麒麟区小型水库雨水情测报及大坝安全监测设施建设初探

孙林1 曹永梅2吴德汝3

（曲靖市麒麟区水务局    云南 曲靖 655000）

(曲靖市麒麟区投资审计中心2   云南 曲靖 655000)

【摘要】针对小型水库无雨水情测报及大坝安全监测设施，仅靠人工观测降雨、库水位，水库防洪调度能力低下；大坝渗压观测人工观测不及时、不规范、数据缺失等问题。为满足水库安全调度运行要求，建设水库雨水情自动测报及大坝安全监测系统，应用遥测、通讯、计算机、水文等技术，完成小型水库降水量、水位、渗流、渗压、视频监控等水文要素的实时自动采集、处理和传送的信息系统。实现实时区域自动雨水情测报，提高水库防汛调度能力。

【关键词】 小型水库；雨水情测报；大坝安全监测；设施建设

为满足小型水库安全调度运行要求，建设雨水情自动测报及大坝安全监测系统，以提高水库的防洪和兴利调度能力。雨水情自动测报与大坝安全监测系统是应用遥测、通讯、计算机、水文等技术，完成流域的降水量、水位、渗流、渗压、视频监控等水文要素的实时自动采集、处理和传送的信息系统，综合水文、电子、电信、传感器、自动控制及计算机等学科的最新成果，用于水文计量和计算，提高雨水情测报速度。改变人工测量雨水情数据的落后状况，实现实时区域自动雨水情测报，在水库及江河流域安全渡汛方面能发挥重要作用[1]。

1  基本情况

麒麟区境内有小型水库73座，在防汛减灾中承担着十分重要的作用。但由于水库运行缺乏专业的管理水平和技术，特别是雨水情自动测报、库水位自动测报等互联网信息技术运用缺失，导致防洪调度反映迟缓，不能快速、准确提前预判水库周边降雨情况和库水位上升情况，防洪调度工作仅靠人工查看库水位、观察降雨情况。大部分水库除险加固后已建渗压观测设施，但需人工定时观测，由于水库管理人员专业知识参差不齐，不能按照规范定时观测，对大坝的渗压、渗流情况不能及时准确掌握。

通过建设雨水情自动测报及大坝安全监测系统，应用遥测、通讯、计算机、水文等技术，对水库的水位、渗压、渗流等进行实时在线监测，超限预警，实时更新显示水库的截面渗流压力及渗压压力、水位等信息。根据传感器监测数据，实时展示截面的各监测点位的当前水库水位、压力面压力、渗流量等信息。实时监测数据自动形成分析折线图表，根据趋势走势有利于直观分析水库大坝安全系数，便于及时做出应对措施，防止大坝崩塌。支持按时间查询不同时段，大坝的水位、渗流压力等参数，支持历史数据导出备份。提高水库的防汛调度能力和安全监测能力[2]。

2  建设任务

建设的主要任务是根据各水库实际情况，选择系统的工作体制和组网分配方案，确认系统各组成部份的软硬件技术指标；确定各类接口的使用标准；建设水库数据采集、传输和处理软硬件设施。制定数据传输规程；实现数据接收、处理、检索软件一体化运行。通过应用遥测、通信、计算机技术完成流域区内降水量、水库水位、溢流量、视频监控文件等不同数据的实时采集、报送和处理的信息系统，力求建立先进、经济、可靠、实用、科学、准确、高效的自动测报系统[3]。

雨水情测报系统主要包括：库区雨量监测、库区水位监测、库区大坝视频监控、水位标尺视频监控等。

大坝安全监测系统主要包括：位移变形观测、渗压监测、渗流监测。

2.1  提升雨水情监测能力，全面分析水库雨水情变化趋势

通过在库区内合适位置建设自动水位站、自动雨量站等监测站点，实现水库雨水情信息的自动测报、自动分析、自动预警等功能。雨水情测报系统为水库的调度管理、防洪管理等提供科学的数据依据，让管理人员和决策人员能够一目了然的看到水库雨水情变化趋势。

2.2  健全大坝安全监测体系，动态掌握大坝安全监测数据

通过以自动化的监测体系为主，人工观测手段为辅的工作方式，健全大坝安全监测体系，实现大坝的表面位移观测、渗压值监测和渗流量监测。让每一位具有相应权限的水库管理人员、工作人员以及相关水利系统管理人员能够动态掌握大坝安全监测数据，为大坝安全监测的规范管理提供支撑。

2.3  实现“全流程、痕迹化、可追溯”管理，提高管理效率

通过信息系统建设，最终实现水库“全流程、痕迹化、可追溯”的综合管理目标。进一步的提升水库运行管理效率。

2.3.1系统建设的要求

系统设计遵循“先进、实用、可靠、统一、可扩展”的原则；做到程序模块化、接口标准化、界面清晰友好、连接方便畅通，既可单独运行，又可有效集成于大系统中。

2.3.2建设的功能要求

完成遥测站巡测要求；满足随机召测单站数据和定时巡测的要求；满足巡测的最小时间间隔要求。对接收雨水情信息的要求，以及和外部进行信息交换的要求。

2.3.3系统工作状态的监测功能

数据处理功能：如整理、打印和显示的水文图表种类、格式；数据合理性检查与缺漏插补；完成预报和调度作业的处理任务；联机存储的数据类别、数量和存贮时间。测站应具有显示水位和时段降雨量、越限报警、遥测设备自动检测、电源报警的功能。防雷功能：防止从天馈线、电源线、遥测设备与传感器间的信号线引入雷电损坏设备。系统的可靠性功能要求，如设备的平均无故障工作时间、数据传输可靠性与误码率、备用措施等。

3  建设内容

小型水库雨水情测报与安全监测设施建设内容按照功能主要划分为以下几个部分：雨水情测报站、大坝安全监测站、工程视频监视站、数据传输、监测平台、数据共享推送（其他业务部门）等。

3.1  雨水情测报站建设

人工水位尺、翻斗式雨量计、水位计、供电系统组成雨水情测报站。

3.2  大坝安全监测站建设

埋设安装变形标点、测压管（渗压计）、量水堰等仪器设备，对大坝变形、渗流渗压、渗流量等进行监测。

3.3  工程视频监视站建设

采用视频球机对大坝、溢洪道进口、输水洞出口等设施环境进行实时监控，充分利用人工智能对非法入侵进行联动喇叭语音告警。远程监视应具备视频实时查看和图片定时推送功能。视频图像应通过现场设备或监测平台融合降水量、库水位、渗流量、渗流压力等信息。

3.4  数据传输

通过一体化采集终端根据现场网络条件（4G\5G、NB-loT或有线光纤、北斗卫星），对雨水情数据、实时视频或图像、大坝监测数据等信息实时传输，发现异常可通过短信等方式进行告警[4]。

3.5  监测平台

监测平台用于管理降水量、库水位、渗流量、渗流压力、视频图像等监测数据，以及水库大坝基础信息、监测设施考证信息、巡视检查信息、用户信息等。同时满足将各监测要素信息按照开放协议传输至省级水库大坝安全运行智慧管理平台，分账号进行分级使用[4]。

3.6  数据共享推送

监测平台信息共享应当与山洪灾害监测预警、水利一张图等水利业务应用系统实现实时数据衔接。雨水情监测设施，雨水情测报要素包括降水量、库水位以及视频图像。根据水库工程的规模，分为以下几类建设布置标准[5]：

3.6.1雨水情监测设施

雨水情测报要素包括降水量、库水位以及视频图像。根据水库工程的规模，分为以下几类建设布置标准：

第一类建设布置标准

适用范围：所有小（2）型水库

建设内容：1个降雨量监测点+1个库水位自动监测点+1个视频监控点+1套预警喇叭及拾音功能。

遥测站设备配置：所有监测点集成合并建设为1个雨水情视频监测站，配置1个一体化采集终端、1个雨量计、1个水位计、1个视频摄像头、1套预警喇叭、1套供电系统、1套防雷系统等设备。其中，雨水情一体化采集终端和大坝安全监测数据采集终端集成，供电系统与工程视频和雨水情监测共用，大坝安全监测单独供电系统保障。远程监视具备视频实时查看和图片定时推送、智能识别对讲、自动语音播报，现场声源采集等功能。视频图像通过现场设备或监测平台融合降水量、库水位、渗流量、渗流压力等信息。

第二类建设布置标准

适用范围：流域面积20km2以下的小（1）型水库

建设内容：1个降雨量监测点+1个库水位自动监测点+1个视频监控点+1套预警喇叭及拾音功能。

遥测站设备配置：所有监测点集成合并建设为1个雨水情视频监测站，配置1个一体化采集终端、1个雨量计、1个水位计、1个视频摄像头、1套预警喇叭、1套供电系统、1套防雷系统等设备。其中，雨水情一体化采集终端和大坝安全监测数据采集终端集成，供电系统与工程视频和雨水情监测共用，大坝安全监测单独供电系统保障。远程监视具备视频实时查看和图片定时推送、智能识别对讲、自动语音播报等功能，现场声源采集等功能。视频图像通过现场设备或监测平台融合降水量、库水位、渗流量、渗流压力等信息。

第三类建设布置标准

适用范围：重点水库或流域面积20km2以上的小（1）型水库

建设内容：2个降水量监测点+1个水位自动监测点+1个视频监视点+1套预警喇叭

水库坝址区遥测站设备配置：所有监测点集成合并建设为1个雨水情视频监测站，配置1个一体化采集终端、1个雨量计、1个水位计、3个视频摄像头（大坝监控、溢洪道监控、水库管理所监控）、1套预警喇叭、1套供电系统、1套防雷系统等设备。其中，RTU和大坝安全监测数据采集单元集成，供电系统与视频和大坝安全监测共用。远程监视具备视频实时查看和图片定时推送、智能识别对讲、自动语音播报等功能，现场声源采集等功能。视频图像通过现场设备或监测平台融合降水量、库水位、渗流量、渗流压力等信息。

3.6.2大坝安全监测设施建设

监测要素包括渗流量、渗流压力、表面变形监测。

a渗流量监测

适用范围：小（1）型水库和小（2）型水库

建设内容：在水库大坝发生明流且具备集水监测条件下，建设1个渗流量站。

设备配置：1个量水堰和1个量水堰计。

b渗流压力监测

①适用范围：小（1）型水库

建设内容：根据水库大坝规模设纵断面及横断面。

测站设备配置：渗流压力监测横断面根据工程规模、坝型、坝高、坝长、下游影响等情况，设置1～2个监测横断面，一般设置在最大坝高和渗流隐患坝段，坝长超过500m的根据需要增加监测断面。土石坝每个监测横断面宜设置2～3个监测点，一般设置在坝顶下游侧或心（斜）墙下游侧、坝脚或排水体前缘，必要时在下游坝坡增设1个监测点；下游水位或近坝地下水位监测点根据需要设置；存在明显绕坝渗漏的，根据需要设置绕坝渗流压力监测点。

c位移监测

适用范围：对坝高超过30m且下游影响较大的土石坝，或坝高超过50m且下游影响大的混凝土坝、砌石坝。

建设内容：根据水库现场实际需要，设置坝顶一排观测纵断面观测设施。

土石坝以表面垂直位移观测为主，混凝土坝、砌石坝以表面水平位移观测为主。对坝高超过30米，且下游有重要保护对象的采用GNSS进行监测。

4  结语

综上所述，小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设，可以对小型水库运行情况进行动态监测，强化小型水库安全管理水平，有效发挥小型水库的功能作用，提高小型水库防汛调度能力。

参考文献

[1]张超  小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设问题思考[J].工程管理前沿，2023年第5期，202306.17.

[2]赵吴广,王永兵,李骁峰,蒋文佳.新形势下小型水库雨水情测报和大坝安全监测的通信部署[J].中国防汛抗旱,2023,33(04):71-73.

[3]刘仔旭,李军岩,张俊卓.小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设应用技术探讨[J].水利科学与寒区工程,2022,5(12):37-40.

[4]高月明,陈希谣.广东省小型水库雨水情测报和大坝安全监测系统建设[J].水利信息化,2022(06):84-90.

[5]水利部办公厅关于加快推进小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设的通知[J].中华人民共和国水利部公报,2022(03):47.