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飞来峡大坝安全监控辅助决策系统

文档作者：芦文言文档来源：广东省飞来峡水利枢纽管理局		点击数：	更新时间： 2024年06月12日
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第6期
2010年6月
广东水利水电
GUANGD0NG WATER RES0URCES AND HYDROPOWER
No．6
Jun．2010
飞来峡大坝安全监控辅助决策系统
芦文言
(广东省飞来峡水利枢纽管理局，广东清远511825)
摘要：飞来峡大坝安全监控辅助决策系统是基于原大坝安全监测系统的基础上研究建立的，两者相比，前者功能更强大，
更能满足日常运行工作的需要，特别是在洪水期间，通过辅助决策系统进行数据分析，能及时准确地为决策者提供洪水调
度的依据。
关键词：飞来峡水利枢纽；大坝安全；辅助监控；决策系统
中图分类号：TV698．1 文献标识码：B 文章编号：1008—0112(2010)06—0079—03
1 概述
飞来峡水利枢纽位于广东省北江中游清远市境内，
是以防洪为主，兼有航运、发电、供水、旅游等综合效益
的水利工程。枢纽主体为混凝土重力坝，主要建筑物有
溢流坝、电站厂房、船闸、土坝、4座副坝和社岗防护堤
等，它的建成对捍卫广州及珠江三角洲经济发达地区的
安全具有极其重要意义。
飞来峡水利枢纽工程观测项目多，覆盖面广，测点
分布范围广，观测的数据多而复杂。共计有温度计33
支，应变计69支，无应力计30支，钢筋计42支；扬压力
测孑L27个，渗压计6个，测压管33个，量水堰4个；7条
倒垂线，3条正垂线，4条引张线，1条视准线计55个测
点，几何水准及静力水准共计161个测点等。以上观测
项目自投入运行以来，获取了大量的观测数据，为飞来
峡水利枢纽安全运行提供了大量的观测数据和资料，为
及时了解大坝工作性态，及时发现隐患并采取措施，避
免事故的发生或扩大提供了第一手的资料。通过周密、
有效的监测和对观测数据的分析与判断，应该能够定期
评定大坝的安全状态和及时分析运行过程中的安全问
题，这是进行安全监测的主要目的。
2 原大坝安全监测系统运行情况
飞来峡大坝安全监测系统于1999年投入运行至今
已有10年多，系统硬件老化日益严重，故障频繁；软件
常出现无法打开、界面死机等现象。原系统的功能已无
法适应数据处理、分析、报表等工作的需要，更重要的一
点是，该系统没有自动分析功能，各种分析指标不明确，
结果不直观。主要存在的问题有：
1)系统防雷功能较差。由于监测设备广泛分布在
枢纽周边，地处空旷，设计之初对防雷效果考虑欠佳，导
致系统在日后雷雨季节运行中受雷击严重，设备损坏较
多，主要表现在枢纽的土坝、船闸部位，系统防雷虽经多
次改造，也收到了一定的效果，但雷击的影响仍然存在，
不时还影响系统的正常运行。
2)测点故障较多。系统故障测点主要表现在内观
仪器上，部分表现在外观仪器，内观仪器由于埋设在混
凝土内部，出现故障后无法进行修复，只能报废，测点故
障频繁的现象，也对系统正常运行带来影响，导致枢纽
的相关部位监测测点不足，采集的数据无法满足分析的
需要，无法正确反应该部位的运行情况。
3)系统电源布设不合理及电源线路老化。大坝安
全监测系统采用的是分布式系统，监测设备分布面广，
遍布整个枢纽坝区，现有的系统电源直接由大坝安全监
测机房输出，最长的用电设备线路达2．5Km，沿途压降
明显，加上多年的运行，线路老化，目前最末端的工作电
压低于190V，巡测时常出现测量故障或测量数据传输
失败的情况。
4)设备老化，测值报警。系统运行10年来，部分
设备及传感器出现老化导致灵敏度下降，数据出现异常
或超限，采集系统常出现报警。
5)系统数据处理及分析功能不健全。由于涉及到
庞大的数据，在对数据报表及分析时常出现死机现象，
无法适应庞大数据处理的需要，尤其是在洪水期间需要
收稿日期：2009—12—15； 修回日期：2010—04—22
作者简介：卢文富(1979一)，男，助理工程师，从事大坝安全监测工作。
· 79 ·
2010年6月 第6期 卢文富，等：飞来峡大坝安全监控辅助决策系统 No．6 Jun．2010
对水工建筑物某一部位的监测数据进行实时分析时，系
统无法自动进行分析及统计，不能清晰地反应出当时水
工建筑物的运行状态，给决策者的决策带来一定困难。
综合l0年来的运行情况表明，该系统已无法再满
足日常运行工作的需要，监测数据无法及时进行自动分
析，无法及时掌握大坝的运行情况，也无法及时为防洪
调度提供准确的数据，因此，迫切需要建立一个功能更
强大的系统，通过对监测数据及时实时的分析，保证让
决策者能够在最短的时间内掌握大坝的运行情况。
3 建立辅助决策系统的意义 ·
飞来峡水利枢纽设置了大量的观测仪器和设备，并
进行了有效的观测。这些自动化观测数据和资料虽然
能够进行图形绘制、报表制作和离线分析，但分析处理
的结果基本都是针对观测数据本身的，一些观测结果并
没有转换成相应物理量(如，应变观测值没有计算出相
应部位的应力)，更没有将观测结果与物理力学概念相
联系(将应力和变形与允许应力和安全度相联系)，没
有将观测结果与飞来峡工程本身的工程地质条件、结构
特性、运行调度等相联系，进而分析大坝和其它建筑物
的安全性态，造成观测数据事实上的浪费，不能及时为
防洪调度提供决策依据。
同时，由于观测的数据量大，现有的观测系统也不能
及时提供运行管理所需的各项资料及报告、报表等，每次
都要花大量的人力进行这些常规的基本工作，占用了大
量的时间，因此也就谈不上对观测结果进行深入分析了。
针对飞来峡水利枢纽防洪为主的运行模式，通过实
时观测和对观测成果的分析，将枢纽工程主要建筑物的
目前安全状态反映在眼前，并预测下一级洪水位下建筑
物的安全状态，为各级领导和防洪调度提供直观的形式
成果，这对帮助领导决策是具有十分重要意义的，但现
有安全监测自动化数据采集与监控管理系统不能做到
这一点。
由于飞来峡大坝安全监测系统设计时主要考虑了
数据采集的自动化，对于数据处理只提供了较初步的功
能(如简单的报表、绘图功能)，导致对监测数据的处理
分析能力严重不足。在近10年的运行实践过程中，发
现由于没有科学、先进的数据处理、分析手段，监测数据
的处理与分析只停留在表面，不能更全面地了解水工建
筑物的运行状况，更无法为枢纽今后的防洪调度提供决
策依据。
为此，必须建立能够快速反映建筑物工作性态的物
理量进行计算分析与报告的系统和符合飞来峡水工建
筑物实际特点的安全评判指标，并将飞来峡大坝安全监
· 80 ·
测系统的实测数据转化后与安全指标进行对比分析，从
而得到大坝安全状态的各种数据信息并有效直观地显
示，为今后的防洪提供决策依据，充分发挥枢纽的防洪
能力，实现防洪减灾，确保枢纽安全运行。
4 辅助决策系统结构及功能
4．1 辅助决策系统逻辑结构
辅助决策系统通过对所有监测数据建立统一数据
库平台，以全面而强大的管理工具实现各种来源的数据
高效集成。在此基础上，一方面要对各种数据进行在线
综合分析，从而与数据采集自动化相适应，实现数据在
线分析和对大坝安全及时进行评估，以掌控大坝的实际
运行工作性态；另一方面通过离线分析提取出水工建筑
物实际性态的信息，以便正确反馈水工建筑物安全性
态，其逻辑结构见图1。
图1 系统总体结构逻辑示意
4．2 辅助决策系统功能
辅助决策系统的数据，全部来自南京南瑞大坝所的
自动化采集，不包含手工采集数据，现南瑞系统的自动
化采集数据采用access数据库，本系统需要做的工作
是，根据南瑞系统测值数据的结构，组织本系统的测值
数据，把南瑞系统的access数据转化到oracle数据结构
中(因为南瑞自动化数据采集系统中的数据，除了变形
的最终数据需要本系统进行转化外，其他的测值就是为
最终的目的数据)。数据预处理是监测数据导人时，要
进行数据合理性判断，包括粗差识别处理、光滑处理、数
据抽取等功能。因为导入的数据除了应力数据都已经
进行了处理，所以只要计算应力的最终值。
综合分析研究目前国家有关规程规范，特别是进一
步分析飞来峡水利枢纽主要建筑物的有限元仿真分析
计算成果及相关试验、设计资料，根据需要补充进行部
分计算与理论分析，研究确定代表性建筑物典型观测项
目的安全监控指标，确定各种工作条件下的安全监控值
2010年6月 第6期 广东水利水电 No．6 Jun．2010
或者安全工作范围。特别是根据强度储备及超载分析，
求出各种情况下各监测物理量(应力、位移、抗滑稳定
及扬应力等)的安全监控指标值，如安全值、警戒值、危
险值等。主要功能有数据输入与处理、在线监控、数据
计算与处理、监测数据统计与查询、监测数据输出和报
表、离线综合分析、能够对变形等主要监测项目进行2
维、3维效果显示分析、能够对各坝段进行实时监控。
系统的总体功能见图2。
1 考 预 景
测 统 帮
表 控
预 管 助
报 理
-_一 -‘一 _一
程
I-
兰 兰 I l ●一
概 吐
表
_ 。一 ‘ 。一
统
汁
模
型
_ _ 一
囱 肉 囱囱囱向 上 数 据 备
图2 系统总体功能示意
4．3 辅助决策与数据分析
将统计模型与物理模型的成果有机结合，将典型断
面监控与普通观测项目监控等前期工作成果合并在一
个系统中，实现辅助决策。即将实时监控的主要建筑物
的应力状态、位移状态、安全状态以及特征值综合直观
显示，以供直观了解建筑物的安全性能与工作状态，并
在一定范围内可给出下一步拦蓄洪水后主要建筑物的
安全状态。将安全监控结果输出成为月报、季报、年报、
特报要求的结果。说明当前的各种状况及安全度，并与
设计、理论计算结果相比较，同时使用飞来峡安全监控
指标对测值进行安全判定，能够直观地显示、列出结果，
供有关技术人员参考(实际为集成所有模块成果)。原
系统中，数据表格的关系如表1所示。
在新的数据库分析系统中，为了建立和原数据库的
对应关系，建立了相应的数据结构，同时，为了数据显示
的合理性，对相关的数据进行了分组(比如把引张线
EX1的7个测点编成一组)，这样在数据显示时，就可
以根据测试的时问把同一组的数据同行显示出来。新
的数据结构和旧的数据库的对应关系见表2。
辅助决策时主要根据软件对监测数据的自动分析
结果进行，将监测数据全部导人辅助决策系统软件后，
根据实际情况进行相关的设置，该系统会自动对数据进
行分析。下面举个例子：假设飞来峡现时洪水频率为
50年一遇，现要检查3 厂房坝段是否处于安全状态，软
件将依据3 厂房坝段各监测仪器所采集的数据进行评
判分析，操作界面如图3所示。
表1 数据库表与观测项目对应
表2 新旧数据库表间对应关系
测试量 原表名 新的表名 对应项目
水平位移A21 CZZK1
垂直位移A22CZZK1
压力 A11CZZK1
量水堰 A43 CZZK1
环境量A51CZZK1
温度计A36CZZK l
钢筋计A33CZZKI
应变训‘ A31CZZK1
无应力计A32CZZKI
RESU
一
PO1N W Y IP，LP，EX1，EX2，EX3，EX4
RESULT_ POIN_r_WY1 LB，LBC．JC
RESULT— —
POINT SL1 UP1，UP2，UP3
RESULT POINT W E W E
RESULT— POINT— —
HJ SW1，SW2，AT，RV
RESULT_ POINT_
W D T3，T4，T5
RESULT—
POINT— — GJJ RI，R2，R3
RESULT—
POINT—
YB S1，S2，S3，s4
RESULT— POINT～
W YL N1，N2，N3，N4
图3 界面示意
(下转第84页)
· 81·
2010年6月第6期 广东水利水电 No．6 Jun．2010
化、植被恢复等水土保持设施工程质量合格，经过试运
行，各项工程安全可靠，状况良好，未发现重大质量缺
陷，达到了批复方案中制定的水土流失防治目标，基本
完成了水土保持方案水土流失的防治任务，水土保持设
施达到了水土保持法律法规及技术标准规定的验收条
件，可以向水行政部门申请竣工验收。
参考文献：
[1] 陈劲跃．500kV榕江变电站工程水土保持设施验收技术评
估报告[R]．广州：广东省水利电力规划勘测设计研究院，
2009．
[2] 江涛，蔡晓明，李健．开发建设项目水土保持设施验收技
术评估工作要点综述[J]．水土保持应用技术，2009，(3)．
； 零； { ； ； ； 蔷 {
(上接第81页)
选择监控日期，点击实时监控按钮，出现如上界面。
点击监控值，可以查看各参数指标。输入日期，上下游
水位(单位：m)，可以查看各计算值结果，界面如图4所
示。
图4 界面不恿
5 辅助决策系统软件的特色
1)能极大地提高日常运行管理的水平与效率，及
时掌握枢纽工程的安全性状，定时或随时打印输出相关
数据或报告。
2)能根据对观测数据的分析，提示当前或今后安
全监测或运行过程中应注意的问题。
3)适应当前数据库技术及计算机图形显示技术的
发展趋势，高效地管理数据，直观、生动、形象地显示枢
纽工程的安全性状。
· 84 ·
(本文责任编辑罗睿)
6 结语
辅助决策系统建立并投入运行后，发挥了积极的作
用，大大提高了工作效率，特别是在枢纽经历洪水考验
时，实时快捷的数据分析结果给决策者对洪水的调度提
供了必要的依据，主要表现在：
1)资料分析系统可以有效、迅速地将监测资料进
行分析，并计算相应的物理量，分析建筑物的工作状态，
输出满足工作要求的分析报告和图表，极大地提高了日
常的运行管理水平和效率。
2)辅助决策系统能适时进行建筑物安全状态的分
析，并直观地显示和输出建筑物安全状态，为及时了解
建筑物安全、进行防洪决策提供有效的辅助决策信息，
对于确保工程安全和有效、安全地进行洪水调度具有重
要意义。
3)查询系统可以适时按指定的多种条件查询建筑
物历史和现在运行工作条件0与安全状态，为管理和防
洪决策人员了解过去、分析预测未来建筑物的工作条件
与安全状态提供直观信息。
4)安全监控指标体系，为本枢纽工程安全监控、分
析建筑物的安全状态提供了有效的、全面的分析标准，
为进行安全判断和防洪决策提供了必要的依据和标准。
参考文献：
[1] 方朝阳．辅助决策系统规划书[R]．武汉：武汉大学，
2006．
[2] 方朝阳．
学，2006
[3] 方朝阳．
实测性态综合评价研究报告[R]．武汉：武汉大
综合评判准则[R]．武汉：武汉大学，2006．

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