專利名稱：一種尾礦庫數值仿真和在線監測集成應急預警系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應急預警系統，尤其是一種尾礦庫數值仿真和在線監測集成應急預警系統。
背景技術：
國內尾礦庫匯水面積一般都小于10km2，絕大部分小于3km2，如此小的匯水面積在尾礦庫設計時沒有氣象及水文測站，這就導致兩個問題1)在尾礦庫設計時沒有可靠的氣象水文資料，只能靠查算當地的水文計算手冊。尾礦庫建成投入使用后，也沒有庫區實測的氣象水文資料來驗證當初設計時的資料是否合理，是否需要調整。2)尾礦庫在運行時沒有準確的氣象水文預報。當前氣象水文預報都是利用省、市級氣象臺發布的氣象預報資料來管理尾礦庫，但由于尾礦庫匯水面積小，形成洪峰歷時短、調洪庫容小，易導致尾礦庫運行過程中風險大，這種預報精度還不夠，要么出現較頻繁的預警，給當地政府和人民群眾造成緊張和恐慌；要么沒有預警到，當極端氣象災害來臨時，礦山管理人員、當地政府和人民群眾措手不及，造成重大的生命和財產損失。
由于歷史原因，金屬礦山已投入使用的尾礦庫的監測處于非常落后的狀況，主要表現在1)尾礦庫庫區極少建有氣象水文觀測站這樣無法獲得更真實的第一手資料來校驗當初設計時的洪水成果和進行氣象水文預報；2)監測儀器簡陋落后壩體位移觀測采用埋設預制混凝土樁，用全站儀或經緯儀觀測；浸潤線觀測采用鉆孔埋設花管用皮尺測水位； 庫內水位用在排洪構筑物上畫水位尺進行觀測。這樣，靈敏度和精度都很難保證。3)人工測量、人工上報現有的尾礦庫安全管理主要是靠人工巡視、人工測量、人工上報觀測成果， 導致人為誤差大、可靠性差、實效性差。特別是在極端天氣條件下，往往是尾礦庫發生險情的集中時段，僅靠人工巡視、人工測量的數據不能準確及時有效地反映尾礦庫的實時狀況， 出現的危險源不能及時發現和通知上報，耽誤處理尾礦庫險情的最佳時機。目前尾礦庫的監測系統已嚴重滯后于社會對環境和安全的要求。
即便是實現了在線監測，但是對于尾礦庫安全運行來說還不是一套完整的決策系統。原因在于，像尾礦庫這種特小匯水面積的匯流歷時很短(在1小時左右)，一旦遇到強降雨時，如不能做到超前預報，就不能為應急處理留下足夠的時間。發明內容
本發明的目的在于針對尾礦庫的一整套完整的預警系統，并首次將精細化氣象預報引進該套系統。
本發明的技術方案為一種尾礦庫數值仿真和在線監測集成應急預警系統，該應急預警系統依托省氣象臺，通過在尾礦庫庫區設立氣象站，建立起尾礦庫的小流域氣象水文監測站網，采用小流域精細化氣象預報系統和建立氣象水文預報模型，對尾礦庫在汛期實行超前72小時、M小時、12小時、6小時、3小時精細化定量降水估測預報，然后據此得出尾礦庫庫區降水量一洪峰流量、洪水總量關系。
通過尾礦庫庫區1:500 1:1000地形圖(含尾礦庫全部匯水面積)，得出尾礦壩不同壩頂高程下的調洪庫容，建立尾礦壩壩頂高程一最高洪水位一調洪庫容三者之間的關系。利用計算流體動力學方法和技術(CFD)，建立尾礦庫庫水位一泄流模型、庫水位一滲流模型、庫水位一潰壩模型，通過計算機數值計算和圖像顯示的方法，實現尾礦庫泄流能力數值仿真和得出潰壩后的影響范圍。
通過對尾礦庫建立從地上到地下，點、線、面、三維空間的自動監測系統，實現庫內水位、庫區降雨量、壩體變形量、壩體浸潤線、壩體滲流量、干灘長度等關鍵指標的實時在線監測和庫區視頻監測。將實時監測得到的數據來校驗和修正超前氣象水文預報信息和數值計算模型，做到超前預警。將上述氣象水文預報系統一尾礦庫數值仿真技術一在線監測系統進行耦合和綜合集成，形成完整的尾礦庫綜合應急預警系統。
本發明的優點在于本發明是結合氣象部門建立尾礦庫精細化氣象水文預報系統和氣象水文模型；借鑒水利部門發展較為成熟的大壩監測技術建立滿足尾礦庫監測特點的在線監測管理系統和監測預警系統；利用計算流體動力學技術建立通用的尾礦庫庫水位一泄流、滲流、潰壩模型，將以上三者融合，形成完整的尾礦庫三維可視模型的應急決策服務體系。有了精細化的超前氣象預報信息，結合尾礦庫降雨-徑流模型、徑流-庫水位模型、 庫水位-泄流、滲流、潰壩模型可提前預判尾礦庫運行狀態，為應急處理留下足夠時間；通過在線監測系統監測實時狀態下的庫區降雨、庫內水位和壩體運行狀態，可以反過來校驗和修正尾礦庫超前預報的成果。將這三者通過三維可視化模型快速直觀表達出來，可為企業和當地政府提前預報、及時掌握和從容決策提供技術支撐。
圖1為本發明尾礦庫數值仿真和在線監測集成應急預警系統流程圖。
具體實施方式
某銅礦布設無線、有線雨量監測儀各四臺，分別安裝在4#庫、姊庫、酸性水庫、采場邊坡，無線數據可直接傳輸至省、市氣象臺。氣象臺針對礦區小范圍區域進行精細化氣象預報，包括超前72小時、24小時、12小時、6小時、3小時定量降水估測預報；并通過降雨一徑流模型和徑流一庫水位模型，得出尾礦庫庫區洪水總量、洪峰流量、庫水位等特征值。
利用計算流體動力學(CFD)，對該銅礦4#尾礦庫庫區、壩體及排洪系統分別進行數值建模，得到尾礦庫庫水位一泄流模型、庫水位一滲流模型、庫水位一潰壩模型。將上述洪水總量、洪峰流量、庫水位等特征值作為邊界條件輸入，可快速模擬出尾礦庫在預報降水估測值下的泄流能力和壩體變形情況，通過圖像顯示方法直觀表達出來，并將數據傳輸至相關技術人員及決策部門以快速決策。
同時在該銅礦4#尾礦庫布置在線監測系統。在線監測系統分為兩個部分，一部分為安裝在本地的在線監測系統，另一部分為省管尾礦庫監控指揮中心平臺。本地在線監測系統由數據采集監測裝置(五個監測斷面，監測項目包括庫區運行狀態影像監控、降雨量監測、庫水位監測、壩體位移監測、浸潤線監測、干灘指標監測)、信號傳輸設備、信號接收及處理裝置、計算機終端機管理系統、中心機房五部分組成。省管尾礦庫監控指揮中心平臺由遠程數據采集及接收裝置、中心大屏顯示裝置、中心計算機管理平臺及機房輔助系統三部分組成。
由以上在線監測系統獲取的實測數據可進一步作為決策依據，同時將這些實測數據與數值模型模擬結果對比以修正和優化數值模型。精細化氣象預報、數值模擬計算與在線監測系統三者相輔相成，共同構成該銅礦4#尾礦庫應急預警系統。
權利要求
1. 一種尾礦庫數值仿真和在線監測集成應急預警系統，其特征在于該應急預警系統依托省氣象臺，通過在尾礦庫庫區設立氣象站，建立起尾礦庫的小流域氣象水文監測站網， 采用小流域精細化氣象預報系統和建立氣象水文預報模型，對尾礦庫在汛期實行超前72 小時、24小時、12小時、6小時、3小時精細化定量降水估測預報，然后據此得出尾礦庫庫區降水量一洪峰流量、洪水總量關系；通過尾礦庫庫區1:500 1:1000地形圖，得出尾礦壩不同壩頂高程下的調洪庫容，建立尾礦壩壩頂高程一最高洪水位一調洪庫容三者之間的關系；利用計算流體動力學方法和技術，建立尾礦庫庫水位一泄流模型、庫水位一滲流模型、 庫水位一潰壩模型，通過計算機數值計算和圖像顯示的方法，實現尾礦庫泄流能力數值仿真和得出潰壩后的影響范圍；通過對尾礦庫建立從地上到地下，點、線、面、三維空間的自動監測系統，實現庫內水位、庫區降雨量、壩體變形量、壩體浸潤線、壩體滲流量、干灘長度等關鍵指標的實時在線監測和庫區視頻監測；將實時監測得到的數據來校驗和修正超前氣象水文預報信息和數值計算模型，做到超前預警；將上述氣象水文預報系統一尾礦庫數值仿真技術一在線監測系統進行耦合和綜合集成，形成完整的尾礦庫綜合應急預警系統。
全文摘要
本發明公開一種尾礦庫數值仿真和在線監測集成應急預警系統首次將精細化氣象預報引進該套系統。將氣象水文預報系統—尾礦庫數值仿真技術—在線監測系統進行耦合和綜合集成，形成完整的尾礦庫綜合應急預警系統。本發明的優點在于本發明是結合氣象部門建立尾礦庫精細化氣象水文預報系統和氣象水文模型；有了精細化的超前氣象預報信息，結合尾礦庫降雨-徑流模型、徑流-庫水位模型、庫水位-泄流、滲流、潰壩模型可提前預判尾礦庫運行狀態，為應急處理留下足夠時間；通過在線監測系統監測實時狀態下的庫區降雨、庫內水位和壩體運行狀態，可以反過來校驗和修正尾礦庫超前預報的成果。將這三者通過三維可視化模型快速直觀表達出來。
文檔編號G08B31/00GK102509433SQ20111033562
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者劉曉峰, 吳國高, 唐笑, 張瑛, 歐陽偉, 沈樓燕 申請人:中國瑞林工程技術有限公司