沈利勤,王 新

(1.杭州市水利設(shè)施監(jiān)管中心,浙江 杭州 310016;2.杭州廣川科技有限公司,浙江 杭州 310020)

1 概 況

杭州市地處錢塘江下游,洪澇臺旱災(zāi)害頻繁、潮水傷人事件屢見不鮮。根據(jù)《浙江省水利工程管理體制改革實施辦法》、《關(guān)于錢塘江杭州郊區(qū)段標(biāo)準(zhǔn)堤塘管理有關(guān)問題的協(xié)調(diào)會議紀(jì)要》、《關(guān)于加強杭州市市區(qū)標(biāo)準(zhǔn)堤塘管理若干意見的通知》和 《杭州市標(biāo)準(zhǔn)塘管理考核獎勵辦法》等文件精神,要求實現(xiàn)工程管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和制度化以及實現(xiàn)堤塘管理的數(shù)字化。

1.1 管理模式

杭州市水利設(shè)施監(jiān)管中心 (以下簡稱監(jiān)管中心)系杭州市林業(yè)水利局直屬全額撥款事業(yè)單位,主要職責(zé)之一為堤塘工程的建設(shè)管理及各區(qū)標(biāo)準(zhǔn)堤塘業(yè)務(wù)指導(dǎo)工作。各基層管理單位除蕭山區(qū)圍墾水利工程管理所為區(qū)圍墾指揮部所屬外,均系各區(qū)水利局直屬管理,管理單位性質(zhì)為全額撥款事業(yè)單位。管理模式結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 杭州市標(biāo)準(zhǔn)堤塘管理模式結(jié)構(gòu)圖

1.2 業(yè)務(wù)管理范圍

各基層管理所主要業(yè)務(wù)是堤塘安全運行,主要職能是具體負(fù)責(zé)所轄區(qū)堤塘的管理,具體承擔(dān)巡查、觀測、維護、編制歲修及搶險方案并具體實施,所需的管護經(jīng)費由杭州市財政補助和各區(qū)共同承擔(dān)。杭州市標(biāo)準(zhǔn)堤塘共計294.6 km,其中市屬段合計244.2 km(見表1)。

表1 杭州市標(biāo)準(zhǔn)堤塘工程分布情況表[1-2].km

1.3 現(xiàn)有相關(guān)數(shù)字系統(tǒng)

(1)現(xiàn)有相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)。現(xiàn)有相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)包括杭州市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)江堤河道監(jiān)管中心管理信息系統(tǒng)、杭州市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)管委會數(shù)字城管應(yīng)用系統(tǒng)、苕溪數(shù)字三維河道系統(tǒng)、余杭區(qū)苕溪河道管理所辦公自動化系統(tǒng)。

(2)已建的現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。已建的現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)包括部分水情遙測系統(tǒng)、泵閘站運行遙測系統(tǒng)、視屏監(jiān)控等現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。

(3)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)與通信情況?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)與通信情況為:下沙、濱江、笤溪、浦陽江等單位已經(jīng)建立網(wǎng)絡(luò)通訊平臺,其他管理所已經(jīng)完成ADSL接入,其中蕭山圍墾水利工程管理所已經(jīng)完成光纖到戶。

2 數(shù)字堤塘建設(shè)方案

2.1 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)存儲與交換平臺是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)也是整個信息化建設(shè)成果生命力的保證,包括數(shù)據(jù)庫及其維護共享接口和備份恢復(fù)機制。數(shù)據(jù)存儲與交換平臺的主要功能就是為應(yīng)用系統(tǒng)提供合理、最新的數(shù)據(jù)支持,因此需要提供更新維護接口。數(shù)據(jù)資源的合理應(yīng)用最基本的就是保證數(shù)據(jù)的安全性和標(biāo)準(zhǔn)化,防止各個系統(tǒng)各行其是,導(dǎo)致信息無法交流,形成信息孤島,因此需要在數(shù)據(jù)建設(shè)時遵循國家和省里已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。信息存儲與交換平臺也是信息共享的核心,平臺的建設(shè)除了滿足監(jiān)管中心內(nèi)部信息共享的需求外,還要實現(xiàn)與外部資源共享。

2.2 網(wǎng)絡(luò)與通訊平臺

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是信息化的主要硬件平臺和連接通道,根據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)容和當(dāng)?shù)氐膶嶋H條件可以選擇多種方式,在保證可用性和經(jīng)濟性的前提下應(yīng)盡量使用公網(wǎng)資源。

監(jiān)管中心的外部通信主要是與各堤塘管理單位、林水局以及各信息采集點的連接。監(jiān)管中心與各堤塘管理單位采用VPN進行連接,通過權(quán)限設(shè)定控制其訪問相關(guān)資源,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

2.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺

按照各管理單位的業(yè)務(wù)需求建立數(shù)字堤塘業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng) (見圖3)。

圖2 數(shù)字堤塘系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖3 數(shù)字堤塘管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3.1 海塘資料管理子系統(tǒng)功能

2.3.1.1 地圖信息查詢

(1)地圖信息主要指對象的空間位置信息。系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)采用1∶10 000矢量圖以及0.61m的彩色遙感影像數(shù)據(jù),包括的圖層要素主要有行政區(qū)劃、河流、渠道、堤防、丁壩、涵閘、橋梁、堤防上的交叉建筑物、堤防管理所及其觀測站、海塘剖面位置等。

(2)地圖操作的功能描述主要包括地圖瀏覽 (移動、放大、縮小)、地圖量算 (長度、面積)、工程定位、對象屬性信息等。

圖4 數(shù)字堤塘管理系統(tǒng)—電子地圖

2.3.1.2 表格信息查詢

表格信息主要指結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理。表格數(shù)據(jù)按工程類別進行組織,每一個工程使用一個惟一的工程代碼表示,每個工程采用多個屬性字段來描述工程相關(guān)信息 (如海塘等級、迎潮面結(jié)構(gòu)、防浪墻結(jié)構(gòu)、背坡面護面結(jié)構(gòu)等)。是針對通常的工程數(shù)據(jù),完成的是常規(guī)的MIS查詢,功能包括按名稱精確查詢,模糊查詢,多條件組合查詢,統(tǒng)計報表等。

2.3.1.3 三維海塘信息查詢系統(tǒng)

三維海塘信息查詢系統(tǒng)是以信息技術(shù)為基礎(chǔ),利用DOM/DEM構(gòu)建一個真實環(huán)境的三維地理信息平臺。該系統(tǒng)以VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)為核心,利用遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)(DOM)、數(shù)字高程模型(DEM),以及海塘專題矢量數(shù)據(jù)(DLG),通過 “數(shù)字地球”技術(shù)模擬出真實的三維地形環(huán)境,系統(tǒng)以C/S的方式實現(xiàn),在此平臺基礎(chǔ)上利用GIS技術(shù)來實現(xiàn)對海塘專題數(shù)據(jù)庫, 交叉建筑物數(shù)據(jù)庫, 以及實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計和分析。部分三維環(huán)境見圖5。

圖5 部分三維環(huán)境圖

2.3.2 海塘安全監(jiān)測子系統(tǒng)

錢塘江海塘安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)可實現(xiàn)對重要海塘安全參數(shù)的實時、動態(tài)監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和模擬分析結(jié)果可預(yù)先判定海塘的安全狀況,進而掌握錢塘江兩岸海塘的安全程度,為海塘的日常維護和搶險提供決策依據(jù)。

2.3.2.1 海塘滲流監(jiān)測

錢塘江海塘滲透破壞類型主要有流土和管涌,其表現(xiàn)形式包括堤內(nèi)滲壓增大、大量江水滲透到堤防的背水坡面或坡腳。滲流監(jiān)測有點式監(jiān)測和分布式監(jiān)測2種形式(見表2)。

表2 滲流監(jiān)測形式對比表

根據(jù)近年來錢塘江兩岸堤防工程實際應(yīng)用[3].,海塘滲流監(jiān)測采用點式滲壓監(jiān)測系統(tǒng),對于局部薄弱的堤段可相應(yīng)增設(shè)分布式滲流監(jiān)測。

2.3.2.2 海塘變形監(jiān)測

(1)堤防表面位移監(jiān)測—人工監(jiān)測。錢塘江堤防多數(shù)建在老堤基礎(chǔ)之上,地基固結(jié)良好,新建堤防后期的表面位移基本很小,因此,堤防表面位移可采用人工監(jiān)測。當(dāng)人工定期巡視發(fā)現(xiàn)可疑或達到例行檢查日期時,采用精度和工效高的全站儀對指定堤段上的測點進行三維位移觀測,再將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入監(jiān)測分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫并進行海塘安全穩(wěn)定性分析計算。

(2)內(nèi)部變形監(jiān)測—分布式自動化監(jiān)測[4].。在海塘的迎水坡或背水坡一定高程處沿縱向布設(shè)一條光纖光柵,準(zhǔn)分布式變形傳感光纜,利用基于光干涉原理的調(diào)解儀,可以自動獲得堤內(nèi)變形剖面及其隨時間的變化數(shù)據(jù),由此分析確定海塘邊坡的整體穩(wěn)定性或潛在滑動面的位置。

2.3.2.3 塘前水位監(jiān)測

海塘外側(cè)錢塘江水位采用壓力傳感器進行監(jiān)測,在堤腳外側(cè)布置水位管,在管內(nèi)懸掛傳感器,根據(jù)傳感器的安裝高程和實測壓力可得到江面的水位。海塘內(nèi)側(cè)水位采用滲壓計監(jiān)測。監(jiān)測斷面塘前安裝浮子式水位計[5].,實時獲取水位數(shù)據(jù)。

2.3.2.4 塘前灘地高程監(jiān)測

塘前灘地高程沿用人工觀測方法,并將測量資料輸入監(jiān)測分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,以供海塘安全穩(wěn)定分析之用。

2.3.2.5 監(jiān)測站的建設(shè)

在選定的監(jiān)測斷面現(xiàn)場建監(jiān)測房1座,內(nèi)放置滲壓、水位傳感器的采集模塊和光纖傳感器的解調(diào)設(shè)備,并且為所有設(shè)備供電。采集的數(shù)據(jù)通過E1設(shè)備接入光纖通信線路,傳到中心機房。

2.3.2.6 交叉建筑物管理

交叉建筑物的管理通過電子地圖、屬性信息查詢的方式實現(xiàn)(見圖6)。

圖6 數(shù)字堤塘管理系統(tǒng)—交叉建筑物圖

2.3.2.7 海塘安全運行預(yù)警與決策系統(tǒng)

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備,將監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集并存入中心數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)經(jīng)過滲流分析和穩(wěn)定分析后,輸出結(jié)果,以供管理部門對海塘安全運行情況進行分析和決策。

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用C/S模式,分為基本參數(shù)管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、安全穩(wěn)定分析及預(yù)警、模擬演示、用戶管理和系統(tǒng)幫助共6塊。現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)通過信號轉(zhuǎn)換器和光纜,接入錢塘江海塘安全預(yù)警系統(tǒng),以實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集和整編分析。

(2)基本參數(shù)管理?！盎緟?shù)管理”菜單如圖7、8所示,主要包含了 “土層參數(shù)”、“灘地高程”和 “預(yù)警參數(shù)”3個部分。

(3)監(jiān)測參數(shù)管理。“監(jiān)測參數(shù)管理”菜單主要包含了“滲壓計水位”(見圖9)、“滲壓計考證表” 和“測斜儀考證表”3個部分。通過該模塊,可掌握所需時段的滲壓計實測水位情況。圖9下部為滲壓計水位時間過程線,表示每個滲壓計隨時間的變化情況。

圖7 基本參數(shù)管理界面圖

圖8 土層參數(shù)界面圖

圖9 滲壓計水位界面圖

圖10 整體穩(wěn)定計算演示界面圖

(4)安全分析及預(yù)警?！鞍踩治黾邦A(yù)警”菜單主要包含了 “滲流穩(wěn)定計算”、“整體穩(wěn)定計算”(見圖10)和“測斜儀位移計算”3個部分。圖10中,黃色單元格(斜線部分)表示該值已經(jīng)超過預(yù)警值中設(shè)定的可疑值,如果是紅色則表示該值已經(jīng)超過預(yù)警值中設(shè)定的警戒值。同時,界面上的“安全情況”燈也會根據(jù)所有數(shù)據(jù)中最大的警戒情況來進行預(yù)警。

2.3.3 防潮安全管理子系統(tǒng)

2.3.3.1 防潮安全設(shè)施管理

主要是進行對安全防護門、宣傳標(biāo)語、安全警示牌、宣傳牌、管理崗?fù)さ确莱卑踩O(shè)施的管理;及時記錄安全設(shè)施的檢查情況,維修情況等,以便掌握設(shè)施現(xiàn)狀,并能通過統(tǒng)計以分析安全設(shè)施的易損地點,好加強防范措施。圖像監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖11。

圖11 視屏監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3.3.2 防潮預(yù)案與文件

用于查詢相關(guān)的規(guī)章制度,比如《杭州市錢塘江防潮安全管理辦法》等。防潮預(yù)案用于管理各區(qū)提交的防潮預(yù)案,可以方便地查看各個區(qū)的防潮工作預(yù)案,以及實現(xiàn)對預(yù)案的全文檢索。防潮人員主要是進行防潮相關(guān)責(zé)任人員的基本信息管理,如責(zé)任區(qū)、分管領(lǐng)導(dǎo)、職務(wù)、牽頭部門、聯(lián)系人、職務(wù)、電話、處罰部門、聯(lián)系人、電話等,以及各區(qū)防潮巡防人員的管理,如堤防段名稱、巡防人員姓名、聯(lián)系電話等。

2.3.4 防汛安全管理子系統(tǒng)

防汛安全管理子系統(tǒng)見圖12所示。其中防汛物資管理主要用來管理防汛工作燈、救生衣、防汛編織袋、土工布、砂石料等防汛物資,包括物資儲備地點,物資類別及數(shù)量等,方便防汛搶險時使用(見圖13)。

圖12 防汛安全管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖13 數(shù)字堤塘管理系統(tǒng)—防汛倉庫圖

2.3.5 海塘養(yǎng)護管理子系統(tǒng)

海塘養(yǎng)護管理系統(tǒng)包括塘身、護塘建筑物、交叉建筑物、護塘地等的養(yǎng)護記錄查詢與輸入。

2.3.6 泵閘站運行管理子系統(tǒng)

設(shè)立泵閘站運行數(shù)據(jù)的中心數(shù)據(jù)庫,海塘上各泵閘站主動上報運行狀態(tài)數(shù)據(jù)(閘門開孔數(shù)、開啟高度、閘上水位、閘下水位、時間等)到中心數(shù)據(jù)庫,可以考慮每5 min或運行狀態(tài)改變時報1次數(shù)據(jù)。系統(tǒng)包括實時工況查詢和歷史運行記錄查詢,以表格或圖形方式顯示(見圖14)。

圖14 泵閘站運行管理系統(tǒng)圖

2.3.7 信息發(fā)布子系統(tǒng)

信息發(fā)布子系統(tǒng)實行內(nèi)、外分級制度,根據(jù)信息的重要程度和保密等級,實行分級發(fā)布的方式。包括WEB信息發(fā)布平臺功能、手機信息發(fā)布平臺功能、PDA信息發(fā)布平臺功能。

3 結(jié) 語

(1)在現(xiàn)有數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來的堤塘管理業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺—杭州市數(shù)字堤塘管理系統(tǒng),包括海塘資料、海塘安全、防潮安全、防汛安全、堤塘養(yǎng)護、泵閘站運行、信息發(fā)布管理子系統(tǒng)。

(2)建設(shè)杭州市數(shù)字堤塘建設(shè),以信息化、自動化為手段,可提高相關(guān)管理單位的管理效率和管理水平。

(3)數(shù)字堤塘管理系統(tǒng)向杭州市相關(guān)各部門提供所轄標(biāo)準(zhǔn)堤塘的各種信息,滿足不同部門工作需要,實現(xiàn)杭州市標(biāo)準(zhǔn)堤塘管理工作的數(shù)字化和科學(xué)化,同時增強防洪決策的科學(xué)性,提高工作效率和決策支持水平,并盡量減少人員傷亡事故,具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1].葉利偉,朱雪坤,金曉劍.建立水利設(shè)施長效管理體制與運營機制的研究與思考—以浙江省杭州市標(biāo)準(zhǔn)堤塘為例 [J]..水利發(fā)展研究,2007(10):24-28.

[2].浙江廣川工程咨詢有限公司,等.杭州市標(biāo)準(zhǔn)堤塘工程資料匯編 [R]..杭州:浙江廣川工程咨詢有限公司,2009.

[3].王衛(wèi)標(biāo).錢塘江海塘風(fēng)險分析和安全評估研究 [D]..杭州:浙江大學(xué),2005.

[4].許明情.巖土工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的研究 [D]..長沙:中南大學(xué),2008.

[5].祝玲,盧勝利,馬國華,等.智能浮子式水位計[J]..傳感器與微系統(tǒng),2006(6):52-54.

[6].杭州廣川科技有限公司.杭州市數(shù)字堤塘項目建議書 [R]..杭州:杭州廣川科技有限公司,2009.