张 佳1，2，何新林1*，王来印2
（1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子 832000；2.新疆生产建设兵团第八师石河子市水利局）
收稿日期：２０15—06—0１
*通讯作者：何新林（1966－），男，教授，从事水文水资源方向的研究。Ｅ-mail：hexinlin2002@163.com。
摘要：随着水利事业突飞猛进的发展，水库自动化运行管理也显得尤为重要，各种问题需要不断完善。本文针对目前国内水库运行管理的现状，分析其运行管理存在的问题，提出水库自动化运行原理及总体设计方案，对水库自动化的未来发展提出一些设想。
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关键词 ：水库；自动化；运行管理
1 水库运行管理现状及存在的问题
水库是国内防洪工程广泛采用的措施之一，在防洪区中上游河道合适的位置建造水库进行拦截调蓄洪水，以减少进入下游河道的洪峰流量，同时以此减少洪水带来的损失。目前，我国大部分水库仍然延续传统运行管理模式，严重依赖人工对信息的采集及处理，自动化监控系统没有被广泛推广和应用，并且水平良莠不齐。
自2000年以来，水库自动化监控系统在国内发展速度突飞猛进，并取得了一些宝贵的经验。现存系统虽结构比较完善，但并不能满足当今水库调度运行管理的需要，其原因是这些系统自动化技术主要集中在总体框架上，缺乏较强的针对性。
截止目前，八师石河子垦区已建成大、中、小型水库15座，其中大型水库3座（蘑菇湖水库、夹河子水库、跃进水库），中型水库4座（大泉沟水库、洪沟水库、安集海水库和安集海二库），小型水库8座（献礼水库、卡子湾水库、卡子湾拦洪坝、大石碑水库、牛圈子水库、四大滩水库、吐尔条沟水库和莫索湾水库），水库总库容5.44亿m3，年调节水量超过12亿m3，控制灌溉面积19万hm2。在工农业生产生活中，这些水库具有灌溉、防洪、供水等综合利用要求，在经济发展和环境保护方面有着不可替代的重要作用。而这些水库运行管理采用人工管理模式，监测系统多为人工观测，自动测报系统落后，难以适应水库防洪及灌溉运行管理的需求，特别是夹河子水库、安集海水库、安集海二库、洪沟水库、卡子湾水库、卡子湾拦洪坝6座拦河水库的问题异常突出，尤其在汛期，水库安全运行管理态势高度紧张，全体管理人员严阵以待。
2 水库自动化运行原理及系统方案设计
针对某一流域内的水文情势，结合水文、水利知识对相关水利设施枢纽进行统一调度，以达到最大限度的减少流域水情灾害带来的社会经济损失的目的，我们把这种水利设施枢纽运行方式称作水库调度。调度的合理与不合理直接影响到流域周边居民的生命及财产安全，同时水库调度也是优化配置与调节流域地表水资源的重要途径。充分利用水库调度这一功能，可以促进当地水资源的可持续发展与循环利用。
大坝安全自动化监控系统就是针对水库堤坝各种情况进行实时数据收集、管理与分析，系统对收集到的数据进行处理之后，不仅能提供给用户作为在线分析决策的依据，而且也能提交给上一级分析系统做出更精确的分析和处理，为堤坝安全提供了可靠的评估依据，确保水库堤坝设施安全运行。
水库自动化监控系统属于一种多层结构系统。它与传统的监控系统存在一定差异，其服务器的终端可以达到业务数据层和规则层，用户端的操作界面全部由Web页面组成[１]。由于水库自动化监控系统是对功能进行分层，所以数据系统结构显得更为简洁和合理，功能将日趋完善。数据系统的运行、维护和升级均由服务器终端来进行，客户端不承担数据系统的管理任务，这样有利于管理者更多地投入到与其专业相关的工作中。
实现水库的自动化监控，发挥自动化监控系统应有的作用，需要首先解决以下问题：（1）确定主要监控项目，即水情监测、工情监测及大坝安全监测；（2）根据水库坝址的水文、地质、气象等条件，合理布置监控点；（3）建立具有平原水库特色的监控模型，对突然发生的水情、工情情况做好及时与准确的分析；（4）挑选精度较高、稳定性较好、耐久性强的仪器进行水情数据信息采集工作；（5）选择高效、保密且稳定的水库水情数据传输方式，建立自动化程度较高的信息共享网络系统；（6）设计具有实用性特色的人机交互界面，方便用户从多个角度获取所需的信息，同时能够全面分析水库水情、工情情况，为水库防汛与优化调度提供决策依据。
水库自动化监控技术的实现主要依靠系统软件来执行，借此来实现水情预报、大坝安全监控、水利调度、闸门控制、视频监控等诸多功能，将上述主要功能的子系统进行网络集成，创建一个支持各子系统之间实现信息共享的工作平台，更有效的进行水库自动化监控。系统物理结构采用B/S模式3层结构，网络化集成自动化监控系统可看作是各子系统之间进行网络信息化的中间纽带。
水库自动化监控系统建设内容与目标：（１）建立水情监控系统，根据水库水位及气象变化情况，进行实时水情预报；（２）建立水库自动调度系统，监测水库入库水量、下泄量的变化情况，进行水库闸门遥控，准确完成调蓄调度；（３）建立水库远程监控系统，实时监测大坝安全；（４）建立信息采集与管理系统，实现监控数据的保存、处理；（５）建立网络多功能平台，实现水库监控数据的共享，为上级用户提供决策依据。
水库自动化系统性能分析：（1）安全可靠性。水库监控数据一般都需长期保存，作为历史数据，而计算机系统易出故障，难以保证数据的完整性，有时必须采用笔录，以便手工恢复原有数据。系统必须具备安全机制，可以防止信息被破坏和泄漏，同时保证数据共享的安全性，根据其权限类别限制其使用权限。因为水库监控数据的准确性会直接影响到水利部门的相关决策，所以收集的监控数据一定要安全、可靠。（2）通用性水库监控系统的设计应该符合相关标准，具有良好的通用性，以便不同的用户可以互相操作，这样方便了用户对各种数据的查询，因为辅助查询的系统可能不唯一，所以查询系统应该支持多平台运行结构，有利于水情信息的及时共享。（3）实时性。要想迅速采集水情信息，让有关上级主管部门根据这些信息做出快速、准确的决定，使洪涝灾害造成的各种损失降到最低，所以在监控系统设计中要突出实时性。系统数据实时性的常用评价标准是设备信号出现在Web系统的时间为1 s左右，从Web系统到达终端的时间保证在1 min内。（4）实用性水库自动化监控系统的主要目的是为水库防洪调度决策提供支撑的量化指标。系统设计要结合水库的调蓄特点以及实际要求，充分考虑系统可用性与可操作性，同时做到操作方便简单，界面清晰整洁，以便大大提高系统的可操作性。（5）灵活性。水库监控系统应该具备较好的灵活性，比如遇到低温天气水库结冰的情况，可以通过加装冰层厚度传感器对冰厚进行实际观测。灵活性主要是指系统能够根据以后水库自动化监控系统的发展趋势和需要，扩展网络系统覆盖和观测站点分布的范围，同时还应该拥有多种通信媒体，提供系统的技术升级和设备更新。
3 关于水库自动化的未来展望
水库自动化系统不仅反应精度高，而且能很快的发现并解决异常现象，对一些潜在的危险情况还能进行记录、分析与预警。本研究认为，水库自动化监控系统研究最终的发展方向应该是兼顾水资源优化调度和提供防汛抗旱决策支持的系统。对此有以下想法与建议：（1）如何利用先进的网络通讯技术进行水情监测信息的快速、准确共享，是当今水库自动化监测系统发展面临的主要问题。应该从传感器选择、信息传输、调度模型优化等多方面综合考虑，深化三维可视化技术，使水库监测效果更加逼真，内容更加丰富。正如将WEB技术与GIS技术进行结合，从而完成水情监测预报的工作模式，已被越来越多的用户采纳和使用，并取得不错的效果。（2）目前的水库自动化监测系统大多只能对单个水库进行实时监测和调度，而运用同一个系统对同一地区不同的水库进行联合监测和调度，从而实现水库群的监测与调度，将成为今后水库自动化监控系统的主要发展趋势。
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参考文献
[１]高凤海.水库运行管理中自动化系统应用问题及对策[Ｊ].黑龙江科学， 2014，5（12）：253.