大渡河流域地震監(jiān)測集中管控研究及應(yīng)用

胡 瀚 尹， 高 志 良， 吳 衛(wèi) 遠(yuǎn)

(1.國能大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610041；2.北京港震科技股份有限公司，北京 大興 100000)

0 前 言

大渡河流域作為國家規(guī)劃的十三大水電基地之一，其干流水電梯級(jí)開發(fā)共規(guī)劃24個(gè)梯級(jí)電站。流域地貌跨越川西高原、川西中高山深切峽谷區(qū)、川南低山丘陵多個(gè)地貌單元，集中落差4 175 m。同時(shí)，大渡河流域位于地震高發(fā)區(qū)，內(nèi)有龍門山、鮮水河、安寧河3大斷裂帶相互交錯(cuò)，且處于四川汶川、蘆山地震震中區(qū)，管轄水電區(qū)域地震烈度均較高，地震災(zāi)害問題尤為突出[1]。

由于各個(gè)大壩強(qiáng)震系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)行，同一個(gè)地震事件，需要安排現(xiàn)場運(yùn)維人員單獨(dú)對每一個(gè)大壩強(qiáng)震數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，而現(xiàn)場運(yùn)維人員崗位變動(dòng)大，造成震后人工產(chǎn)出結(jié)果時(shí)間長，結(jié)果可靠性差。同時(shí)，水庫微震臺(tái)網(wǎng)也并未與大壩強(qiáng)震系統(tǒng)集中聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一產(chǎn)出。這一現(xiàn)狀已不能滿足大渡河公司智慧企業(yè)發(fā)展要求。為此，需開展大渡河流域地震監(jiān)測集控技術(shù)研究。隨著大渡河公司流域開發(fā)腳步和智慧企業(yè)建設(shè)的不斷推進(jìn)和深入，對于流域地震監(jiān)測集中管控和智能分析研究的條件逐步成熟。大渡河公司庫壩管理中心作為流域大壩和地質(zhì)災(zāi)害的專業(yè)化管理中心，已著手進(jìn)行此項(xiàng)研究，為今后與大壩安全管理信息的融合奠定基礎(chǔ)。

1 地震監(jiān)測設(shè)施布置

水電站地震監(jiān)測主要包括水庫微震監(jiān)測和大壩強(qiáng)震監(jiān)測。大渡河流域水電站除早期投產(chǎn)的龔嘴、銅街子電站未建水庫微震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)和大壩強(qiáng)震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)，其后新建電站均建有地震監(jiān)測系統(tǒng)，目前水庫微震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)共32個(gè)臺(tái)站(4個(gè)在建)，大壩強(qiáng)震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)共60個(gè)臺(tái)站(7個(gè)在建，詳見表1)。其中瀑布溝、大崗山、猴子巖已建有水庫微震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)和大壩強(qiáng)震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)，水庫微震監(jiān)測臺(tái)站均布置在遠(yuǎn)離生產(chǎn)、生活區(qū)域，橫向分布在庫區(qū)邊線以外約10 km范圍，縱向覆蓋全庫區(qū)長度范圍；深溪溝、枕頭壩一級(jí)、沙坪二級(jí)水電站均建有大壩強(qiáng)震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)，臺(tái)站分布在大壩及近壩區(qū)域[2]。

表1 大壩強(qiáng)震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)和微震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)表

2 地震集中管控研究和應(yīng)用

2.2 整體思路

大渡河流域地震監(jiān)測集中管控技術(shù)研究主要分為四個(gè)步驟進(jìn)行。首先，收集大渡河流域管轄電站大壩和水庫地震監(jiān)測資料，掌握各電站地震監(jiān)測系統(tǒng)和庫壩信息管理系統(tǒng)運(yùn)行情況；第二步是開展大渡河流域地震監(jiān)測管控模式研究，重點(diǎn)對大壩強(qiáng)震、微震集成管控方式、地震監(jiān)測智能分析、地震監(jiān)測信息發(fā)布及應(yīng)急響應(yīng)模式、系統(tǒng)狀態(tài)信息監(jiān)控開展研究；第三步是建立地震監(jiān)測與監(jiān)控預(yù)警指標(biāo)體系，開發(fā)地震監(jiān)測管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)流域地震監(jiān)測的集中管控和智能分析，滿足大渡河公司智慧企業(yè)建設(shè)和管理需要；第四步是在以上基礎(chǔ)上，持續(xù)探索與庫壩信息管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)耦合的方式，以實(shí)現(xiàn)地震工況下相關(guān)監(jiān)測成果自動(dòng)計(jì)算和推送，為大渡河地震科學(xué)決策提供強(qiáng)有力技術(shù)支撐[3]。

2.3 管控模式研究

2.3.1 強(qiáng)震、微震集中管控研究

大壩強(qiáng)震管控均位于公司內(nèi)網(wǎng)體系內(nèi)，逐步統(tǒng)一分配同網(wǎng)段內(nèi)網(wǎng)地址，為后續(xù)通過采集器升級(jí)以實(shí)現(xiàn)終端狀態(tài)監(jiān)控(比如采集器供電、采樣情況，地震計(jì)零點(diǎn)電壓值等信息)做好準(zhǔn)備，強(qiáng)震管控傳輸圖見圖1。

圖1 強(qiáng)震集中管控?cái)?shù)據(jù)傳輸圖

目前，大渡河流域微震系統(tǒng)委托專業(yè)單位進(jìn)行維護(hù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器主要位于外網(wǎng)，數(shù)據(jù)由外網(wǎng)至內(nèi)網(wǎng)的遷移不僅僅是服務(wù)器的轉(zhuǎn)換，還需要逐步有計(jì)劃培養(yǎng)一支專業(yè)化的地震信息管理團(tuán)隊(duì)。在此種背景下，為順利推進(jìn)集中管控研究，暫采用公網(wǎng)ip端口映射的方式，將內(nèi)網(wǎng)地震集中管控服務(wù)器微震數(shù)據(jù)端口映射到虛擬公網(wǎng)上，由委托管理單位的地震數(shù)據(jù)流服務(wù)器主動(dòng)將水庫微震臺(tái)網(wǎng)地震波形數(shù)據(jù)推送到內(nèi)網(wǎng)集中管控服務(wù)器，微震管控傳輸圖見圖2。

圖2 微震集中管控?cái)?shù)據(jù)傳輸圖

2.3.2 地震監(jiān)測智能分析

地震監(jiān)測智能分析功能能夠自動(dòng)進(jìn)行地震觸發(fā)波形烈度、加速度、持續(xù)時(shí)間等分析，主要由實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)、自動(dòng)強(qiáng)震數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫組成。其中，實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收匯集數(shù)據(jù)、檢測觸發(fā)、生成事件文件；自動(dòng)強(qiáng)震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)校正，自動(dòng)計(jì)算并將結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫。主要的數(shù)據(jù)匯總和分析中心位于成都，為了在極端工況下能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的應(yīng)急處理，電站現(xiàn)場各大壩強(qiáng)震點(diǎn)也能夠獲取本地的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，在本地服務(wù)器上自動(dòng)生成烈度結(jié)果。

在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，智能分析功能能夠生成完整的監(jiān)測信息或報(bào)告，例如專業(yè)分析報(bào)告、報(bào)表、圖形等，具體輸出內(nèi)容可通過人機(jī)交互按需選擇。

2.3.3 地震監(jiān)測信息發(fā)布及應(yīng)急響應(yīng)模式

地震集中管控不僅與各電站強(qiáng)震和微震監(jiān)測系統(tǒng)接口統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和系統(tǒng)管控，而且與庫壩信息管理系統(tǒng)接口兼容，實(shí)時(shí)將地震信息推送至庫壩信息管理系統(tǒng)，借助現(xiàn)有信息發(fā)布功能進(jìn)行預(yù)警發(fā)布和大壩安全管理預(yù)警響應(yīng)。

地震實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中的GET_SEIS模塊按委托單位最新地震信息或讀取歷史信息數(shù)據(jù)庫存入強(qiáng)震服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。SMA_INFOPUB模塊實(shí)時(shí)運(yùn)行，從數(shù)據(jù)庫查詢最新地震信息，根據(jù)地震信息獲取每個(gè)強(qiáng)震大壩臺(tái)網(wǎng)的烈度計(jì)算結(jié)果，自動(dòng)生成報(bào)表，將結(jié)果推送至地震集中管控中心，再分發(fā)到后續(xù)預(yù)警響應(yīng)平臺(tái)。

2.4 建立地震超快報(bào)(預(yù)警)指標(biāo)體系

地震超快報(bào)(預(yù)警)系統(tǒng)是在大地震發(fā)生之后破壞性地面運(yùn)動(dòng)到來之前幾秒到幾十秒時(shí)間內(nèi)發(fā)布預(yù)警信息，系統(tǒng)由地震檢測系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、處理系統(tǒng)和用戶報(bào)警系統(tǒng)組成。

利用水庫微震臺(tái)網(wǎng)和部分大壩強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行地震超快報(bào)和地震速報(bào)，在收到第一個(gè)臺(tái)站P波信號(hào)后，持續(xù)利用單臺(tái)、雙臺(tái)P波數(shù)據(jù)持續(xù)計(jì)算預(yù)警地震震中位置、預(yù)警等級(jí)，發(fā)布快報(bào)信息，在接收到三個(gè)以上臺(tái)站的P波信號(hào)后，計(jì)算地震三要素進(jìn)行地震速報(bào)、烈度速報(bào)。

同時(shí)，為增加地震預(yù)警的可靠性，平臺(tái)接入省地震局速報(bào)目錄，將省內(nèi)其他地方地震信息與庫壩安全管理系統(tǒng)中的大壩安全管控信息結(jié)合，根據(jù)地震到達(dá)大壩的時(shí)間和烈度參考值，確定啟動(dòng)的大壩安全管理相關(guān)的預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)等級(jí)。地震超快報(bào)流程見圖3。

圖3 地震超快報(bào)流程圖

2.5 地震集中管控系統(tǒng)的開發(fā)

在前期一系列研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)大渡河流域地震集中管控平臺(tái)，將大渡河流域大壩強(qiáng)震和庫區(qū)微震監(jiān)測系統(tǒng)集成集中在成都管控中心。主要做法是在原有的CSDP-RTP強(qiáng)震實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測測點(diǎn)加速度波形，自動(dòng)觸發(fā)、自動(dòng)截取波形記錄、自動(dòng)分析等軟件智能化，生產(chǎn)豐富的監(jiān)測信息或報(bào)告，包括專業(yè)分析報(bào)告、報(bào)表、圖形等。主要功能包括：地震監(jiān)測實(shí)時(shí)監(jiān)控、地震監(jiān)測實(shí)時(shí)分析、地震監(jiān)測結(jié)果實(shí)時(shí)發(fā)布。開發(fā)完成后的系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，可以接入至少100臺(tái)強(qiáng)震和100臺(tái)微震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)。地震集中管控軟件功能界面見圖4。

圖4 地震集中管控功能界面圖

3 結(jié) 語

大渡河地震集中管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大渡河流域水庫地震臺(tái)網(wǎng)、大壩強(qiáng)震監(jiān)測集系統(tǒng)的集中管控和智能分析，并與大壩自動(dòng)化觀測系統(tǒng)對接，當(dāng)有振動(dòng)事件觸發(fā)，多網(wǎng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)耦合，完成自動(dòng)觀測，同時(shí)接入到庫壩安全管控信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地震工況下相關(guān)監(jiān)測成果自動(dòng)計(jì)算和推送，極大地節(jié)約了日常運(yùn)維和數(shù)據(jù)分析處理的人力成本，提高了企業(yè)效益，更能在震后及時(shí)自動(dòng)生出結(jié)果，為大渡河公司地震科學(xué)決策提供快速有效和強(qiáng)有力技術(shù)支撐，滿足大渡河公司智慧企業(yè)建設(shè)和管理需要。