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爾王莊水庫(kù)大壩安監(jiān)信息管理系統(tǒng)研究論文
爾王莊水庫(kù)是引灤入津輸水工程的一個(gè)重要組成部分。為改變爾王莊水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)手段落后的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化，能及時(shí)準(zhǔn)確地了解壩體的運(yùn)行狀態(tài)，做到監(jiān)測(cè)資料及時(shí)分析整理，使?fàn)柾跚f水庫(kù)大壩安監(jiān)系統(tǒng)功能達(dá)到“無(wú)人值班、少人值守”的管理水平，需要開(kāi)發(fā)一套適合爾王莊水庫(kù)大壩安監(jiān)需求的綜合系統(tǒng)。
本文以爾王莊水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造工程為背景，從爾王莊水庫(kù)大壩安監(jiān)工作的實(shí)際需求出發(fā)，深入調(diào)研分析，以軟件工程思想作指導(dǎo)，研究了能夠滿足爾王莊水庫(kù)大壩安監(jiān)工作的信息管理系統(tǒng)的基本功能和構(gòu)成，包括系統(tǒng)的需求分析、體系結(jié)構(gòu)、各功能子系統(tǒng)模塊劃分以及數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)等。以ASP.NET 和SQL Server為開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用B/S架構(gòu)，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一套爾王莊水庫(kù)大壩安監(jiān)信息管理系統(tǒng)。
1、背景與意義
天津市引灤入津爾王莊水庫(kù)坐落在天津市寶坻區(qū)爾王莊鄉(xiāng)境內(nèi)，是距離市區(qū)最近的一座中型平原水庫(kù)，同時(shí)也是引灤工程的重要組成部分，可以起到重要的調(diào)節(jié)作用，提高對(duì)天津市及塘沽區(qū)、漢沽區(qū)、天津開(kāi)發(fā)區(qū)、天津石化、大港區(qū)、武清區(qū)等地的安全供水保證率。水庫(kù)在上游停水時(shí)可作為向下游供水的水源，在水庫(kù)周邊集中了八座供水泵站。水庫(kù)為了調(diào)節(jié)來(lái)水與供水的不平衡關(guān)系，長(zhǎng)期處于調(diào)蓄狀態(tài)，經(jīng)常高水位運(yùn)行。同時(shí)水庫(kù)還為引灤明渠護(hù)砌的檢修、渠道清淤、泵站維修、水閘維修等發(fā)揮著重要作用。
庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固以來(lái)，初步實(shí)現(xiàn)了大壩滲流監(jiān)測(cè)自動(dòng)化以及垂直位移的人工方觀測(cè)。目前存在滲壓計(jì)測(cè)值嚴(yán)重失真、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不全、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件功能單一、監(jiān)測(cè)室無(wú)法滿足國(guó)家規(guī)范關(guān)于大壩監(jiān)測(cè)室的要求，整個(gè)大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本上處于癱瘓的狀態(tài)。為了充分考慮爾王莊水庫(kù)工程情況和安全監(jiān)測(cè)的需要，滿足大壩安全監(jiān)測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，更加科學(xué)地管理好爾王莊水庫(kù)，保障水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的正常進(jìn)行，對(duì)現(xiàn)有水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行升級(jí)改造十分必要，對(duì)充分發(fā)揮水庫(kù)效益，保證水庫(kù)安全運(yùn)行，提高大壩安全管理水平，保障天津市工業(yè)用水及城市供水安全，對(duì)推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有十分重要的意義。
2、研究的必要性
爾王莊水庫(kù)建成于1983年，部分壩基滲漏現(xiàn)象比較嚴(yán)重，加強(qiáng)滲流和位移監(jiān)，能及時(shí)掌握形態(tài)變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，防止發(fā)生事故，確保大壩下游人民生命及財(cái)產(chǎn)的安全。對(duì)確保水庫(kù)大壩安全和引灤輸水安全具有重要意義。
2.1、是確保水庫(kù)大壩安全的需要
爾王莊水庫(kù)建成于1983年，通過(guò)多年運(yùn)行實(shí)踐和工程檢查，發(fā)現(xiàn)大壩受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件影響壩基滲漏現(xiàn)象比較嚴(yán)重，2004～2006年對(duì)水庫(kù)實(shí)施了除險(xiǎn)加固，但此次除險(xiǎn)加固只是對(duì)部分滲漏問(wèn)題嚴(yán)重壩段實(shí)施了防滲加固處理，這不等于說(shuō)其余壩段就完全沒(méi)有問(wèn)題。因?yàn)闈B漏問(wèn)題的出現(xiàn)主要是受地質(zhì)土粒結(jié)構(gòu)和滲透水壓力影響的，水庫(kù)本身處于平原地區(qū)，整個(gè)水庫(kù)大壩所處地理位置的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化差異并不大，由于壩基起伏很小，壩頂高程相同，壩體和壩基斷面基本相同，不同壩段和相同部位滲透水壓力應(yīng)該是基本相同的，這意味著其他壩段發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題，必然也暗含著沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯問(wèn)題的壩段也會(huì)存在類似安全隱患。
2.2、是水庫(kù)工程管理工作的需要
為做好水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)工作我處自1985年開(kāi)始采用人工方式對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行觀測(cè)，2006年實(shí)施了自動(dòng)化觀測(cè)，但由于受當(dāng)時(shí)資金條件等各種因素影響，該系統(tǒng)存在缺陷很多，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)斷時(shí)續(xù)，不能及時(shí)反映壩體滲流狀況。為做好水庫(kù)工程管理，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行必要的升級(jí)改造是做好水庫(kù)工程管理工作的必要保障。
2.3、是確保天津市及濱海新區(qū)建設(shè)發(fā)展及城市供水安全的需要
爾王莊水庫(kù)是引灤線路中段距天津市區(qū)最近的一座中型平原水庫(kù)，是引灤工程的重要組成部分，對(duì)引灤入津輸水工程可起到重要的調(diào)節(jié)作用，可提高對(duì)天津市及塘沽區(qū)、漢沽區(qū)、天津開(kāi)發(fā)區(qū)、天津石化、大港區(qū)、武清區(qū)等地的安全供水保證率。水庫(kù)可有效地調(diào)節(jié)來(lái)水與供水的不平衡關(guān)系，緩解周?chē)鷧^(qū)域水資源短缺，同時(shí)為引灤明渠護(hù)砌的檢修、渠道清淤、泵站維修、水閘維修等發(fā)揮著重要作用。此外水庫(kù)還可以通過(guò)生態(tài)自凈能力，調(diào)節(jié)和改善水質(zhì)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與人口、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。
對(duì)大壩進(jìn)行認(rèn)真、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，能及時(shí)掌握形態(tài)變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，以防發(fā)生事故，造成人民生命財(cái)產(chǎn)的損失。
因此，該項(xiàng)目的實(shí)施有利于進(jìn)一步完善周?chē)鷧^(qū)域供水安全、構(gòu)建和諧社會(huì)具有十分重要的意義。
2.4、 是提高水庫(kù)管理能力的需要
確保水庫(kù)安全，對(duì)于維護(hù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定大局，具有十分重要的意義。水庫(kù)管理工作面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)和肩負(fù)的艱巨任務(wù)使得傳統(tǒng)的管理手段越來(lái)越力不從心，迫切需要通過(guò)自動(dòng)化信息化技術(shù)對(duì)水庫(kù)管理手段進(jìn)行全面創(chuàng)新，對(duì)水庫(kù)安全整體狀況進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)全面的水庫(kù)監(jiān)測(cè)信息，提高快速靈活的應(yīng)急反應(yīng)能力，提高科學(xué)高效的決策水平[9]，從而以技術(shù)先進(jìn)促進(jìn)水庫(kù)管理水平的提升。
此外，當(dāng)代大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展是迅猛，采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行水庫(kù)管理工作是以后的必然趨勢(shì)，因此對(duì)爾王莊水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改造十分必要。
3、系統(tǒng)建設(shè)總體目標(biāo)
通過(guò)調(diào)研分析，系統(tǒng)在功能上應(yīng)達(dá)到如下目標(biāo)：
(1)功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)便快捷，安全可靠的圖文數(shù)據(jù)管理系統(tǒng);
(2)操作靈活，具有快速評(píng)估水庫(kù)圍堤安全狀況和分級(jí)報(bào)警的在線監(jiān)控子系統(tǒng);
(3)能對(duì)滲流進(jìn)行計(jì)算分析的離線分析子系統(tǒng);
(4)可形象直觀地顯示監(jiān)測(cè)對(duì)象測(cè)值的分布規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)的圖形分析工具;
(5)測(cè)值預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)可及時(shí)預(yù)報(bào)外界荷載變化時(shí)測(cè)值的變化規(guī)律;
(6)具有廣泛兼容性的網(wǎng)絡(luò)通信功能;
(7)具有功能完善的報(bào)表制作子系統(tǒng)，協(xié)助管理人員實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化;
(8)建立完善的授權(quán)機(jī)制，為不同的用戶提供適當(dāng)?shù)脑L問(wèn)權(quán)限;
(9)能夠有效的利用現(xiàn)有的硬件設(shè)備設(shè)施，避免重復(fù)建設(shè);
(10)該系統(tǒng)將使用B/S模式，在軟件的美工設(shè)計(jì)和操作方式設(shè)計(jì)上充分考慮用戶體驗(yàn)，能夠做到界面時(shí)尚美觀大氣、造作容易上手。
4、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
4.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
爾王莊水庫(kù)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由物理層(現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集)、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三部分組成[27]。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集層包括壓阻式滲壓計(jì)、分布式管理單元模塊(DAU)以及電源等，通訊網(wǎng)絡(luò)層主要由光端機(jī)、熔纖盒和4芯的通訊光纜組成，管理層主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、WEB數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和工作站組成。
4.2系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)
根據(jù)對(duì)爾王莊水庫(kù)大壩安監(jiān)信息管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以將該系統(tǒng)劃分為七個(gè)功能子系統(tǒng)，即實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、離線分析子系統(tǒng)、圖形制作子系統(tǒng)、報(bào)表制作子系統(tǒng)、沉降位移子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)以及系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng)。
5、總結(jié)
爾王莊水庫(kù)是引灤線路中段距天津市區(qū)最近的一座中型平原水庫(kù)，是引灤工程的重要組成部分，對(duì)引灤入津輸水工程可起到重要的調(diào)節(jié)作用，可提高對(duì)天津市及塘沽區(qū)、漢沽區(qū)、天津開(kāi)發(fā)區(qū)、天津石化、大港區(qū)、武清區(qū)等地的安全供水保證率。水庫(kù)可有效地調(diào)節(jié)來(lái)水與供水的不平衡關(guān)系，緩解周?chē)鷧^(qū)域水資源短缺，同時(shí)為引灤明渠護(hù)砌的檢修、渠道清淤、泵站維修、水閘維修等發(fā)揮著重要作用。對(duì)大壩進(jìn)行認(rèn)真、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，能及時(shí)掌握形態(tài)變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，以防發(fā)生事故，造成人民生命財(cái)產(chǎn)的損失。此外，當(dāng)代大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展是迅猛，采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行水庫(kù)管理工作是以后的必然趨勢(shì)，因此對(duì)爾王莊水庫(kù)大壩安監(jiān)信息系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)是十分必要的。
在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于受時(shí)間、資金、知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)等多種因素的制約，系統(tǒng)在界面、功能以及用戶體驗(yàn)等方面還存在著諸多不完善的方面，在系統(tǒng)的日后應(yīng)用中還應(yīng)進(jìn)一步修改、提升和完善。
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