－ 舢ｃ 北疆供水工程运行安全评估支持系统 ◎魏波 新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局 摘要：介绍了北疆供水工程运行安全评估支持系统的总体情况，包括：开发目标、特点、内容、 总体结构、运行方式等。该系统技术水平在我国水利工程安全监测分析领域目前尚处于领先地 位，具有较好的应用前景，必将会促进北疆供水工程管理水平的提高和推动水利现代化的实现。 关键词：北疆供水工程安全监测系统分析安全评估预警 １．概述 因，采取有效措施消除安全隐患，确保 ３．系统内容 工程运行的安全和稳定。 系统主要由分忻建模和安全评估 北疆供水工程运行安全评估支持 系统是该工程信息化系统的一部分，它 （２）北疆供水丁程信息化系统建 两大功能模块群构成。 以安全监测自动化和安全管理信息系统 设已圆满完成并正常运行若干年，工程 ３．１分析建模模块 为基础，由分析建模和安全评估两大功 安全监测方面的基本资料和监测数据大 分析建模模块的基本任务是：在对 能模块构成，能够对长期监测资料进行 多已经纳入信息系统中的工程安全管理 工程运行一段时间以来的安全监测成果 处理计算、定量分析、比较判断和综合 子系统，很多监测项目实现了自动化观 进行定性分析，初步了解各监测量变化 统计，实现从监测数据到监测断面、监 测和监测数据的自动采集、计算，安全 的大小、规律、趋势、影响因素的基础 测部位的异常告警，并在此基础上对整 监测信息的大规模存储和有序管理平台 个工程的安全状况做出综合评估，对异 上，进一步通过回归计算建立监测量物 已经搭建，实际应用效果良好。基于这 理模型，以定量描述各不同影响因素对 常现象给出可能的原因以供进一步检查 样的基础，让这些安全监测信息及时有 监测量变化的影响。 确认，针对发生异常的原因提供一些处 效地发挥作用，切实为工程安全运行提 分析建模模块的基本功能是以丁 理措施或方案以供参考。 供参考依据和决策支持，已经成为运行 程安全监测数据和环境量监测数据为 管理单位的一个迫切的需求。 基础，在对各种监测数据进行定性分 ２．系统目标 （３）工程安全监测信息的特点是 析，初步认识其变化规律、土 影响因 素之后，针对需建模的监测量，选择合 北疆供水工程由水源］二程、输水 种类多、历时长、涉及面广、数据量大。 工程和尾部调节水库等三部分组成，沿 如果没有一套合适的方法和ｌＴ具，对大 适的时间区段，拟定合适的模型因子，采 线主要建筑物有“６３５”水利枢纽、总干 量监测数据进行整理、分析和判断，将 用合适的回归计算方法，建立监测量的 渠、顶】ｆ】隧洞、小洼槽倒虹吸、三个泉倒 是一项极其耗时费力的工作，很难保证 物理模型。虹吸、戈壁明渠、沙漠明渠、平原明渠、 ２安全评估 其及时 －阳有效性。事实证明，监测资 ３．安全评估模块的基本任务是：根据 “５００”水库及水闸等。为了解工程运行 料处理袖分析工作常常显示出滞后和拖 安全状况，各主要建筑物均选择了一些 曳，和为安全运行提供及时有效服务的 既定的标准，对安全监测成果进行捡验 典型断面布设了相应的工程安全监测设 需求之间形成突出的矛盾。 施，监测建筑物的渗流、变形和应力应 变等项目。 评判，识别异常监测量。根据异常监测 （４）工程运行安全评估支持系统的 量的数量和分布情况，识别建筑物异常 研发目的就是要借助于当代先进的计算 断面或部位，并提示可能的原因，给出可 （１）工程安全监测能够获得大量反 机信息处理技术，实现对安全监测数据 供参考的处理措施和方案。根据异常断 映工程安全状况的有价值的数据资料， 的大规模自动化处理、分析、统计、比较、 面或部位的数量和分布，埘整个工程安 只有对这些数据资料进行及时整理、分 判断，进而对建筑物安全状况进行综合 全状况做出分级评价。析和比较判断，才有可能真正做到及时 评价，使安全监测成果及时发挥应有的作 掌握工程运行状况，判断出现异常的原 用，为工程运行管理单位提供决策支持。 ４．系统总体结构 ４．１系统数据流程 ７２／ ｑ ｆ …， ＿一 系统数据主要来源于处于同一水工 历史极值判据。当监测量数据Ｙ满足下 位发生异常的结论，并给以告警。考虑 监测局域网的自动化监测系统数据库、 歹 不等式时：Ｙｎｌａｘ—ｋ￡＜Ｙ＜Ｙｍｉｎ＋ 不同监测量的重要性地位可能不同，给 数据采集记录簿和不在同一监测局域网 ｋ￡；其中：Ｙｍａｘ￣］Ｙｍｉｎ分别是监测量 他们分配适当的权重系数，统计异常百 的水Ｊ青测报系统（这里指环境量如上下 历史极大、极小监测数据，ｓ是观测中误 分率时考虑权重值，进行加权统计。 旃水位、气温、降雨），对每种不同的系 差，ｋ为固定系数，为２的开平方。则监测 （３）监测断面、监测部位异常原因 统，按该系统使用的数据结构读取数据 量用历史极值准则进行评判的结果是正 及处理措施或方案：对于发生异常的监 再经过一定方法进行预处理后保存到 常，不满足则为异常。 测部位或断面，从预先存储在数据库中 中心数据库。中心数据库中集成了所有 ③允许值判据。对于部分监测项 的异常集中提取相 系统的观测数据，构成统一的数据库平 目，如果有设计采用的或公认的允许值， 对应的可能的异常原因，并从措施 台，为系统的高级应用提供数据支撑。 则无疑也可将此作为判断监测成果是正 （方案）集中提取对应于各种异常原因 ４．２分层结构 常还是异常的依据（之一），即允许值判 的处理措施或方案，为如何应对已经发 系统分为三个层次：用户界面层、 据。当监测量数据Ｙ满足下列不等式时： 生的异常提供参考，也为今后如何避免 业务逻辑层和数据访问层。用户界面层 ［ｏ＇１】≤Ｙ≤【盯２】；其中：［ １］和［【『２］分 发生类似情形提供支持。 直接和用户见面，主要承担展示、交互 别是允许的最小值和最大值。则监测量 （４）工程安全综合评估：在对各监 操作等任务。业务逻辑层用来实现所有 用允许值准则进行评判的结果是正常， 测断面或部位得出是否发生异常的结论 信息处理、计算、比较等业务逻辑任务。 不满足则为异常。 后，统计异常断面或部位的比例（异常 数据访问层专门承担对数据库的操作任 ④测值变化速率判据。监测量的变 百分率），将统计结果和预先设置的分 务，实现数据信息的读取和存储。 化速率是否超出历史值，也可以作为判 级标准进行对比，得出整个工程的安全 断监测成果是正常还是异常的依据（之 状况评价分级结论：正常一基本正常一 ５．安全评估技术路线 一），即测值变化速率判据。首先选择 局部异常一严重异常一失常。 （Ｉ）监测数据异常告警：监测量数 一段时间内历史数据作为基准，计算出 据可采用５类不同的判据（可选）进行判 该段时间内测值的平均变化速度ＶＯ。同 ６．结语 断，最后进行综合评判。 时，计算出分析时段内的测值变化速度 该系统研究开发以新疆“６３５”水 ①模型值判据。北疆供水工程建成 ｖ。当测值变化速度ｖ满足下列不等式 库、顶山隧洞、三个泉大小洼槽倒虹吸、 运行至今已有若干年，相应的监测项目 时：Ｖ＜ＶＯ＋ｋ￡（Ｖ≥０时），或Ｖ＞ＶＯ “５００”水库的安全监测资料为系统调试 也已积累了若干年的监测数据，因此有 ｋｅ（Ｖ＜０时），其中：ｓ是观测中误 的数据，经过近３年在北疆供水工程中 条件对各监测物理量进行定量分析，建 差，ｋ为固定系数。则监测量用测值变化 实际应用，实现对大坝、隧洞、倒虹吸等 立合理的模型，然后将该模型作为评判 速率判据进行评判的结果是正常，不满 水利工程的自动化监测、自动分析，能较 标准（之一），建立模型值判据，检验监 足则为异常。 为准确地描述整个供水工程的整体工作 测成果是否与模型相符，作为判断监测 ⑤综合评判。分别采用上述几种 形态，确保工程安全，提高整个供水工 成果是正常还是异常的依据（之一）。 检验准则对监测成果进行检验，判断数 程运行效益。赶 当监测量数据Ｙ满足下列不等式 据是否超限，并将几种检验结果进行综 参考文献 时：Ｙｍ—ｋｏ－＜Ｙ＜Ｙｍ＋ｋ盯；其中：Ｙｍ 合，加权平均，最终得出监测成果是否 ［１］张健．北疆供水工程渠道的破坏类型及 为模型值，盯为模型方程的剩余标准差， 异常的结论，对异常成果给予告警。 处理措施 ］冲国农村水利水电，２０１２（８）： ｋ为固定系数，通常取２左右。则监测量 （２）监测断面、监测部位异常告 １ｌ２－１１４． 用模型值准则进行评判的结果是正常， 警：在对各监测量的监测成果得出是否 ［２］李学忠．关于固原东部农村饮水安全重 不满足则为异常。 异常的判断结论后，综合统计某个监测 点供水工程运行管理办法［Ｊ］．价值工程， ２０１４（４）：１００一ｉ０１． ②历史极值判据。监测成果是否超 断面或监测部位所有监测量成果的判断 ［３］王捷轩．彭阳县农村供水工程运行管理 出历史极值范围，也可以作为判断监测 结论，若异常量的比例（异常百分率）超 现状及管理模式探讨［Ｊ］冲国水运：下半 成果是正常还是异常的依据（之一），即 过预设的限制标准，则得出该断面或部 月，２０１３（２）：６０－６１．