美国大坝数据库综述.doc

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1、文章编号 : 100620081 ( 2010) 0520032205美国大坝数据库综述黎刚(长江水利委员会网络与信息中心 ,湖北 武汉430010 )摘要 :美国特别重视大坝数据管理工作 ,美国联邦和各州通过立法建设美国大坝数据库 。对美国大坝数据库概况 、历史 、数据源及数据更新维护 、大坝收录标准 、特征值 (字段 ) 表 、使用指南 、数据统计 、系统运 行维护等方面进行了简要介绍 ,可供国内大坝管理和大坝数据库建设参考和借鉴 。关键词 :大坝 ; 数据库建设 ; 综述 ; 美国中图法分类号 : TP311. 135. 1文献标志码 : A美国联邦和各州加强了大坝安全立法 , 探索出一

2、套成功 的 管 理 方 法 , 即 实 施 国 家 大 坝 安 全 计 划(ND SP) 。ND SP 的目标和工作 之一 就是 建 设美 国 大坝数据库 。ND SP 是以法律形式确定下来的 , 现行大坝 数据库建设管理是政府行为 ,授权美国陆军工程师兵 团 (U SACE)负责该项目的管理 。通过将美国有关 大坝安全管理的行政和技术力量进行整合 ,发挥各 自的优势和特长 ,从国家安全的角度指导及开展大 坝数据库的建设管理工作 ,并有计划 、分步骤地实施 大坝数据库建设维护的行政措施和技术方案 。为了准确掌握美国所有大坝的安全状况 ,必须 集中建立全面 、准确的大坝信息数据库 。主要目的 是

3、为该国提供大坝的基本信息及其统计数据 。1972 年 国 会 通 过 了国 家 大 坝 检 查 法 案 ( PL92 - 367 ) ,该法案授权 U SACE 开展大坝登记工 作 ,编制 美 国 水 库 大 坝 目 录 (美 国 大 坝 数 据 库 前 身 ) 。 1982 年 , U SACE完成了大坝登记的第 1 次更 新 ,并向国会提交了报告 。随着计算机网络技术的 发展 ,经过多次立法授权 , U SACE 将美国水库大坝 目录逐步建设成为一个用于储存 、分析大坝运行性 态特性信息的国家级现代化数据库系统 ,即美国大 坝数据库 ,并应用计算机网络技术收集 、分析大坝运行资料 , 为大

4、坝建设 、运行及管理服务 。ND SP的实施 ,以及大坝数据库的建设 ,不仅 进了该国大坝安全管理工作水平的整体提高 ,也大提高了关于大坝安全监测 、评价 、风险管理等技的研究水平和科技含量 ,使得大坝安全管理工作 加科学化 、信息化和系统化 。1数据库概况美国 大 坝 数 据 库 是 一 个 由 联 邦 应 急 管 理( FEMA )和大坝安 全 协调 委员 会 ( ICOD S) 领 导 的由联邦机构 、州政府 、私人机构和学术团体参与开的 ,并由 U SACE 负责进行建设 、维护 、发布 、管理 全国性大坝基本信息网络数据库 ,主要作用是收管理与大坝安全 、水利基础设施 、土地利用管理

5、 、泛区管理 、风险管理和应急行动计划相关的水库坝信息 。这些信息来自于联邦所有 50个州 、波多 各和 17个联邦政府机构 。大坝数 据 库是 大坝 安全 评 估 的 决 策 工 具 。如 ,该数据库在确定美国大坝的平均坝龄 ,或各种 型的数量和位置时 (如坝高高于 30m 的薄拱坝的 量和位置 )特别有用 。另外 , FEMA 运用数据库的 据计算 ND SP的配套援助资金和评定大坝性能 。 特别是当大坝成为潜在恐怖袭击的目标时 ,收稿日期 : 2009 202 219作者简介 :黎 刚 ,男 ,长江水利委员会网络与信息中心信息研究所 ,副研究馆员 .运行与管理数据库的数据对美国情报委员会

6、和联邦执法机构判别目标特别重要 。这些数据也为联邦机构确定大坝 位置 、流域规划 、防洪规划或大坝失事或极端暴风雨 事件的应急反应带来了巨大利益 。大坝数据库是一个动态的网络数据库 ,可以对 数据进行 定 期 和 临 时 更 新 (由 数 据 库 成 员 修 正 数 据 ) 。该数据库可以通过互联网查询数据 , 还具 有 对数据进行显示和分析的地理信息系统 。大坝数据 库网站根据用户的不同分为政府用户网站和非政府 用户网站 。美国大坝数据库目前最新版本是 2007年版 ,共 计收录 82 642 座大坝 。信息包括大坝名称 、坝高 、 坝型 、大坝功能 、建设年代 、最后检查日期 、潜在危险

7、分类和业主等 ,还有一些统计数据 。数据库每两年 更新一次 ,每次报送 U SACE的更新数据都要有报送 日期 。U SACE 须对数据库中 3 个方面的数据向公 众保密 :潜在危险分类 、大坝下游的最近城市及大坝距下游最近城市 的距 离 。上 述 数据 只能 供 政府 使 用 ,公众只能通过大坝管理部门了解这些信息 。美国大坝数据库只能在互联网上使用 ,联邦 、州 或地方政府以外的用户是不能下载信息的 ,网址是 h ttp s: / / n id. u sace. a rm y. m il, 任 何 用 户 都 可 访 问 该 网址并浏览有关信息 。107 - 310 ) 授权 U SACE

8、 立项制订 ND SP, 要求对 美国大坝数据库进行维护更新 ,并于 2005年 2 月将更 新数据在互联网上发布 。2005 2007年 , U SACE收集整理大坝数据 。2006 年 ,最新的大坝安全条例 再次授权 U S2ACE进行 维 护 更 新 , 并 为 此 提 供 了 持 续 的 筹 资 机制 。2007 年 ,出版 更 新后 的大 坝 目 录 。在 2007 财 年 , U SACE完成了大坝信息数据库的更新 。这次更 新使数据库信息更准确全面 ,反映了大坝的最新变 化 ,补充了新建大坝的信息 。例如 ,大坝数据库中的 每座大坝都由有关管理部门 ,按照大坝失事可能造 成的生命

9、财产损失 ,划分了潜在危险等级 。随着下 游地区人口结构的变化和后期土地的开发利用 ,下 游潜在危险等级需要不断更新才能反映现状 。2008 年 , U SACE 收集整理了水库大坝数据 ,新 建了具有安全保证的美国大坝数据库网站 。3数据库数据源及更新维护美国大坝数据库的数据由 U SACE 负责向联邦所有 50个州 、波多黎各和 17个联邦政府机构收集 。其中联邦政府负责提供其拥有或管辖的约占全国大坝总数 5 %的大坝数据 ,州大坝安全办公室负责提 供其管辖的约占全国大坝总数 85 %的大坝数据 ,另外 10 %的大坝数据由 U SACE 负责收集 。数据库数 据每两年进行一次更新维护 。

10、大坝数据库数据收集及更新维护是在美国大坝 安全管理体制下 ,各州及联邦部门按照 ND SP 的要2 大坝数据库开发历程1972 年 ,根据美国国家大坝检查条例 (公共法 92 - 367 ) ,国会授权 U SACE 制订国家大坝检查 方案 ,编制美国水库大坝目录 。 1975 年该目录首次 出版 ,此后 10 a对数据逐步更新 。求 ,各自负责大坝数 据 收集 及更 新 维护 管理 工 作 。1986 年 的水 资 源 开 发 条 例 (公 共 法整个工作由 U SACE负责 。数据收集及更新维护的经费是通过美国国土安 全部和 FEMA 根 据 ND SP 条例 的拨 款 机 制 来 保 障

11、的 。美国国土 安全 部和 FEMA 根据 大 坝数 据库 的数据信息建立了拨款评价机制 ,州和联邦机构如不 全面准确地提交大坝数据 ,不仅要追究州和联邦机 构的大坝安全法律责任 ,还会影响其项目拨款 。另 外 ,美国政府为大坝下游购买的大坝生命财产安全 保险也是依据大坝数据库的信息为基础计算的 。这三者大大加强了州和联邦机构提交大坝数据的主动 性和责任感 。美国大坝数据库通过不断更新 ,全面准确地记 录了大坝数据信息 。更新过程中 , U SACE 同州大坝 安全协会 (A SD SO ) 、FEMA 及州和联邦机构密切合 作 。99 -662 )对大 坝 的 定 义 范 围 进 行 了 扩

12、 展 , 授 权 U SACE对美国大坝目录进行补充 、完善 、更新并定期出版 。1989年 , U SACE与 FEMA 签署合作备忘录 ,由FEMA 负责 运 用专 项资 金对 大 坝目 录进 行 维护 更 新 ,并出版 1992、1994、1996年更新版光盘 。1996 年修 订后 的水资 源开 发 条例 (公共 法104 - 303 )再次授权 U SACE并提供专项资金开展此 项工作 ,重新负责开发基于地图的出版工具和数据更新收集软件 。1998 年 ,光盘和网络更新 。2000 年 ,水资源开发条例 再次授权 U SACE。 U SACE开始与 FEMA 以及其他联邦管理部门密切

13、 合作 ,以便获得更准确完整的大坝信息 。2002 年的国家 大 坝安 全防 卫 条例 (公共 法工作的大坝数据库小组委员会 。该委员会对有关数据要求提供指导和建议 ,其成员由参加大坝数据库 工作的联邦和非联邦机构组成 。为了帮助大坝数据库进行数据收集及更新维护 , U SACE使用微软的关系数据库语言开发了协同 配合 ND SP条例的桌面软件 ,使数据库数据收集及 更新维护流程电 子化 。该软 件 是大 坝数 据 库的 扩 充 ,同时也是大坝安全计划管理工具 (D SPM T)的组 成部分 。该软件具有保证数据的一致性和帮助用户 检查错误等多种功能 。其他大多数数据库格式也能 够通过该软件导

14、入到 D SPM T。D SPM T的数据收集 及更新维护桌面软件是数据收集 、更新的首选方式 ,( 3 ) 州和联邦机构将数据信息传递到美国大数据库 ;( 4 ) U SACE 接收数据并将收到的数据进行 成整合 ;( 5 ) U SACE 将集成整合的数据与以前的数进行比较 ,例行检查 数 据类 型和 数 据遗 漏 、数据 长 、数据省略错误 ,形成数据查证确认报告 ;( 6 ) U SACE 将数据查证确认报告反馈给各 和联邦机构办公室 ,要求对错误 、不一致或矛盾的 据进行复核确认 ;( 7 ) 州和联邦机构办公室收到报告后将组织改 ,并将复核确认的最终数据传递给 U SACE;( 8

15、 ) U SACE发布更新后的大坝数据库 。 为了保证 U SACE 正确处理各州和联邦机构数据 ,州和联邦机构传递数据时必须附上说明函联系方式 ,如姓名 、职务 、机构名 、联系地址 、电话 ,及数据组织传递的相关技术细节等 。说明函模板 以从 D SPM T下载自动生成 。因为它能保证数据的准确与完整 (可从dam s. o rg下载 ) 。www. safe21999年 1月 ,美国大坝数据库开始在互联网上更新 ,通过州和联邦机构的不断努力 ,数据库数据更 加完整和准确 。此后 , U SACE 和 ICOD S充分利用个人计算机 、 软件和互联网对州和联邦机构的数据收集和传递过程进行了

16、持续改进 。用于改进数据管理 、输入 、传递 的 D SPM T在 2001 年开发成功 。 2001 年 3 9 月对 州和联邦机构进 行了 D SPM T用 户 培训 。 2002 年 ,27个州和 6个联邦机构使用 D SPM T向大坝数据库 提交了电子数据 。2003 年 ,开 发 了 协 助 数 据 更 新 的 质 量 保 证 工 具 。U SACE运用该工具对收到的数据进行了质量 保证 /质量控制 (QA /QC ) ,并解决了大坝数据的重 复问题 。在 A SD SO、州 和 联 邦 机 构 的 协 助 配 合 下 , U S2ACE于 2005年 2 月在互联网上发布了大坝数据

17、库 的 2005更新版 。美国大坝数据库数据更新维护的原则如下 :( 1 ) 州和联邦机构负责提供大坝数据库的数据 更新信息 ;( 2 ) 各州自行维护和更新各自的数据库系统 ,并将数据信息传递到国家大坝数据库 ;( 3 ) 所有州都必须参与大坝数据库的更新维护 并共享数据 ;( 4 ) 各州提交的数据信息由各州控制 。 美国大坝数据库数据收集及更新维护的具体流程为 :( 1 ) 州和联邦机构运用 D SPM T从州和其数据 库中提取具体信息 ;4 大坝数据库收录标准美国大坝数据库收录标准如下 :( 1 ) 所有潜在高危险类大坝 ,即大坝失事或 操作可能导致人的生命损失的大坝 。( 2 ) 所

18、有潜在比较危险类大坝 ,即大坝失事 误操作不可能导致人的生命损失 ,但可能导致经 损失 、环境破坏及关键交通设施或者其他重要建损毁 。这类大坝一般位于人烟稀少但分布有重要 础设施的地区 。( 3 )潜在危险较小或危险未确定类大坝 , 即高 7. 5 m以上 (含 7. 5 m ) ,且库容大于 18 510 m3 ;3 (3 )容 61 700 m 含 61 700 m,且坝高 1. 8 m以上 。类大坝失事或误操作不可能导致人生损失 ,经济环境损失较小 ,且损失主要局限在业主财产范围内只要符合其中任何一条标准 ,美国大坝数据就要收录 。5 美国大坝数据库特征值 (字段 )美国 大 坝 数 据

19、 库 共 有 54 个 大 坝 特 征 值段 ) ,见表 1。 上述字段都有具体的定义和填报要求 ,部分段为必填项 ,还有部分字段为非必填项 ,有许多字 填报内容为选择项 ,只需点击即可 ,操作比较方便(表 1 美国大坝数据库特征值 (字段 )6 数据库使用指南字段 序号字段长度(字节 )字段名字段类型如要访问美国大坝数据库 ,用户必须申请一个用户名和口令 。政 府用 户 可以 查阅 保 密信 息字 段 (潜在危险分类 , 大坝下游距离最近的城市和城市 距离 )并下载需要的具体数据 。所有政府用户均被 要求签署保密协议 ,严禁数据外传 。美国大坝数据库用户根据授权可以查询水库大 坝的坝名 、坝

20、高 、坝型 、功能 、建设年代 、业主等信息 , 这些信息可以显示 ,也可以下载 ,还可以在美国地图大坝名称 (大坝正式名称 ,不能使用缩 写简称 ;如没有则用通用名 )大坝别名 (没有则不填 ) 大坝曾用名 (没有则不填 ) 州或联邦机构注册的大坝 ID 号 大坝数据库注册的大坝 ID 号 大坝经度大坝纬度大坝所在区 ,镇 ,范围地点 大坝所在县大坝所在河流或溪 大坝距离最近的城市 /乡镇与下游最近的城市 /乡镇距离 (英里 )业主名称业主类型 ( F:联邦 ; S: 州 ; L: 地方 政府 ; U:公共设施 ; P: 私人 )大坝设计人 是否属于联邦所有的私营大坝( Y:是 ; N:不是

21、 )坝型 (土坝 ;堆石坝 ;重力坝 ;支墩坝 ;拱坝 ;连拱坝 ;混凝土坝 ; 砌石坝 ;石坝 ; 木笼坝 ; 其他 )大坝防渗型式坝基类型 大坝功能大坝竣工时间大坝维修时间 坝长坝高 (原河床最低点至坝顶最低点 的垂直距离 )大坝结构高度 (坝基开挖最低点至 坝顶最高点的垂直距离 )水头 最大泄流量 总库容 正常蓄水位库容 库面面积 流域面积下游潜在危险类别 应急预案 (有 ;否 ) 检查日期检查频率 是否州管理的大坝 州大坝管理部门 溢洪道类型 溢洪道宽度 泄水闸类型 大坝体积船闸数量 船闸长度船闸宽度 联邦投资部门联邦设计部门联邦施工部门 联邦主管部门 联邦检查部门 联邦运行部门 联邦

22、大坝业主所属部门大坝以外其他部分的联邦业主 所属部门填报日期12345678910111213141516变长字符型变长字符型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 数字型 数字型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 数字型 变长字符型变长字符型 变长字符型变长字符型6565652572222656565652265106510上显示大坝所在的州 、县 、边界 、航道和主要城市 。具体流程如下 :( 1 ) 登录美国大坝数据库网站 ( h ttp s: / / n id. u s2ace. a rm y. m il) 。( 2 ) 点击“N ID Login”,输入用户名和口令进入

23、系统界面 。访问数据库的用户必须申请一个用户名和口令 。( 3 ) 点击“N ID In te rac tive R epo rt”标签 。( 4 ) 点击放大镜 ,显示可查询的字段列表 。( 5 ) 选择要查询的字段 ,并在文本框内输入查 询的内容 。( 6 ) 点击“Go”按钮 ,显示查询内容 。变长字符型变长字符型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 数字型数字型171819202122232410101025510652222数字型数字型 数字型 数字型 数字型 数字型 数字型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 数字型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 数字型 变长字符

24、型 数字型 数字型 数字型 数字型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 变长字符型 变长字符型变长字符型 日期型变长字符型25262728293031323334353637383940414243444546474849505152222222222222221010102225565102265222222222525252525252525( )7 绿齿轮图符提供多种功能选择 。包括列表显示字段选择 、布尔查询 、追溯定时查询 、排序 、计算 、统计 、突出显示颜色设置 、制表 、保存 、删除 、帮助 等 。( 8 ) 数据更新 。数据更新有专门的应用软件国家大坝

25、安全计划管理工具 (D SPM T) , D SPM T软件 最新版本是 2007 年 11 月 30 日的 2. 285 版 。该软 件可以从 www. safedam s. o rg网站下载 。( 9 ) 退出系统 。点击“LO G OU T”退出系统 。7 数据库数据统计由于美国大坝数据库 2009 年的更新数据尚未公布 ,目前最新数据为 2007年公布的数据 。 按照美 国 大 坝 数 据 库 统 计 , 美 国 大 坝 总 数 为82 642座 ,多建于 20世纪 50 80 年代 ,其中绝大多数大坝坝高低于 15 m。在美国 ,大坝的所有权由私人 、当地政府 、州政 府和联邦政府持

26、有 ,以私人拥有为主 。这些大坝的 主要功能包括休闲娱乐 、防洪 、旅游 、水力发电 、灌溉 、防火 、供水 、尾矿等 ,以旅游 、防洪 、防火为主 。水电总装机为 75 500 MW ,年发电量 300 TW h,另有53725 54 填报部门美国大坝分为联邦管辖和州管辖两类 。凡是由内务部垦务局 (U SBR ) 、U SACE、田纳西流域管理局 ( TVA ) 等联邦机构建设和管理的大坝都属于联邦 管辖 , 其余的大坝由其所在州管辖 。如果非联邦大坝是作为水电工程的组成部分 , 则该坝属于联邦能 源委员会 ( FERC ) 管辖 。 3 382 座坝由美国联邦机 构管辖 , 仅占全国总数

27、的 4 % , 其余的属非联邦大 坝 , 非联邦大坝多数属私人所有 ,占 65 % 。的关键是要联邦和州政府的大坝建设管理部门为新提供可靠的数据源支撑 。这就是数据库维护的 大挑战 , 也是最繁重的任务 , 即定期从 50 个州 ( 拉巴马州目前还没有大坝安全立法或正式大坝安计划 ) 、波多黎各和 17 个联邦部门搜集大坝的特 值对数据库进行更新 。绝大多数部门采用数据库 理软件更新大坝数据库 ,这样 U SACE就能够接收 些经过规范化处理且有数据库特定代码的数据 , 且可以对源数据特征值里重复和相互矛盾的数据行处理 ,从而保证水库大坝信息更加全面 、准确 。 邦各州和联邦机构之间的相互检查

28、和数据共享可 对现有数据进行核实或修正 ,并确认或补充缺失 信息 。这种体制有助于平衡各方经济利益 ,促进 邦各州和联邦机构之间的合作 ,加强各级政府和政府机构的风险管理和决策 。U SACE正在接收 2009 年的 数 据 , 并对 数据 数据进行更新 。这次更新 , U SACE 和上述部门正 同解决 某 些 数 据 问 题 。新 的 2009 年 大 坝 数 据2010年上网 。更新后的数据库将增加大坝安全8 数据库的运行维护美国大坝数据库的管理机构是美国大坝数据库审查委员会工作 组 , U SACE 主 持大 坝数 据 库审 查 委员会工作组的日常工作 ,负责对数据库的数据 、格式 、

29、出版等提供指导 。工作组为联邦和州的大坝数据库组织机构提供了一个常设论坛 ,就数据库的相 关事项为 U SACE、审查委员会和 FEMA 提供咨询意 见 ;对影响数据库的体制 、管理 、技术 、政策和安全等问题提出建议 。工作组还要对数据库在互联网和其 他传播媒体上的出版和使用情况进行监督 。由于大坝信息在不断变化 ,为了保证数据库的 信息质量 ,需要对数据库进行持续更新 。大坝数据 库的目标是搜集美国所有符合 标准 的大 坝 基本 信息 ,但实际上由于资金原因导致初期搜集的信息有 限 。虽然经过艰苦努力 ,甚至通过航空图像来搜集 特征值信息 ,但数据库最初只搜集到约 4. 5 万座大估这个新

30、字段 ,该字段公开用户仅限于政府用户 。美国大坝数据库的运行维护经费由联邦拨款20022007 年财年拨款 50 万美元 , 2008 年财年款 65万美元 。(编辑 :孙 远(上接第 31页 )其超出遮护梁的 高 度不 低于 1. 5 m , 只要 在 水轮 机 进水口把保护筛网延伸到海中 2 m 就能保护水轮机 进水口不会因冰穿过而受到破坏 。表 5 给出了冰穿过潮汐电站进水口的概率 估计 。表 5 冰穿过电站的可能性岸规划潮汐电站地区的冰情及其趋势和特性 ,在罗斯开展了深入的研究 。 与现场观测同时进行的卫星监测成果表明 ,潮汐电站项目地区的冰情呈现季节性 、高浮冰群 动 、少量陆上冰发

31、育和冰随潮汐流漂移等特性 ,并冰盖中不断出现压力区和非压力区 。经对施加于浮动潮汐电站薄壁结构上的冰压 计算的主要数据表明 ,它与海船航行时的特性很似 。为了确定它们与冰的相互作用 ,使用了应用现代船运 (基于结构的应力变形状态 ) 的结构研 和可靠性分析方法 ,考虑了材料的塑性特性 。尽管冰情严重 ,该研究论证了俄罗斯成功修和利用潮汐电站的可行性 。浮冰穿过冰穿过实测最大冰 所需的临 程造成的坝前浮 冰长度冰穿过 概率潮汐电站漂移速度界水流冰漂流速/ (m s - 1 )速度度的衰减/ (m s - 1 ) 幅度 / %塞汶那亚梅津 图古尔品仁纳10 2050100 1501 0000. 5 0. 81. 822. 51. 874. 185. 9218. 712862322967480000郑 毅余继承译自英刊水电与大坝 2009年增校8 结语为了确定巴伦支海 、白令海和鄂霍次克海域沿(编辑 :朱晓红