论水库安全生产的系统设计

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1建立安全生产预警模式

（1）警情感知。安全信息的感知是安全预警系统活动的基础，主要对构成水库安全生产系统的人—物—管理”三大系统分别进行监测，为水库安全生产过程的管理和控制提供信息支撑，以建立预警要素数据库。重点采集的信息见图2。（2）诊断分析。对采集的各种信息进行诊断，寻找警源，统计同类信息出现的频率，采用排列图法找出致灾因素，分析其可能带来的病情，用因果图法分析病理的成因并对其可能的发展趋势及发展过程进行诊断分析。其中，部分主要要素的诊断可参照《水利工程管理考核办法（试行）》［2］及《水库工程管理考核标准》［3］进行诊断。（3）安全评价。对经过诊断可能导致不安全生产的要素，采用风险评价方法进行评价，以判断水库所处状态是否安全，并根据所处状态分别发出不同颜色的预警信号，从而采取相应的应对方案［4］（表1）。当水库处于正常安全状态时，继续进行日常监测；当水库处于亚安全或警戒状态时，需及时改善安全生产系统中的不足，建立相应的预警机制，针对警情提出相应的纠偏调整措施，及时使水库安全生产管理系统回到安全轨道上，保证水库安全生产处于安全空间内；当处于隐患或危险状态时要实施预警对策，需进行隐患的排除处理，并根据隐患分类做针对性处理和整改（表2），消除隐患使生产系统从偏离状态恢复到安全状态。当水库处于不安全状态时，应及时启动应急预案，直至重新进入安全状态。

2安全预警系统

2．1系统架构

系统依托强大的物联网、计算机、网络、多媒体、地理信息、组态图等技术手段，以保证系统灵活性、可扩展性、可靠性为前提，为水库搭建安全监测预警平台。系统采用多层体系结构设计（图3）。用户通过安全参数在线感知和重点部位实时视频监控，实时监控水库安全参数的变化，了解整个水库的安全状态，可直观、全面地掌握危险源状况，一旦有危险状况，系统自动识别并以多种方式发出报警。（1）信息感知层。根据传感器自动感知水库水情、雨情、水质、水温、位移、沉降、渗流、应变等基础信息，对主副坝、溢洪道、输水洞等建筑物、闸门机电设备等的安全信息进行巡查采集。（2）网络传输层。依靠网络基础设施将感知层获得的数据传入数据库。（3）应用层。提供安全预警应用服务，主要包括GIS管理、警情诊断分析，安全评价及预警等图3系统架构Fig．3Systemarchitecture功能，为水库安全运行和管理提供必要的决策支持服务。（4）表现层。提供人机交互接口。

2．2系统功能

根据安全生产预警体系的需求，水库安全预警管理系统功能见图4。图4系统功能框架Fig．4Systemfunctionframe（1）WEBGIS。结合库区地图、遥感影像和实体照片对整个库区进行三维建模，展示安全参数监测的分布和状态。通过三维地图可便捷、直观地查看各监测对象的实时状况，同时对水库基本信息、监测信息进行查询、统计，系统同时提供由图到时属性和由属性到时图的双向查询和地图操作。（2）安全警报功能。通过对警情的采集、识别、诊断，将实时监测的水位、雨量、位移等数据与预置的不同安全状态的预警值或临界值进行比较，对超出正常标准的事件进行预报警。①通过视频在线监控系统，在一定的安全认证的前提下，用户实时查看水库安全要素中物的状态和人的行为，及时发出警报，当发生报警时监控摄像头将自动转入报警监测点，实现视频监控与报警联动，提高监管效率。②空间监视分析。提供警源等的位置服务和状态监视，快速定位到所需监测的监测对象，在地图上监视警源的空间分布及空间变化，提示报警信息，显示报警值与正常值的差距等。③时间变化预测。通过时间序列分析，查看各个安全参数（如位移、水位、温度等）的实时测量值，测量结果以列表、曲线图等方式显示，分时分段进行数据统计、监控状态走向与变化趋势。④报警纠偏。系统自动统计水库内各监测点发生报警的频率，针对水库安全生产管理缺陷和人为失误等警情进行纠偏，通过统计分析曾发生的类似警情及其发生的场景和一段时间内数据变化趋势等信息进行推理或信息挖掘，自动给出相应的纠偏方案，供决策会商参考。（3）自动免疫功能［5，6］。对同样的隐患或不安全因素进行迅速识别、诊断、预测，并从方案库、预案库中直接匹配相应的解决方案，启动预案以制止或回避生产安全事故灾害的发生，保障水库生产运行安全。①安全评价。系统根据监测信息和警情诊断结果，采用安全评价方法进一步判断水库安全生产当前所处状态。②安全预警应用。根据警情评价结果，当在隐患故障状态时自动判断隐患类别，启动隐患处理程序，通过现场声光报警、短信报警、邮件报警、系统信息报警等方式进行主动预警。③应急处置预案。当处于不安全状态时，系统将自动调出应急预案，启动相应的应急响应程序开展应急处理工作。

3结语

利用先进的自动监测与远程遥测技术、通信及计算机网络技术、地理信息技术等构建的水库安全预警系统实现系统的动态监测，对水库未来的安全生产状况进行预测、预警，使水库安全生产管理由静态、被动状态走向动态、主动状态，实现系统调控的超前性，有效改善了水库管理中非工程措施的薄弱现状，充分发挥水库防洪减灾的社会、经济效益。

本文作者：宋立松 程海洋 方琛亮 张泽锋 工作单位：浙江省水利河口研究院