1概述巡视检查变形监测渗流监测应力监测环境因子监测地震反应监测水力学监测2.温度监测为了获取大坝及其基础内的温度分布及变化规律,分析温度变化对大坝变形分量的影响强弱以及应力状态的变化规律,必须建立大坝及其基础的温度测量系统。温度观测主要分为气温、水温、混凝土温度等。3.1.3大坝安全监测的业务范畴3.1概述巡视检查变形监测渗流监测应力监测环境因子监测地震反应监测水力学监测3.降水量监测降水是地表水和地下水的根本来源,因此,掌握流域内的降水情况,不仅是了解水情必不可少的因素,也是进行水库洪水预报﹑径流预报必不可少的因素,必须对降水量进行观测。常用的仪器有雨量器和雨量计。雨量监测仪3.1.3大坝安全监测的业务范畴3.1概述巡视检查变形监测渗流监测应力监测环境因子监测地震反应监测水力学监测对于设计等级较高的大坝,应设置地震反应监测系统,以记录强震动加速度时程。设计地震烈度水坝需设置设施≥7度1级土石坝结构反应台阵≥8度2级土石坝1级土石坝场地效应台阵3.1.3大坝安全监测的业务范畴3.1概述巡视检查变形监测渗流监测应力监测环境因子监测地震反应监测水力学监测水力学监测项目包括:水流流态,水面线(水位)、波浪、动水压强、水流流速流量、消能(率)、冲刷(淤)变化、通气量、掺气浓度、空化噪声、过流面磨蚀﹑泄洪雾化、冰清等3.1概述3.1.3大坝安全监测的业务范畴3.1.4大坝安全监测管理现状3.1概述国外开展大坝监测自动化设备研制始于20世纪60年代末。意大利自20世纪70年代以来一直处于国际领先地位,推出了微机辅助监测系统,实现了大坝安全监测的自动化。法国,葡萄牙注重监测资料管理的自动化;西班牙等国家大坝监测的特点是管理自动化加部分采集自动化。俄罗斯、意大利等国和我国一样在现阶段均致力于大坝安全监测专家系统的发展,进展很快。目前,国际上有代表性的系统有美国CampbellScientific公司的CR-IO系统,澳大利亚Datataker公司的数据采集仪,美国Oeomation公司的2380系统,意大利ISMES研究所的GPDAS系统。其中,CR-IO系统的测量单元机芯被世界大多数监测仪器制造商（包括基康、SINCO、ROCTEST等)用作自动化系统的采集单元3.1.4大坝安全监测管理现状3.1概述我国大坝安全监测自动化系统研究工作起步于从20世纪80年代初。分布式体系结构通信方式多样化供电方式多样化防雷抗干扰能力增强我国大坝安全自动化系统特点：减轻信号干扰和衰减提高通讯速率、抗电磁干扰能力、抗雷击能力可以利用交流电﹑直流电﹑蓄电池、太阳能等供电。提高系统稳定性、持续性、防雷击性能和可靠性3.1.4大坝安全监测管理现状3.1概述我国大坝安全监测自动化系统研究工作起步于从20世纪80年代初。2001年6月,水利部发布了《大坝安全自动监测系统设备基本技术条件》,这是我国大坝安全监测领域中对监测数据采集系统的第一个行业标准，于2001年12月实施从此大坝安全监测数据采集系统逐步走上标准化、规范化的发展轨道3.2.1系统功能需求

3.2安全监测的功能需求1.数据采集控制功能作为自动化监测系统,必须具有能够控制智能测控单元(MCU)的功能。此功能应能对MCU进行状态查询,对测量起始时间,测量周期,采集方式进行设置,为用户提供一个与前端监测仪器进行对话的界面环境。3.2.1系统功能需求

3.2安全监测的功能需求2.在线异常值诊断处理功能在线实时提示预警是大坝安全监测自动化系统一个很重要的功能。根据监控信息,对异常的数值做出判别,并进行相应的处理后,必要时做出提示报警。这种功能也称为在线快速校核与预警功能。3.2.1系统功能需求

3.2安全监测的功能需求3.数据预处理功能入库后的监测数据必须经过可靠性检验和统计学处理,使其成为反映水工结构性状的可靠信息。只有根据可靠的观测数据和资料,才能正确地对大坝性状做出解释和进行安全评价。这些数据处理工作统称为数据预处理。3.2.1系统功能需求

3.2安全监测的功能需求4.模型生成与应用监测效应量的变化并不是独立的,与环境量的变化有一定的关系。分析两者的数据得出反映环境量和效应量之间最佳关系的回归函数式,作为该测点单点的监控或预报模型。系统软件要能够生成监控或预报模型,并且随着时间的积累﹐能重新建立模型。3.2.1系统功能需求

3.2安全监测的功能需求5.图表分析功能按照大坝监测相关标准和规范对监测数据整编的要求,系统软件应提供绘图分析和制表功能,以辅助水库大坝管理人员进行监测数据的直观分析。3.2.1系统功能需求

3.2安全监测的功能需求6.数据输入和管理功能7.数据输出功能8.其他功能3.2.2系统构架

3.2安全监测的功能需求目前,我国的安全监测系统中,多采取客户机/服务器(C/S)模式。客户端处理部分工作服务器端服务器：高性能PC或工作站等数据库系统：Oracle、sybase、informix等优点：1.提高客户端响应速度2.提高了系统运行速度3.增强了系统的健壮性4.部分实现了分布计算功能缺点：1.只适用于局域网2.工作量大、维护成本高3.可移植性差3.2.2系统构架

3.2安全监测的功能需求新的软件系统构造技术——B/S模式优点：1.应用范围广2.维护升级方便3.移植性强目前,具有代表性的两大技术为:由SUN和IBM等联合提出的JavaEE框架由Microsoft公司提出的.NET框架3.2.3系统数据库结构3.2安全监测的功能需求数据库的构建是系统的基础。一切操作均是建立在数据库之上的。在大坝安全监测逐渐走向自动化、智能化、网络化的过程中,采用更强大的数据库访问技术是种种必然趋势。ADO(ActiveXDataObject)技术是一种较好的选择。在确定数据关系之前要先理清所有数据的实体、实体属性以及实体之间的关系。E-R图(EntityRelationshipDiagram)是用来表示实体、实体属性以及实体之间关系的直观方法。3.2.3系统数据库结构3.2安全监测的功能需求数据库接口对比实现VisualC++访问数据库的接口技术有以下几种:①ODBC(OpenDataBaseConnectivity):开放式数据库连接。②MFCODBC(MicrosoftFoundationClassesODBC):MFC开放式数据库连接。③DAO(DataAccessObject):数据访问接口。④OLEDB(ObjectLinkandEmbeddingDataBase):对象连接与嵌入。⑤ADO(ActiveXDataObject):ActiveX数据对象。3.3.1巡视检查的目的及工作内容3.3巡视检查标准化管理日常巡视检查年度巡视检查特别巡视检查检查对象：建筑物各部位、闸门及启闭机械、动力设备、通信设施、水流形态和库区岸坡等巡检人员：专职人员时间：每年汛前汛后,在冰冻期和融冰期巡检人员：管理单位负责人检查对象：水库工程进行全面或专项检查。时间：在坝区遇到大洪水、大暴雨、有感地震、库水位骤变、高水位运行以及其他影响大坝安全运行的特殊情况巡检人员：管理单位负责人组织力量进行检查,必要时报请上级主管部门及有关单位会同检查。3.3.1巡视检查的目的及工作内容3.3巡视检查标准化管理坝体坝肩坝基泄洪设施巡视检查主要内容3.3.1巡视检查的目的及工作内容3.3巡视检查标准化管理巡视检查的记录与报告要满足以下要求:①每次巡视检查应做好现场记录,有关人员签名。如发现异常情况,则应详细记录,记录内容包括时间(月、日、时)、部位(尽可能具体)、险情描述(必要时绘出草图)、库水位、气象、值班检查人员和记录人员,有关人员均应签名。②现场记录必须及时整理,并将本次巡视检查结果与以往巡视检查结果进行比较分析，如有问题或异常现象,应立即进行复查,以保证记录的准确性。③汛期巡视检查中发现异常现象,应立即采取应急措施,并向上级报告。④汛期巡视检查的记录、图件和报告等均应整理归档,以备查考。3.3.1巡视检查的目的及工作内容3.3巡视检查标准化管理3.3.2巡视检查常用设备和方法3.3巡视检查标准化管理特殊方法常规方法①常规方法。采用眼看、耳听、手摸、鼻嗅、脚踩等直接方法或辅以锤、钎、钢卷尺、放大镜、石蕊试纸等简单工具,对工程表面和异常现象进行检查。②特殊方法。采用挖探坑(或槽)、探井、钻孔取样或孔内电视、向孔内注水试验、投放化学试剂、潜水员摸探或水下电视、水下摄影或者录像等方法,对工程内部、水下部位或坝基进行检查。安全检查方法3.3.2巡视检查常用设备和方法3.3巡视检查标准化管理巡视检查要求①日常巡视检查人员应相对固定,熟悉水库工程情况，检查时应带必要的辅助工具。②汛期高水位情况下对大坝表面(包括坝脚、镇压层)进行检查时,宜进行拉网式检查。③年度巡视检查和特别巡视检查,均须制定详细、切实可行的检查工作计划拉网式检查毛尖山水电站大坝测量汛期夜间巡检3.3.2巡视检查常用设备和方法3.3巡视检查标准化管理巡视检查要求(a)安排好水库调度,为检查输水、泄水建筑物或进行水下检查创造条件。(b)做好电力安排,为检查工作提供必要的动力和照明。(c)排干积水,清除堆积物。(d)安装或搭建临时交通设施,便于检查人员行动或接近检查部位。(e)采取安全防范措施，确保工程、设备及检查人员的安全。(f)准备好工具、设备、车辆或船只,

做好测量、记录、绘草图、照相、录像等准备。年度巡视检查和特别巡视检查3.3.2巡视检查常用设备和方法3.3巡视检查标准化管理安全检查内容①大坝。包括坝体、坝顶、坝坡、坝肩、坝脚、排水沟、排水棱体等②泄洪设施、输水设施等混凝土建筑物。检查其有无裂缝、渗漏、剥蚀、冲刷、磨损、气蚀及脱碱等现象,混凝土伸缩缝有无损坏现象,填充物有无流失现象。坝顶出现裂缝3.3.2巡视检查常用设备和方法3.3巡视检查标准化管理安全检查内容③闸门、启闭设施、电源等金属结构。有无扭曲变形、锈蚀现象,有无堵塞现象,无老化、漏水现象,启闭机运转是否正常、有无不正常声响及振动现象等④水流形态。是否平顺、有无不正常流态、冲刷淤积等现象。闸门滑轮锈蚀严重⑤附属工程。包括管理用房及办公设施、交通道路、安全防护设施、消防设施、避雷设施等。3.3.2巡视检查常用设备和方法3.3巡视检查标准化管理检查判断标准良好指建筑物性态和运行性能良好,能按设计条件运行。正常指建筑物性态和运行性能正常,基本能按设计条件运行,但需要维修。较差指建筑物性态和运行性能可能达不到设计条件,必须修理。很差指建筑物质量无法达到设计条件。3.3.2巡视检查常用设备和方法3.3巡视检查标准化管理检查报告3.3.3标准化巡视检查设计3.3巡视检查标准化管理制作形式和文件报告的素材必须满足“标准化”的要求，具有“模块化”的属性。3.3.4巡视检查管理信息化3.3巡视检查标准化管理(1)巡检计划管理(2)巡检人员管理(3)巡检记录录入(4)巡检记录上报(5)巡检报告查询(6)巡检项目管理3.4大坝安全监测信息的采集与处理现场实时自动采集现场实时自动采集系统安装在现场监测管理站的数据采集工作站上,系统通过与枢纽安装的自动化测量控制单元(MCU)进行数据通信,完成数据采集工作。远程控制自动采集远程控制自动采集系统是目前国内及国际上自动化监测系统研发的重点,是以计算机网络控制与MCU自动化控制为基础实施的一种自动化数据采集方式。数据采集3.4大坝安全监测信息的采集与处理数据处理线性回归分析曲线拟合分析对监测数据进行处理分析的方法很多，系统主要提供最基本的常规分析,包括图表综合分析(含数据统计)、线性相关分析、曲线拟合分析和统计模型分析(即逐步回归分析),以及初步的结构化推理功能。3.5大坝安全检测资料整编分析3.5.1监测数据质量评判与误差处理上下限法数据超过正常值上限或下限即为异常值。对于渗流压力水位,一般上限为管口或孔口高程，下限为管底高程或仪器设置高程以下0.5m。限值异常值3.5大坝安全检测资料整编分析3.5.1监测数据质量评判与误差处理尖峰识别数据xt、xt+1、xt+2,当xt+1-xt>B且xt+1-xt+2>B或xt+1-xt<B且xt+1-xt+2<B时(B为变化允许范围),则x+1为异常值。txtxt+1xt+2x3.5大坝安全检测资料整编分析3.5.1监测数据质量评判与误差处理统计模型法当统计模型复相关系数较大时,可用统计模型识别异常数据。若s为统计模型剩余标准差,x统计为统计模型预测值,x实测为实测值,当|x统计一x实测|>3s时，x实测为异常值。3.5大坝安全检测资料整编分析3.5.2大坝安全监测资料整编方法监测资料整理和整编基本要求1.每次监测完成后，及时检查数据准确性、可靠性和完整性2.通过计算及图表等检查和判断变化趋势3.随时补充或修正有关资料3.5大坝安全检测资料整编分析3.5.2大坝安全监测资料整编方法资料定期整编基本要求①在施工期和初蓄期，整编时段视工程施工和蓄水进程而定,最长不宜超过1年。在运行期,每年汛前应将上一年度的监测资料整编完毕。②监测资料的收集工作应包括以下主要内容:第一次整编时应完整收集工程基本资料、监测设施和仪器设备考证资料等;收集有关物理量设计值和经分析后确定的技术警戒值。③收集整编时段内各项日常整理后的资料，包括所有监测数据、文字和图表。④在收集有关资料的基础上,应对整编时段内各项监测物理量按时序进行列表统计和校对。⑤整编资料的主要内容和编排顺序为:封面、目录、整编说明、工程基本资料及监测仪器设施考证资料(第一次整编时)、监测项目汇总总表、巡检检查资料、监测资料、分析成果、监测资料图表和封底。⑥刊印成册的整编资料应生成标准格式电子文档。3.5大坝安全检测资料整编分析3.5.2监测资料分析与成果应用经常性监测资料分析一般每隔5年进行1次,也可结合大坝安全鉴定评价工作进行。应满足下列要求:揭示主要监测量的分布规律及变化规律

评价大坝工作性态

提出主要的大坝安全运行监控指标经常性监测资料分析,可结合日常资料整理、年度资料整编及大坝安全年度详查进行。发现异常情况应及时分析、判断,对确有问题的,应及时上报。长期监测资料分析3.5大坝安全检测资料整编分析3.5.2监测资料分析与成果应用监测资料分析方法比较法作图法特征值统计法数学模型法3.5大坝安全检测资料整编分析3.5.2监测资料分析与成果应用监测资料分析报告主要是根据监测资料的分析成果,对大坝当前的工作状态(包括整体安全性和局部存在问题)做出评估,并为进--步追查原因加强安全管理和监测,以及采取防范措施提出指导意见。报告的基本内容应有工程概况、仪器安装埋设、监测和巡视工作情况说明、主要成果资料分析内容和主要结论。3.6监测信息发布3.6.1信息发布系统的功能需求信息发布系统应具备的功能①系统基于网络浏览器方式运行。②系统具备地图展示功能。③系统提供数据/图形的多种分析、查询手段。④系统具备预警信息发布功能。⑤系统整合多种多媒体信息(相关知识、政策法规和影音、图片文件),并提供灵活的浏览功能⑥系统对不同的用户约定相应的操作权限和浏览范围3.6监测信息发布3.6.2信息发布系统的数据需求①水库大坝水情工情数据库。②地理信息数据。③预警信息。④与水库大坝相关的知识库、水库大坝病史、相关政策法规。3.6监测信息发布3.6.3水库大坝信息发布方案水库大坝信息发布要考虑面向大众,宜用B/S结构。由于涉及流域、位置等地理概念,因此地图功能是必不可少的。所以,水库大坝信息发布系统应