水库电厂安全管理论文

关键词：水利工程电厂水库管理

【摘要】水电厂运行期综合管理包括对枢纽工程的调度运行和安全管理，也包括对水库及其资源、以及上下游生态等影响的管理。本文结合自身多年的工经验，简要概述了水电厂运行期综合管理内容，总结了多种管理方式以及其特征，为水电厂的高效生产提供保障。今天小编为大家推荐《水库电厂安全管理论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

水库电厂安全管理论文篇1：

水库管理中存在的问题及对策分析

【摘要】水利工程在我国国民经济当中占据着极为重要的地位，其不但与人们的日常生活密切相关，同时还与整个社会的经济发展有一定的关系。近些年来，我国大量的兴建中小型水库工程，但是由于缺乏对其进行有效的管理，导致在工程中出现很多的质量问题，严重的影响到水库功能的发挥。基于此，在实际工作中加强对水库管理有效性分析探讨是很有必要的。

【关键词】水库管理；问题；措施

1、概述

水库工程一般都是在山沟或者是河流的狭口处拦河修建的河坝，水库的兴建具有多方面的功能，比如说抵御洪水的侵袭，蓄积水源用于农田灌溉，修建水电厂来发电，或者是发展养鱼业等等。水库工程具有兴利除害的作用，对于易发生洪涝灾害的地区，在河道的上游兴建水库，可以在洪水期蓄积水量，减缓对下游河道的冲击。并且在干旱季节，还可以利用水库中蓄积的水资源进行农田灌溉。由于目前兴建的水库以中小型为主，并且数量众多，所以对其进行的建设管理得不到重视，致使在运行的过程中出现了很多的问题，影响到了水库功能的正常发挥。

2、水库管理中存在的问题

2.1、人员修养问题

管理人员的管理水平和职业素质对于水库的建设起着至关重要的作用。从目前水库施工管理的现状来看，由于其受到传统管理制度的影响，很多工程的管理人员综合管理水平相对较低，并且有些管理人员还过分地依赖单位以及单位职责的管制機构。此外，还有一些工程项目的管理人员虽然具有较高的管理水平，但是对于成本、品质以及完成情况的管理能力不够，这样就使得工程项目的管理人员的水平受到了很大的限制。

2.2、目标管制存在的问题

在水利施工管理中，工程的成本管制与掌握和控制没有落到实处，品质管制只重视形成而不注重施工过程，进行安全管制中过分依赖经验，缺少合理科学的理论支持以及工程进度计划与实际实施情况不相符合，这些都表明水库目标管制不严格，从而影响了水利施工管理。

2.3、现场管制存在的问题

在水库建设中，施工现场是最为重要的施工环节。从目前的情况来看，很多工程项目在现场施工中，没有对施工现场进行合理、有序的组织、计划以及监督和管理，并且还由于对其工程的自主规范的管制比较小，就使得水库现场施工的随意性较大，从而造成很多水库施工现场的管制出现了混乱的局面。

2.4、质量管理问题

质量是水库管理的核心，只有在质量上符合规范要求的标准，才能够发挥出水库的最大优势，创造出最大的经济效益和生态效益，质量管理也是工程管理中最为重要的控制目标。在实际执行的过程中，由于很多中小型水库的施工单位不具有施工资质，所以质量意识比较薄弱，施工技术不高，在施工的过程中，没有严格按照施工规范执行，导致水库存在质量隐患，影响到后期的正常运行。

2.5、安全管理问题

安全是水库建设得以顺利进行的基础保障，也是每个施工企业都应该遵守的原则，所以在工程管理中，将安全管理作为重要的管理目标。在水库项目施工中，很多施工单位由于管理体系不健全，所以没有完善的安全管理制度，在实际操作中，工人的安全保护措施不到位，现场的监督管理不严，这些都是导致工程安全事故频发的原因，影响的工程的施工进度和质量。

2.6、成本管理不合理

成本管理是水库建设中管理的三个目标之一，与工程质量和进度同等重要，成本管理与质量和进度互相影响，并且直接关系到施工企业的经济效益。现阶段，为了保证施工企业的资质，很多工程都采用招投标的方式，但是由于招投标市场的操作不够规范，所以存在很多的违规操作，虚假招标或者违法分包等现象严重扰乱了招投标市场的秩序。在工程施工的过程中，由于成本管理体制的缺失，对于施工人员、施工材料以及机械设备的管理不到位，没有优化各项资源，导致资源的浪费，直接影响到工程的成本支出和施工企业的经济效益。

3、有效提高水库管理的有效措施

3.1、完善水库的管理体制

在水库管理工作中，以分级管理为指导思想，并且使管理制度日趋完善，根据国家相关规定来执行。针对不同区域的水库管理工作采用不同的管理原则；确立每一位相关人员的责任；依据法律条文相关规定来进行水库管理工作；要求主要的受益范围委托专门人员来进行水库管理工作。

3.2、落实水库管理的经费

面对现阶段的水库管理经费短缺的现状，水利管理部门应该积极调节水库方面的经费流动周转结构，或者水库管理的有关部门应该采取不同的方式来筹集经费，加强政府与水利部门的交流，创新经费的投资方式，争取各种优惠的政策。从而使水库检修维护工作能够正常有效地进行。因此，应该推出水价改革政策，来确保供水费用，减少中间环节费用的收取，避免截留挪用等现象的发生。要做好水费的有效控制，必须采用合理的方式来保障水利部门的水费收取工作能有效正常地进行。

3.3、强化水库管理调度制度

编制水库调度规程；编制年度调度运用计划；水库管理的各个相关的单位应该以积极向上的态度对待以下工作：1）水库管理的工作人员每一个人必须各司其职、各尽所能，并且要求每一位工作人员遵循调度规则，不得违反规章制度的相关规定，对于表现良好的、认真执行调度的工作人员给予嘉奖、表彰。否则，将反之对待。2）对于水库的调度的规章制度应该严格审查，合格后方可批准执行。3）针对水库调度运用计划应该严格审查，合格后方可批准执行。

3.4、加强水库管理中安全检查

推进规范管理严格遵循水库巡查规范性制度，就是把水库的基本状况、安全、产权等情况真实有效地记录备案。并且在小型水库中实施年检制度以预防险情的出现，做到规律性的巡查，尽量减少安全隐患的发生。同时也要为水库除险加固，防汛抢险，从而确保水库汛期的安全度过。建立完善的巡查工作制度，强化管理工作人员的意识，有助于水库安全管理的有效正常地进行。

3.5、洪水量校对

相关工作人员应该依据洪水流量从而针对过于狭窄的的溢洪道来进行相应的校对。从而确保溢洪道的所能通过水量达到最大数值。如果存在没有实施衬砌的现象，应该依据实际情况进行衬砌，从而保证溢洪道能够达到安全泄洪的标准。诚然，如果要进行防漏防渗处理，就必须积极针对不同地区的水库特点采取不同的方法措施。因此，在特殊情况下，必须根据水库的不同级别将水坝顶部的宽度和高度进行再一次的规范的水文计算，从而得到精确的坝顶宽度和高度。在水库的防渗加固方面，必须检查坝体是否存在沉陷不均、裂缝等现象，若发现，则必须及时进行相应的处理和核查。如果坝基不存在渗漏现象，那么就不需要進行坝基坝体的固结灌浆措施；在溢洪道灌溉方面，渠道用水的利用率应该得到相应的提高，从而使水量的损失降低。与此同时，尽可能地缩短时间，从而保证政府等相关单位能够解决灌溉用水的问题。

3.6、管理工作中加大宣传力度

为了实现水库管理的目标，让水库管理工作的相关人员深刻认识到水库在农业经济发展中不可或缺的重要地位，相关的地方性政府部门就应该给予其高度支持并且积极宣传其重要性。除此之外，还必须加大节约用水的宣传力度。因此，水库管理必须以法律相关规定作为前提条件，各个相关部门相互协调作为基础，从而督促、保证用户水费的收取，使节约用水的宣传能够顺利进行。除此之外，水库办公人员的工作用房必须落实，监测设备必须完善，并且依据实际情况，将水库周边的道路进行修砌。必要时配置、完善交通工具。对于日常的水库管理工作必须进行记录、归档。同时，水库规划中存在极其严重的安全隐患和不科学、不合理的经济影响时，必须采取相应的措施进行处理。

总而言之，由于水库管理工作的综合性、复杂性以及多样性等特点，所以，其施工质量的控制与管理是一个极为系统且复杂的工作项目。这就要求我们在以后的工作中，要想做好水库工程的管理，就应该从不同的方面、不同的环节下手，做好管理，还必须进一步强化各项管理措施的贯彻，以便将其作用充分发挥出来，最终达到理想的管理效果，造福于人民。

参考文献：

[1]朱博.水库管理中存在的问题及解决措施[J].黑龙江水利科技，2013，01：83-85.

[2]郭建伟，王红军.中型水库管理工作存在的问题及对策[J].科技致富向导，2013，33：30.

[3]赵丽娜.小型水库管理中存在的问题及对策探讨[J].科技致富向导，2012，23：309.

[4]陈辉，孙志超.当前水利工程管理中存在的问题及对策分析[J].科技致富向导，2013，02：326.

[5]夏迈定.我国北方水库管理中存在的问题及对策[J].水资源与水工程学报，1993，02：8-13.

作者：依米努尔·哈斯木

水库电厂安全管理论文篇2：

水电厂运行期综合管理内容和方式探究

【摘要】水电厂运行期综合管理包括对枢纽工程的调度运行和安全管理，也包括对水库及其资源、以及上下游生态等影响的管理。本文结合自身多年的工经验，简要概述了水电厂运行期综合管理内容，总结了多种管理方式以及其特征，为水电厂的高效生产提供保障。

【关键词】水电厂;运行期;综合管理;内容

我国水资源分布不均匀，大部分大型水电站都分布在云贵川等地形复杂、离大城市较远的地方。在运行期综合管理上都造成了各种不便。90年代，很多水电站受到经济体制、落后技术装备的制约，让运行综合管理内容和组织方式都与现代社会企业制度有着很大的差距。近年来，电力行业快速发展，各个水电厂设备技术水平都得到了迅速提高，原有的水电厂管理方法已越来越不适应发展要求，必然会发生巨大变革。现在水电厂逐步向无人或者少人值班，远程集中控制发展，设备的自动化、监控化系统逐步提高，所以运行管理的内容和方式都在改变。

我国水电厂运行期综合管理要形成科学、规范的管理模式，要采用新的管理组织和管理方式，提高管理队伍的素质，开展高效、安全生产经营活动，使水电厂综合效益最大化。

一、水电厂运行期综合管理内容优化

1、制定管理工作计划

水电厂运行期综合管理内容繁多，需要制定相应的工作计划进行管理。首先根据管理体系形成关键点计划清单，对各项工作、目标实现制定相应措施，保证管理工作中所需要的资源供应齐全。对工作计划的绩效进行跟踪管理，随时对工作计划内容和目标进行实时更新和调整。

2、人力资源的精细管理

人是影响水电厂运行期综合管理的主要内容，人力资源管理能够优化水电厂的人力资源配置，促进劳动力的合理分配。水电厂可以实行内部竞争上岗机制，将员工薪酬和工作职责、技术含量、劳动强度、劳动贡献结合起来，更能够使人才得到合理利用。完善分配制度，对工资进行按劳分配的原则进行，多劳多得，少劳少得，促进员工积极性。

水电厂运行管理需要员工主动性、积极性和创造性充分发挥出来，需要建立动态人力管理制度，激励员工。首先，每年对员工进行考核，促使员工向高岗位竞争，提高企业职工的竞争意识和责任意识;其次。展开年度评先评优活动，评选“先进个人”、“先进集体”等，将受评人员邀请到企业隆重集会或者活动中，刺激员工荣誉需求。第三，提高职工培训、再教育的地方。促进人员知识结构的增长和技术层次的提高。还可以创建学习型组织，实行“机电交流”制度，让机械和电气人员都能掌握两种技能，减少交叉工种中的障碍。

3、设备的安全管理

水电厂大多数运行多年，设备老化，很容易出现运行故障，采用技术先进、性能优越、自动化水平高的设备能够保证水电厂的正常运行。在设备设计、选型、制造、安装、维护的过程中都要高标准实施。特别是巡回检查过程中要严格执行巡回检查制度，按照规定时间和固定路线进行，及时发现设备异常、缺陷，并采取合理措施进行检修。

设备的状态检修。设备状态检修就是对设备弊端进行预防性检修，以免造成人力、物力、财力上的浪费。在国外，水电厂的设备状态检修有很多经验，但是在国内还处在研究、探索方面，实践工作较少。但是，现代电力设备检测诊断技术不断提高，点检定修等设备能够使人们对设备运行状态掌握越来越全面和深入。适时展开水电设备的状态检修，能够为水电厂运行的有效管理打下坚实的基础。

4、贯彻“安全第一，预防为主”的安全管理方针

安全管理方针应体现以人为本、预控结合、安全生产标准化、全员参与和持续改进的要求。水电厂运行安全性涉及到检修人员的人身安全，所以在运行管理过程中一定要注重安全管理。安全管理首先要重视安全意识教育，水电厂组织学习安全文件和安全通报，保证所有人员对安全条例的了解和熟悉，在工作中充分遵守安全法则。开展各种实践安全活动，要内容丰富，容易让员工们在各种活动中总结和吸取教训，保证所有人员能够在每一次活动中能够学到各种安全知识。

二、水电厂运行期无人值班管理方式

旧水电厂运行管理主要靠人力，90年代以来，随着十多年的探索和实践，信息技术和计算机技术已经普遍运用于现代水电厂运行管理中。现代自动化水平的提高，很多水电厂都开始采用无人值班运行管理模式来管理水电厂，不仅解放了劳动生产力，还提高了运行管理水平。

1、建立科学、高效管理体制

无人值班管理方式完全不同于旧水电厂的人力管理方式。要结合信息管理特点合理组织管理架构，形成界面清晰、职责明确的管理方式，建立起一套与现有管理模式相适应的企业信息管理系统。还要加强制度标准建设，实现无人值班管理的业务流程化和工作标准表格化，把每一步工作进行细化，工作時间、地点、具体事项都要规范管理。建立责任机制和约束机制，全面推动各级人员责任制，落实到具体责任。

2、利用计算机监控系统

计算机监控系统是无人值班管理的主要管理方式，利用计算机对机组和机电设备进行监视，再利用计算机监控系统提拱的音视频等材料，管理人员能够对全厂运行状态进行全面了解，根据监控信息发现故障，解决故障。

3、组建高素质的管理队伍

无人值班管理队伍对人才的数量相对减少，但是对人才的质量却有很高的要求。在组建管理队伍的时候，最好选择多经验、高素质的骨干力量，保证队伍之间的高效合作。虽然人员精简，但是数量不能太少，太少也会影响正常运转。因为无人值班管理方式对信息化操作和计算机运用更加频繁，所以要加强对员工信息化和计算机技术的培训，还要加强员工管知识和管理技能的培训，满足“一专多能、一工多艺”的需求，加强高素质复合型人才的培养。

4、新的设备管理方式

设备管理不仅要加强设备日常维护保养和检修，还要在信息化条件下探索新的管理模式。首先对设备性能、缺陷对状况进行摸底，实施预防性管理，提前做好设备定期维护保养工作，延长设备使用寿命;通过监控系统随时查看设备的运行状态，一旦发现设备运行有问题，就要进行维修;加大力度对危险部位、重点部位的巡检和维护，及时发现设备隐患;利用监控系统对设备历史运行状态进行分析，在保证安全的基础上，取消开停机操作，缩短开停机时间;为了能够节省设备检修时间，需要做好“两票”工作，操作时，分场领导和技术人员深入现场，加强指导服务，加强操作的安全性和紧凑性。班组之间积极合作，相互协调检修人员进行清草，确保机组快速高效安全投入运行。

三、总结

水电厂运行期综合管理过程中对管理内容进行合理优化，对管理方式进行科学组织，能够减少劳动资源的浪费，提高水电厂运行效率，保证安全生产的稳定性。再加上信息化管理技术的辅助管理，进一步研究和探索无人值班管理的优势，能够进一步提高管理成效。

参考文献

[1]龚在礼.水电厂机电设备运行与管理[M].黄河水利出版社，2009.

[2]陈国庆，谢刚，吴丹清.水电厂运行技术问答[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3]陈启卷，南海鹏.水电厂自动运行[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

作者：陈洋

水库电厂安全管理论文篇3：

基于数字孪生的水库大坝安全管理云服务平台研发与应用

摘要：当前中国水库大坝安全管理具有点多面广、安全状态时空多维演变、监测数据海量且多源异构、监管机构多层级等特点。为提高水库大坝安全管理水平，研究面向以监控和管理为主要目的的多层级安全监管需求，在充分梳理相关业务流程体系的基础上，引入数字孪生技术，给水库大坝安全运行管理提供新的展示方式和分析手段。运用以物联网、边缘计算、云计算等为核心的信息化技术实现数据采集、传输、存储、计算和综合利用，进而提出一套基于数字孪生技术的水库大坝安全管理云服务平台方案，并从数字孪生技术实现、云服务平台架构、运行支撑环境建设、业务功能设计等方面进行了论证。研究成果在安徽省梅山水库大坝成功投入实际运行，实现了水库大坝安全监控与管理的智能化、可视化、实时化、标准化。

关键词：水库大坝; 云服务平台; 数字孪生; 安全监控; 安全管理

中图法分类号：TV698.1 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.01.015

0 引言

中国重要的水库大坝都建有大坝安全监测信息采集及管理系统，可实现数据采集与安全管理，但无法形象高效地实现大坝安全状态的实时分析及诊断预警，不能满足多层级水库大坝安全管理需求，亟需引进新理论、新技术和新模式，从工程措施和非工程措施两方面发力，切实提高水库大坝安全管理水平。近年来，物联网、边缘计算、云计算、数字孪生等现代信息技术飞速发展并逐步成熟，为有效解决水库大坝安全运行问题提供了新途径。

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应实体装备的全生命周期过程[1]。数字孪生其实就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”。

数字孪生体被创建在信息化平台上，相比较于设计图纸，数字孪生体最大的特点在于它是对实体对象的动态仿真。它“动”的依据来自本体的物理设计模型，还有本体上面传感器反馈的数据，以及本体运行的历史数据。本体的实时状态，还有外界环境条件都会复现到“孪生体”身上[2]。除了“会动”之外，数字孪生还具备“全生命周期”“实时/准实时”“双向”等特点。

中国已经在战略产业层面提出众多重大科技专项[3-4]，有力促进了数字孪生应用发展，该技术有效用于卫星/空间通信网络、船舶、车辆、发电厂、飞机、复杂机电装备、立体仓库、医疗、制造车间、智慧城市等诸多行业领域，覆盖设计、建造、运行管理、预警监控、故障诊断以及健康管理等全过程。

数字孪生在其他行业成功运用，并展现出广阔的应用场景，水库大坝与其他工程一样具备从设计建造到运行管护的全过程，因此迫切需要探索数字孪生技术与业务应用相结合的数字化新模式[5]，数字孪生技术的应用必将改变水利行业传统管理模式，给水库大坝的监管带来更加便捷科学的技术手段[6-8]。

1 大坝安全管理的数字孪生技术

为支撑水库大坝数字化运行安全管理，研发了1套完整的高性能、强扩展、易使用的水库大坝安全数字孪生支撑技术。

1.1 大坝安全数字孪生應用需求体系

按国家、地方政府和业主单位的政策文件，进行总体布署和顶层设计，广泛调研当前水库大坝的工程现状、管理现状、信息化建设现状，以工程基本情况、业务管理情况、应用系统使用情况为突破口，分析数字孪生应用建设需求及发展趋势，理清安全监测业务关键点和孪生应用技术重难点。

1.2 大坝安全运行管理体系与数字孪生应用框架

在业务需求和发展趋势的充分调研基础上，梳理首页一张图、基本信息、水雨情、预报调度、安全监测、视频监控、闸门监控、综合管理、系统管理等业务的流程、指标、运行体系，建立面向多层级、多类别、多目标的孪生应用框架。

1.3 大坝安全数字孪生应用标准组件库

以业务内在逻辑为出发点，分别建立由BIM，GIS，倾斜摄影等组成的三维展示模块化组件库;由水工建筑物、监测断面、监测点等组成的安全监测模块化组件库;由雨量计、渗压计、流量计、水温计、GNSS、应力计等组成的仪器模块化组件库;由水质模型、气象预报模型、水文预报模型、调洪演算模型、防洪调度模型、大坝安全预报预警模型等组成的服务模型模块化组件库;以及由弹窗、列表、饼图、柱状图等组成的结果展示模块化组件库。统一组件的开发、封装及接口的技术标准，实现从组件、业务、应用到平台的完全解耦。

1.4 大坝安全数字孪生支撑平台

采用标准化、模块化、可视化、智能化的开发思路，建立水库大坝安全平台框架，利用图形化编辑方式，按照具体项目业务流程需要，在可视化条件下模块化组件的快速拼装，减少开发人员的重复劳动，提高水库大坝安全信息化系统的开发效率，从而实现系统低成本、少维护、高效率、大规模的应用。支撑平台支持三维可视化数字场景构建，实现空间数据、BIM模型数据、业务数据、物联感知数据、多媒体数据等多源异构海量数据之间无缝融合，以及与现实世界的动态映射。

2 云服务平台架构

水库大坝安全管理云服务平台旨在通过信息化技术手段建立一套满足水利主管部门多层级管理需要（图1）、保障水库大坝安全运行的业务平台[9]，它对水利工程运行数据进行采集、分析、处理以实现对运行环境、工程状态等全方位的监控和管理，辅以日常管理功能，达到用一套系统解决水利工程管理单位所有问题的目的，它是水利工程现代化管理的具体体现。

平台通过采集水库大坝的水情、雨情、工情、监测、图像等信息，构建相应的数字孪生体，综合分析水利工程当前运行的状况和历史过程，通过相关模型演算未来发展趋势，并运用建立的水库大坝安全诊断与预警指标方法体系，实现异常智能化识别和自动化预警报警。除此之外，系统设置管理功能，可以对辖区内的水库进行综合调度和系统评价，并根据需要制定分析统计报表。

整个系统分为6个层级，分别是数据采集层、基础设施层、数据资源层、应用支撑层、应用层和表现层（图2）。

（1）数据采集层。数据采集层主要是获取实时的监测数据，包括水位、雨量、流量、安全监测、视频监视、闸门监控等各种水库信息采集点的传感设备，数据采集层与其他层次之间的数据通信以无线为主，有线为辅。

（2）基础设施层。基础设施层包括工程管理局和政务云两部分，均包含服务器设备、存储备份系统、网络基础设施、安全基础设施、视频会议及会商系统以及其他用于数据传输、存储和利用的网络通信设施。

（3）数据资源层。数据资源层是为了合理地实现数据存储而设计的数据存储结构，采用标准数据表结构进行设计，数据存储和划分可以根据数据类型、格式和传输方式来进行，包括元数据库、指标分析数据库、公共基础数据库、水库管理业务专业数据库和管理数据库等。

（4）应用支撑层。应用支撑平台层是为应用系统的运行提供辅助支撑，主要包括GIS平台、视频监视平台、应用服务中间件、报表中间件、工作流引擎、服务总线等。

（5）应用层。应用层是指面向业务的各类应用服务，按照业务功能划分为水库基本信息服务、水雨情监测服务、大坝安全监测服务等业务，该业务应用层基于SOA架构进行部署，可以根据业务的实际情况进行动态扩充和删减，不仅满足当前业务需要，而且能够支持将来业务的扩展，而不影响整体的层次架构。

（6）表现层。表现层是业务系统在客户端的具体表现，它是业务和信息的集中体现。展示的媒介包括PC客户端和移动客户端，包括Web应用系统和移动应用APP两种形式，展示方式是以BIM模型和二、三维GIS为基础实现数字孪生，展示内容包括实时展示及分析数据、文字、表格、图形等。

3 云服务平台功能设计

水库大坝安全管理云服务平台采用面向服务的思想进行设计，由数据中心、数字孪生平台、统一业务平台及搭建在该平台上的防汛管理相关信息化业务系统构成，提供多元业务应用和多级用户交互的防汛业务处理以及专业智能的决策支持，满足多业务类型、组织架构和规程规范要求。水库大坝安全管理云服务平台的功能模块涵盖县市级水利管理部门水库群管理的主体业务，旨在建立信息集中、业务全面、风格统一、交互友好的综合性水利工程管控一体化平台。系统功能所述如下：

（1）一张图。借助于三维数字孪生，通过“一张地图”的形式展示水库相关工程的监测和统计信息，以可视化、形象化、立体化的方式将水库的主要信息进行集中展示。

（2）水雨情。及时了解水情、雨情实时信息和历史变化过程。以表格、曲线、柱状图的形式呈现水位统计、多雨量站统计，提供环比、同比功能，实现中长期的水雨情分析。通过建立的洪水预报模型，做好来水预报，并智能提供调度方案。

（3）安全监测。全面掌握大坝安全监测现状和变化过程，绘制实时浸润线和等值线，提供分布图对比和轮播功能以掌握浸润变化过程。通过建立回归分析、有限元分析模型为数据分析提供专业性补充。提供巡视检查在线填报、上报机制，真正实现发现问题、报告问题和解决问题的流程化管理[10]。

此外，通過数字孪生相关模型演算未来发展趋势，并运用建立的水库大坝安全诊断与预警指标方法体系，实现异常性态智能化识别和自动化预警报警，并给出初步推荐处置方案。

（4）防洪调度。针对水库的防洪业务需求，主要从防汛值班管理、防汛物资管理、辅助应急事件处理以及闸门监控等方面支撑水库安全度汛。

（5）灌区管理。提供可视化的灌区管理，制定灌溉计划，跟踪计划执行，按需统计灌溉实绩，实现可视化设备监控、检修维护，建立设备请购上报流程制度，实现灌区有效的调度，提供来水预报、优化配水等技术模型辅助灌区科学化管理。

（6）电站管理。全面形象地展示电站整体运行状况，了解机组、开关站等主要设备的工作状态，展示运行参数和统计报表，实现交接班、操作票流程化管理，建立安全生产制度。

（7）水质监测。集水质参数监测、分析于一体，具备实时可视化监测、专业模型分析、水质污染应急处置等。

（8）视频监控。集成视频监控相关软件及硬件设备，实现水库实时视频监控及历史资料检索查看。

（9）综合管理。不仅具有水库日常运行管理中的维修养护、管理考核、单元化管理、安全生产管理，而且整合了办公自动化系统、流程管理、档案管理等模块，更能提供数据在线可视化整编、资料分析报告自动生成功能，全面满足水库管理的信息化需要。

4 关键技术

水库大坝安全管理云服务平台在技术路线选择时通盘平衡处理运行效率、开发效率、扩展灵活性和系统健壮性，综合运用物联网、3S技术、云计算和大数据等先进技术。

4.1 基于混合存储架构的大数据存储方案

经过多次测试和比选，选用HDFS作为大数据文件存储解决方案，MongoDB分布式存储作为对象数据存储方案，MySQL分布式部署作为关系型数据和时序数据存储方案。设计了两个混合数据存储服务集群，原始数据存储集群和成果数据存储集群。系统通过ETL服务，把各水库的原始数据，第三方机构提供的水文气象数据、地形地貌数据抽取到原始数据集群进行数据存档。基于Hadoop分布式计算框架MapReduce，搭建计算模型云，搭载水情预报模型、调度演算模型、气象预报模型、回归分析模型、相关性分析模型、浸润线分析模型、渗透坡降分析模型等，并提供后续模型能力扩展接口。通过集群模型计算后，将成果数据汇聚到成果数据混合存储集群中备用。通过微服务集群调用成果数据集群中的数据，使用微服务网关进行心跳管理、负载均衡管理、服务使用权限管理等，使用WebAPI为水库管理机构、水行政管理机构、流域管理机构、第三方服务机构提供数据服务。

4.2 多级缓存热点数据交互方法

缓存是内存中存储数据备份。为保证程序的高性能、可用性，减少数据的重复存取或计算过程的消耗，对高频热点数据进行缓存处理尤为重要。

基于大数据平台下的多级缓存热点处理方法，通过采用Redis集群缓存能保证数据的安全写入、一致性（非强一致性）、可用性（容忍少量节点出错）;同时采用消息队列机制一方面能平衡用户的数据消费与集群访问关系，另一方面也能发现高频、异常数据以及实现对热点数据的统计分析等。

4.3 BIM+GIS融合技术

为应对BIM+GIS融合的技术难题，更好地实现三维BIM模型与三维地图的结合，并支撑水库大坝安全数字孪生应用，云服务平台采用国产主流的GIS软件产品，实现BIM主流数据的无损接入、BIM数据到GIS平台的精准匹配等关键技术，保证BIM数据与三维实体模型无缝对接技术，借助三维实体数据模型，实现了BIM数据在GIS平台中的分析及运算能力，为BIM+GIS应用提供了有力的技术和平台支撑。

5 工程应用

基于数字孪生的水库大坝安全管理云服務平台，专注于水库大坝安全管理业务。为验证开发的水库大坝安全数字孪生支撑成套技术与安全管理云服务平台的实际工程应用效果，在安徽省梅山水库进行了试点运用。梅山水库位于淮河中游南岸支流史河上游的金寨县境内，总库容22.64亿m3，水库以防洪为主，承担为淮河干流蓄洪的任务，是结合灌溉、发电、航运及水产等综合利用的大（1）型水利枢纽工程[11-12]。“十三五”以来，梅山水库在加快水利信息基础设施建设的同时，重点完善了水库大坝安全监测系统、防汛调度自动化系统、工程管理系统，在此基础上建设水库大坝安全管理平台。

梅山水库大坝安全管理平台以水库大坝安全数字孪生支撑成套技术为基础，整合二、三维GIS，建立数字孪生运行体系平台，接入大坝渗流渗压、变形监测、坝体温度等近300支自动化监测仪器，通过WebAPI实现监测数据实时接入，用户也可以通过操作数字孪生体实现参数设置和数据召测，与仪器设备进行互动（图3）。另外，梅山水库大坝安全管理平台还通过在数字孪生环境中建立各项监测对象的预警指标体系，实现大坝安全动态预警，为运行管理提供智能化指导。梅山水库试点运行取得了优异的应用效果反馈，极大提高了水库大坝安全运行管理水平，降低了相关技术人员的工作压力。

6 结语

传统的信息展示方式已经不能满足新时期水库大坝监管需要，数字孪生技术为水利工程管理带来了新的展示方式，它具备全生命周期、实时或准实时、数据双向流动等特点，为水利工程管理智慧化转型提供了新理论、新技术和新模式。数字孪生在水利工程管理方面的应用还处于初级阶段，要想实现虚拟场景与现实状况完全孪生，还需将水利专业与GIS、BIM技术更好地融合，进一步实现水库大坝安全的理论突破、技术探索、业务理解和模式创新。本文提出的基于数字孪生的水库大坝安全管理云服务平台可为中国大坝安全管理运行提供借鉴。