水库大坝安全智慧管理的内涵与应用前景

水库大坝安全智慧管理的内涵与应用前景

覃钒群

大唐华银张家界水电有限公司  湖南省张家界市 427000

摘要：虽然我国水库大坝建设领域取得了世界瞩目的成就, 但管理水平相对滞后, 信息化应用程度较低, 智能诊断与协同管理能力薄弱, 亟待利用物联网、云计算、大数据等现代信息技术手段, 全面感知多源信息,切实保障大坝安全运行提供科技支撑。介绍了智慧管理关键技术发展现状, 提出了水库大坝安全智慧管理等重要特征, 展望了发展趋势和应用前景。

关键词：水库大坝;安全;智慧管理;内涵

目前我国在电子政务、防汛抗旱、水文系统、水土保持监测系统等方面做了大量的基础性工作, 并取得了一定成效。但此类实践仍存在缺陷,为此, 亟待利用物联网、云计算、大数据等现代信息技术手段, 全面感知水库大坝多源信息, 通过信息共享与深度融合, 科学优化资源配置;通过智能监控、智能诊断、智能决策等手段方法, 切实提升水库大坝安全管理能力;加强针对突发事件透彻感知、风险识别、应急响应等, 从而实现大坝安全智能诊断与智慧管理, 为保障水库大坝安全运行及进一步提升管理水平提供科技支撑。本文以鱼潭水电厂大坝为例进行相关技术分析。

1 大坝安全管理工作现状分析

鱼潭水电厂北距桑植县城24km，东距张家界市30km。是一座以发电为主，兼顾防洪等综合效益的电站。装机容量70MW，设计年利用小时3500小时，发电量2.45亿kWh，分左右岸两个地下厂房，其中：左岸布置3台单机单管引水的20MW混流式水轮发电机组，于1991年12月开工，1997年9月投产；右岸布置1台10MW混流式水轮发电机组，于1995年5月开工，1999年9月投产。通过两回110kV线路输送至国网张家界电力公司立功桥变电站。

在大坝安全多源信息融合与安全诊断技术方面，大坝安全诊断与风险评估技术领域已开展大量研究，取得丰富成果，但多为离线分析，对多源异构信息的融合、重构，以及动态服役环境与大坝结构互馈作用机制及其建模仿真技术等研究仍不够充分。大坝破坏过程及其失效模式研究多采用动力破坏模型试验和数值计算方法，但模型试验相似率难以满足，破坏判据不完善；有限元等数值计算方法、材料模型和强度理论常局限于单一本构关系，缺乏不同材料模型之间的对比分析。大数据环境下的大坝损伤机理、破坏过程、安全评估研究仍处于探索发展阶段，有待进一步完善大坝安全多源信息感知—融合与诊断评估理论和方法。

2022年，国家能源局发布的《水电站大坝运行安全应急管理办法》（国能发安全规〔2022〕102号）明确：“电力企业应当加强大坝安全在线监控系统建设，已在国家能源局安全注册登记或者登记备案的大坝应当在本办法实施后的二年内具备安全在线监控功能。新建大坝在办理安全注册登记或者登记备案时，应当具备安全在线监控功能。”

为及时准确掌握大坝运行状况，提升大坝安全监测预警与综合评判能力，新建鱼潭电厂大坝安全智慧管理平台，对大坝安全状况进行在线实时分析诊断和评判，确保大坝运行安全。

在新一代信息技术支撑下，通过全面感知、识别、模拟和预测社会态势，辅助政府和企业进行精细管理、快速响应、协同调度、科学决策，进而提供人性化服务，让经济社会发展更高效、更集约、更智能。目前已有BIM技术应用于水利水电工程设计，AI与VR技术应用于大坝安全监控领域。尽管水利信息化建设取得了一定成效，但与智慧城市、智慧交通、智慧电力等相比仍存在一定差距，一是在对信息技术应用的范围和水平上，二是在对大数据、云计算、物联网、移动通讯等新一代信息技术的认知上，更重要的是在对传统水利向智慧水利转变必要性、重要性的认识与实践上。

2水库大坝安全智能巡检系统总体架构

针对水库大坝实际工程特点, 以物联网、智能技术、云计算与大数据等新一代信息技术为基本手段, 构建集智能化、一体化、信息化于一体的水库大坝智能巡检系统, 以实现安全巡检状态的可感知、可诊断、可决策。

感知层主要由巡检人员携带智能巡检设备对水库大坝安全巡检信息进行实时录入与更新, 并采用GPS、RFID、二维码、蓝牙、GPRS、WiFi等技术实现各智能设备与云端的互通互联。

智能诊断决策层为大数据平台, 为大坝安全巡检提供多种服务和运行环境, 是决策、反馈与处理的中枢, 主要包括云端数据库和云端知识库。云端数据库主要将大坝安全巡检信息依据国家标准和行业标准分类、有序地储存在云端;云端知识库主要由大坝安全管理相关规范、专家经验知识、类似工程管理经验和经典案例以及从云信息库中挖掘出的知识等数字化表达形式构成, 是大坝安全管理的依据边界、数学模型的触发边界, 同时也是智能决策的支撑边界。

智能化应用层是智能巡检系统的应用平台, 主要有监控中心与移动客户端。管理人员可以通过PC端和PAD移动端等实时查看水库水位、库容、巡检任务、巡检人员、巡检路径、巡检状况等信息。

3水库大坝安全智能巡检系统功能

3.1 人员管理模块

主要管理系统的组织结构、人员信息、责任范围、级别等信息, 根据级别确定人员工作任务和系统中数据可查看范围。

组织结构:是为整个管理系统的人员建立的管理模式, 在管理工作中给人员分配职务范围、责任范围、级别权限, 为整个巡检系统的任务分配、任务跟踪提供组织基础。

人员添加:主要为子系统添加工作人员、管理人员等信息, 并为他们分配组织部门、级别权限, 为整个巡检系统的任务分配、任务跟踪提供人员基础。

3.2 智能巡检管理模块

巡检路线设定:根据不同工程所要关注的重点部位设定不同的巡检路线。

巡检任务制定:管理员在系统中录入为每次巡检任务制定的计划, 巡检人员通过移动终端设备查询到被分派的任务。

巡检任务提醒:移动终端设备接收到制定好的任务时, 提醒巡检人员查看该任务。

巡检任务执行:巡检人员在持有移动终端设备巡检时, 移动终端设备通过GPS定位记录巡检路线, 并通过GPRS/WiFi将巡检情况上传到智能巡检管理系统。

提交巡检报告:巡检人员在巡检过程中遇到问题时, 通过移动终端设备记录问题现象, 并上传到智能巡检管理系统。

巡检任务审核:当一次巡检任务完成时, 需要上一级管理人员对巡检结果进行审核确认, 审核通过后即可认为巡检结果有效可信。

3.3 水库大坝安全智能诊断分析模块

异常现象报警:对水库工程巡视检查发现的异常现象进行报警。

巡检问题类别诊断:对巡检发现的问题按照隐患类别 (渗流、变形、裂缝、管理措施等) 进行分析诊断。

隐患处置对策:根据现场发现的问题自动响应提出对策。如对安全监测隐患进行查询, 某个巡检任务发现大坝坝顶出现纵向裂缝, 点击对策建议, 将弹出相关的应对措施。

3.4 查询统计管理模块

巡检任务查询:根据时间查询每次巡检的各项内容, 包括文字信息与视频、照片信息。

人员巡检轨迹回放:对所有巡检人员或指定巡检人员在设定时间内的巡检轨迹进行回放。

巡检类别查询:根据汛前检查、汛中检查、汛后检查、特殊检查等类别进行查询巡检任务。

结束语

水库大坝安全智慧管理的重要特征包括透彻感知、全面互联、深度融合、广泛共享、智能应用、泛在服务等, 利用物联网、云计算、大数据等现代信息技术手段, 全面感知水库大坝多源信息, 通过信息共享与深度融合, 科学优化资源配置;通过智能监控、智能诊断、智能决策等手段方法, 提升水库大坝安全管理能力;增强应对突发事件的透彻感知、风险识别、应急响应等能力。

参考文献

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