CN113962831B - 一种水电站区降雨排水实时监测系统及方法 - Google Patents

一种水电站区降雨排水实时监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水电站区降雨排水实时监测系统及方法，属于水电站区安全监测技术领域；包括水库水位实时采集模块、沟渠水流量实时采集模块、降雨量实时采集模块、中央控制模块、数据存储模块。本方案在现有的水电站区安全监测方案的基础上，不只是停留在定期检查维护排水沟渠；在定期检查维护的真空期也可以通过水库水位实时采集模块、沟渠水流量实时采集模块、降雨量实时采集模块、中央控制模块、数据存储模块之间的配合，对水电站区的降雨排水进行实时监测；并且，还可以实现排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞的异常精准判断，有效避免地质灾害，适合全国各地的大部分水电站推广应用，有效保障水电站区的生命财产安全。

Description

一种水电站区降雨排水实时监测系统及方法
技术领域
本发明属于水电站区安全监测技术领域，具体涉及一种水电站区降雨排水实时监测系统及方法。
背景技术
水电站区一般地质条件复杂，边坡岩体卸荷严重，常年风吹日晒导致岩层破碎、孤石横立等。汛期来临时，水电站区若发生持续性降雨，易发生边坡滚石、泥石流、滑坡等地质灾害，对水电站区边坡安全稳定和水电站区大坝安全造成较大威胁。但以往的防御方法主要是采取建立综合防洪减灾体系，修建并定期检查维护排水沟渠、拦渣坝、边坡主动和被动防护网等工程措施。
其中，当水电站区出现持续性暴雨时，水电站区的水库和周围山坡的排水沟渠的水量负荷会急剧增加；如果周围山坡的排水沟渠的排水过程顺畅，那么水库是相对安全的，如果周围山坡的排水沟渠的排水过程出现局部堵塞，那当周围山坡的排水沟渠因为堵塞积累的水量到达一定程度后，堵塞被积水冲破可能会造成周围山坡的排水沟渠下游的水库和大坝失控，从而导致水电站区安全事故，如果周围山坡的排水沟渠损毁，排水沟渠的排水顺着损毁的地方四处扩散，当周围山坡漫水过多时，周围山坡容易出现边坡滚石、泥石流、滑坡等地质灾害；但是现有的水电站区安全监测方案都只是停留在定期检查维护排水沟渠，定期检查维护的真空期无法预防上述情况的出现，存在较大的局限性。
因此，现阶段需设计一种水电站区降雨排水实时监测系统及方法,来解决以上问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种水电站区降雨排水实时监测系统及方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，如：当水电站区出现持续性暴雨时，水电站区的水库和周围山坡的排水沟渠的水量负荷会急剧增加；如果周围山坡的排水沟渠的排水过程顺畅，那么水库是相对安全的，如果周围山坡的排水沟渠的排水过程出现局部堵塞，那当周围山坡的排水沟渠因为堵塞积累的水量到达一定程度后，堵塞被积水冲破可能会造成周围山坡的排水沟渠下游的水库和大坝失控，从而导致水电站区安全事故，如果周围山坡的排水沟渠损毁，排水沟渠的排水顺着损毁的地方四处扩散，当周围山坡漫水过多时，周围山坡容易出现边坡滚石、泥石流、滑坡等地质灾害；但是现有的水电站区安全监测方案都只是停留在定期检查维护排水沟渠，定期检查维护的真空期无法预防上述情况的出现，存在较大的局限性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种水电站区降雨排水实时监测系统，包括水库水位实时采集模块、沟渠水流量实时采集模块、降雨量实时采集模块、中央控制模块、数据存储模块；当开始降雨时，中央控制模块启动降雨量实时采集模块和水库水位实时采集模块，分别采集实时降雨量数据和实时水库水位数据；中央控制模块从数据存储模块中调用预存的基准降雨量数据和基准水库水位数据，基准降雨量数据与基准水库水位数据一一对应映射，基准降雨量数据和基准水库水位数据均由水电站区的历史数据训练得出；若通过实时降雨量数据映射出的基准水库水位数据超出实时水库水位数据时，中央控制模块启动沟渠水流量实时采集模块，采集实时沟渠水流量数据；中央控制模块从数据存储模块中调用预存的基准降雨量数据和基准沟渠水流量数据，基准降雨量数据与基准沟渠水流量数据一一对应映射；若通过实时降雨量数据映射出的基准沟渠水流量数据超出实时沟渠水流量数据，则中央控制模块判定排水沟渠损毁，若通过实时降雨量数据映射出的基准沟渠水流量数据低于实时沟渠水流量数据，则中央控制模块判定排水沟渠堵塞。
进一步的，还包括排水沟渠图像采集模块、光照强度采集模块；
当中央控制模块判定排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞时，中央控制模块启动光照强度采集模块，采集排水沟渠现场的光照强度数据；
当排水沟渠现场的光照强度数据满足排水沟渠图像采集模块的图像采集条件时，中央控制模块启动排水沟渠图像采集模块，采集排水沟渠现场的实时图像数据；其中，满足排水沟渠图像采集模块的图像采集条件是指：在当前实时降雨量数据的基础上，能够采集到排水沟渠现场的实时图像数据；
中央控制模块通过排水沟渠现场的实时图像数据与其历史图像数据进行对比判断，识别出排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞的具体位置。
进一步的，还包括光照补充模块；
当排水沟渠现场的光照强度数据不满足排水沟渠图像采集模块的图像采集条件时，中央控制模块启动光照补充模块对排水沟渠现场的光照强度进行持续补充增强，当排水沟渠现场的光照强度数据满足图像采集条件时，中央控制模块再启动排水沟渠图像采集模块，并保持光照补充模块当前的工作状态。
进一步的，还包括镜片水雾检测模块和镜片水雾清除模块；
当中央控制模块从排水沟渠图像采集模块获取排水沟渠现场的实时图像数据的清晰度低于其历史图像数据的清晰度时，中央控制模块启动镜片水雾检测模块，检测排水沟渠图像采集模块的图像采集镜片上的实时水雾信息，若图像采集镜片上的实时水雾信息超出其标准水雾信息，中央控制模块启动镜片水雾清除模块，对排水沟渠图像采集模块的图像采集镜片上的水雾进行清除。
进一步的，还包括水库闸门控制模块、开闸计时模块；
当通过实时降雨量数据映射出的基准水库水位数据低于实时水库水位数据时，进一步判断实时水库水位数据是否达到安全水库水位数据，若实时水库水位数据达到安全水库水位数据，则中央控制模块启动水库闸门控制模块打开水库闸门进行泄水，同时中央控制模块启动开闸计时模块对开闸泄水进行计时，记录实时计时数据；
数据存储模块中还存储有：当实时水库水位数据达到安全水库水位数据时，不同降雨量数据一一对应映射的开闸泄水的基准计时数据；
当实时计时数据达到当前实时降雨量数据映射的基准计时数据时，中央控制模块关闭水库闸门控制模块停止泄水。
一种水电站区降雨排水实时监测方法，采用如上述的一种水电站区降雨排水实时监测系统进行降雨排水实时监测。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本方案的一个创新点在于，本方案在现有的水电站区安全监测方案的基础上，不只是停留在定期检查维护排水沟渠；在定期检查维护的真空期也可以通过水库水位实时采集模块、沟渠水流量实时采集模块、降雨量实时采集模块、中央控制模块、数据存储模块之间的配合，对水电站区的降雨排水进行实时监测；并且，还可以通过水库水位实时采集模块、沟渠水流量实时采集模块、降雨量实时采集模块的先后启动，实现排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞的异常精准判断，有效避免排水沟渠下游的水库和大坝失控、周围山坡出现边坡滚石、泥石流、滑坡等地质灾害，适合全国各地的大部分水电站推广应用，有效保障水电站区的生命财产安全。
附图说明
图1为本申请实施例1的系统结构示意图。
图2为本申请实施例2的系统结构示意图。
图3为本申请实施例3的系统结构示意图。
图4为本申请实施例3的水库水位在不同降雨强度下的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1-附图4，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
对于大多数的水电站而言，当水电站区出现持续性暴雨时，水电站区的水库和周围山坡的排水沟渠的水量负荷会急剧增加；如果周围山坡的排水沟渠的排水过程顺畅，那么水库是相对安全的，如果周围山坡的排水沟渠的排水过程出现局部堵塞，那当周围山坡的排水沟渠因为堵塞积累的水量到达一定程度后，堵塞被积水冲破可能会造成周围山坡的排水沟渠下游的水库和大坝失控，从而导致水电站区安全事故，如果周围山坡的排水沟渠损毁，排水沟渠的排水顺着损毁的地方四处扩散，当周围山坡漫水过多时，周围山坡容易出现边坡滚石、泥石流、滑坡等地质灾害；但是现有的水电站区安全监测方案都只是停留在定期检查维护排水沟渠，定期检查维护的真空期无法预防上述情况的出现，存在较大的局限性。
如图1所示，提出一种水电站区降雨排水实时监测系统，包括水库水位实时采集模块、沟渠水流量实时采集模块、降雨量实时采集模块、中央控制模块、数据存储模块；中央控制模块分别与水库水位实时采集模块、沟渠水流量实时采集模块、降雨量实时采集模块、数据存储模块连接；
水库水位实时采集模块用于采集水库的实时水库水位数据；
沟渠水流量实时采集模块用于采集排水沟渠的实时沟渠水流量数据；
降雨量实时采集模块用于采集水电站区的实时降雨量数据；
当开始降雨时，中央控制模块启动降雨量实时采集模块和水库水位实时采集模块，分别采集实时降雨量数据和实时水库水位数据；没有降雨的时候，降雨量实时采集模块和水库水位实时采集模块处于关闭状态，可降低相关的电力消耗，同时，没有降雨的情况下，水电站区工作人员也可对其进行巡检，由于是关闭状态，巡检时更安全。
中央控制模块从数据存储模块中调用预存的基准降雨量数据和基准水库水位数据，基准降雨量数据与基准水库水位数据一一对应映射（也就是说，从开始降雨起算，降雨量数据可考虑单位时间内的降雨量和累积降雨时长等，随着降雨量数据的变化，水库水位增加量是何种情况，之间存在紧密联系），基准降雨量数据和基准水库水位数据均由水电站区的历史数据训练得出；
若通过实时降雨量数据映射出的基准水库水位数据超出实时水库水位数据时（即，水电站区的降雨量汇流到水库的过程出现了异常，也就是前文提出的：可能是周围山坡的排水沟渠的排水过程出现局部堵塞，也可能是周围山坡的排水沟渠损毁，排水沟渠的排水漏到了周围山坡上），中央控制模块启动沟渠水流量实时采集模块，采集实时沟渠水流量数据；
中央控制模块从数据存储模块中调用预存的基准降雨量数据和基准沟渠水流量数据，基准降雨量数据与基准沟渠水流量数据一一对应映射（也就是说，从开始降雨起算，降雨量数据可考虑单位时间内的降雨量和累积降雨时长等，随着降雨量数据的变化，沟渠水流量变化时何种情况，这之间存在紧密联系）；
若通过实时降雨量数据映射出的基准沟渠水流量数据超出实时沟渠水流量数据（也就是说，理论上沟渠水流量比实际上沟渠水流量大，其中水流量指单位时间内沟渠的水流承载量），则中央控制模块判定排水沟渠损毁，若通过实时降雨量数据映射出的基准沟渠水流量数据低于实时沟渠水流量数据（也就是说，理论上沟渠水流量比实际上沟渠水流量小），则中央控制模块判定排水沟渠堵塞。
综上所述，本方案在现有的水电站区安全监测方案的基础上，不只是停留在定期检查维护排水沟渠；在定期检查维护的真空期也可以通过水库水位实时采集模块、沟渠水流量实时采集模块、降雨量实时采集模块、中央控制模块、数据存储模块之间的配合，对水电站区的降雨排水进行实时监测；并且，还可以通过水库水位实时采集模块、沟渠水流量实时采集模块、降雨量实时采集模块的先后启动，实现排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞的异常精准判断，有效避免排水沟渠下游的水库和大坝失控、周围山坡出现边坡滚石、泥石流、滑坡等地质灾害，适合全国各地的大部分水电站推广应用，有效保障水电站区的生命财产安全。
实施例2：
当实现排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞的异常精准判断后，还需要快速做到异常精准定位，便于水电站区工作人员在未降雨等安全条件下对其进行异常排除，必要时，水电站区工作人员在降雨的情况下仍需要对其进行异常排除，比如：虽然降雨量较大，但如果不进行异常排除，极大可能威胁到下游的水电站区时。
在实施例1的基础上进一步的，如图2所示，还包括排水沟渠图像采集模块、光照强度采集模块；排水沟渠图像采集模块、光照强度采集模块分别与中央控制模块连接；排水沟渠图像采集模块用于采集水电站区周围山坡的排水沟渠现场的实时图像数据；但是，如果遇到夜晚时间，图像采集会受到极大的限制，并且，即使不是夜晚时间，降雨量较大的情况下，仍然会导致排水沟渠现场的光照强度，从而影响图像采集。
所以，当中央控制模块判定排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞时，中央控制模块启动光照强度采集模块，采集排水沟渠现场的光照强度数据；
当排水沟渠现场的光照强度数据满足排水沟渠图像采集模块的图像采集条件时，中央控制模块启动排水沟渠图像采集模块，采集排水沟渠现场的实时图像数据；其中，满足排水沟渠图像采集模块的图像采集条件是指：在当前实时降雨量数据的基础上，能够采集到排水沟渠现场的实时图像数据；
中央控制模块通过排水沟渠现场的实时图像数据与其历史图像数据（可存储在数据存储模块中）进行对比判断，识别出排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞的具体位置。
进一步的，还包括光照补充模块；
当排水沟渠现场的光照强度数据不满足排水沟渠图像采集模块的图像采集条件时，中央控制模块启动光照补充模块对排水沟渠现场的光照强度进行持续补充增强，当排水沟渠现场的光照强度数据满足图像采集条件时，中央控制模块再启动排水沟渠图像采集模块，并保持光照补充模块当前的工作状态。
当降雨量较大，排水沟渠图像采集模块（虽然现有的图像采集存在倾斜防水结构，但山坡由于水雾和风的结合，仍可能造成水雾过量累积在其图像采集镜片上）附近的水雾过量累积在其图像采集镜片上时；所以进一步的，还包括镜片水雾检测模块和镜片水雾清除模块；
当中央控制模块从排水沟渠图像采集模块获取排水沟渠现场的实时图像数据的清晰度低于其历史图像数据的清晰度时，中央控制模块启动镜片水雾检测模块，检测排水沟渠图像采集模块的图像采集镜片上的实时水雾信息，若图像采集镜片上的实时水雾信息超出其标准水雾信息，中央控制模块启动镜片水雾清除模块，对排水沟渠图像采集模块的图像采集镜片上的水雾进行清除。
综上所述，当实现排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞的异常精准判断后，通过排水沟渠图像采集模块、光照强度采集模块、光照补充模块之间的配合，可快速做到异常精准定位，便于水电站区工作人员根据实际需求对其进行异常排除；同时，通过镜片水雾检测模块和镜片水雾清除模块的配合，还可以克服水雾过量累积在其图像采集镜片上的问题。
实施例3：
当出现实时降雨量数据映射出的基准水库水位数据低于实时水库水位数据时，比如：周围山坡的排水沟渠的排水过程已经出现局部堵塞，当周围山坡的排水沟渠因为堵塞积累的水量到达一定程度后，堵塞被积水冲破后造成下游实际上水位数据比理论上水位数据大等情况。此时就需要对水库进行合理的泄水，同时也要保存一定的水位，借助降雨来蓄水蓄能。
在实施例1或实施例2的基础上进一步的，如图3所示，还包括水库闸门控制模块、开闸计时模块；
当通过实时降雨量数据映射出的基准水库水位数据低于实时水库水位数据时，进一步判断实时水库水位数据是否达到安全水库水位数据，若实时水库水位数据达到安全水库水位数据，则中央控制模块启动水库闸门控制模块打开水库闸门进行泄水，同时中央控制模块启动开闸计时模块对开闸泄水进行计时，记录实时计时数据；
数据存储模块中还存储有：当实时水库水位数据达到安全水库水位数据时，不同降雨量数据一一对应映射的开闸泄水的基准计时数据；
当实时计时数据达到当前实时降雨量数据映射的基准计时数据时，中央控制模块关闭水库闸门控制模块停止泄水。
综上所述，通过水库闸门控制模块、开闸计时模块之间的配合，可将水库水位根据实时降雨量数据和开闸泄水的实时计时数据控制在安全范围。如图4所示，开闸泄水和闭闸蓄水的具体为，第1阶段是针对单位时间内降雨量较小的情况，第2阶段是针对单位时间内降雨量适中的情况，第1阶段是针对单位时间内降雨量较大的情况。
一种水电站区降雨排水实时监测方法，采用如上述的一种水电站区降雨排水实时监测系统进行降雨排水实时监测。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种水电站区降雨排水实时监测系统，其特征在于，包括水库水位实时采集模块、沟渠水流量实时采集模块、降雨量实时采集模块、中央控制模块、数据存储模块；当开始降雨时，中央控制模块启动降雨量实时采集模块和水库水位实时采集模块，分别采集实时降雨量数据和实时水库水位数据；中央控制模块从数据存储模块中调用预存的基准降雨量数据和基准水库水位数据，基准降雨量数据与基准水库水位数据一一对应映射，基准降雨量数据和基准水库水位数据均由水电站区的历史数据训练得出；若通过实时降雨量数据映射出的基准水库水位数据超出实时水库水位数据时，中央控制模块启动沟渠水流量实时采集模块，采集实时沟渠水流量数据；中央控制模块从数据存储模块中调用预存的基准降雨量数据和基准沟渠水流量数据，基准降雨量数据与基准沟渠水流量数据一一对应映射；若通过实时降雨量数据映射出的基准沟渠水流量数据超出实时沟渠水流量数据，则中央控制模块判定排水沟渠损毁，若通过实时降雨量数据映射出的基准沟渠水流量数据低于实时沟渠水流量数据，则中央控制模块判定排水沟渠堵塞；
还包括排水沟渠图像采集模块、光照强度采集模块；
当中央控制模块判定排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞时，中央控制模块启动光照强度采集模块，采集排水沟渠现场的光照强度数据；
当排水沟渠现场的光照强度数据满足排水沟渠图像采集模块的图像采集条件时，中央控制模块启动排水沟渠图像采集模块，采集排水沟渠现场的实时图像数据；其中，满足排水沟渠图像采集模块的图像采集条件是指：在当前实时降雨量数据的基础上，能够采集到排水沟渠现场的实时图像数据；
中央控制模块通过排水沟渠现场的实时图像数据与其历史图像数据进行对比判断，识别出排水沟渠损毁或排水沟渠堵塞的具体位置。
2.如权利要求1所述的一种水电站区降雨排水实时监测系统，其特征在于，还包括光照补充模块；
当排水沟渠现场的光照强度数据不满足排水沟渠图像采集模块的图像采集条件时，中央控制模块启动光照补充模块对排水沟渠现场的光照强度进行持续补充增强，当排水沟渠现场的光照强度数据满足图像采集条件时，中央控制模块再启动排水沟渠图像采集模块，并保持光照补充模块当前的工作状态。
3.如权利要求2所述的一种水电站区降雨排水实时监测系统，其特征在于，还包括镜片水雾检测模块和镜片水雾清除模块；
当中央控制模块从排水沟渠图像采集模块获取排水沟渠现场的实时图像数据的清晰度低于其历史图像数据的清晰度时，中央控制模块启动镜片水雾检测模块，检测排水沟渠图像采集模块的图像采集镜片上的实时水雾信息，若图像采集镜片上的实时水雾信息超出其标准水雾信息，中央控制模块启动镜片水雾清除模块，对排水沟渠图像采集模块的图像采集镜片上的水雾进行清除。
4.如权利要求1所述的一种水电站区降雨排水实时监测系统，其特征在于，还包括水库闸门控制模块、开闸计时模块；
当通过实时降雨量数据映射出的基准水库水位数据低于实时水库水位数据时，进一步判断实时水库水位数据是否达到安全水库水位数据，若实时水库水位数据达到安全水库水位数据，则中央控制模块启动水库闸门控制模块打开水库闸门进行泄水，同时中央控制模块启动开闸计时模块对开闸泄水进行计时，记录实时计时数据；
数据存储模块中还存储有：当实时水库水位数据达到安全水库水位数据时，不同降雨量数据一一对应映射的开闸泄水的基准计时数据；
当实时计时数据达到当前实时降雨量数据映射的基准计时数据时，中央控制模块关闭水库闸门控制模块停止泄水。
5.一种水电站区降雨排水实时监测方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的一种水电站区降雨排水实时监测系统进行降雨排水实时监测。
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