(成都市雙流區(qū)水務(wù)局，四川 雙流，610200)

1 建設(shè)背景

我國現(xiàn)有水庫大壩9.8萬余座，大部分是小型水庫，有9.3萬余座。小型水庫在灌溉、供水、改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了巨大作用，效益顯著，是水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。但是小型水庫多建于20世紀(jì)50～70年代，工程標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量較差，運(yùn)行維修養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)投入不足，管理待完善。據(jù)統(tǒng)計，我國小型水庫平均病險比例高達(dá)53.3%。

國家對小型水庫安全十分重視，先后發(fā)布《小型水庫土石壩主要安全隱患處置技術(shù)導(dǎo)則》(水建管〔2014〕5號)和《小型水庫安全運(yùn)行專項督查工作實施細(xì)則》(試行)(辦安監(jiān)〔2018〕126號)。2018年12月10日至11日，水利部在北京召開了加強(qiáng)小型水庫運(yùn)行管理座談會暨2018年水利工程運(yùn)行管理督查工作總結(jié)會議。與會代表討論了《水利部關(guān)于加強(qiáng)小型水庫大壩安全運(yùn)行管理三年行動方案》和《小型水庫病險問題審核工作方案》。2019年水利部進(jìn)一步強(qiáng)化了小型水庫專項督查，督查比例增加至小型水庫總數(shù)的10%、即總數(shù)達(dá)到1萬座左右。專項督查以問題為導(dǎo)向、以整改為目標(biāo)、以問責(zé)為抓手、以督查整改促進(jìn)各地對小型水庫安全的重視程度，進(jìn)一步提高風(fēng)險意識，切實保障小型水庫安全運(yùn)行。

目前，成都市小型水庫工程數(shù)量多、規(guī)模小，普遍存在安全監(jiān)測設(shè)施大多不完善、資金及管理力量弱的問題，導(dǎo)致大壩安全系統(tǒng)不能完全發(fā)揮作用甚至失效、監(jiān)測空白等局面，給成都市中小型水庫的安全管理留下隱患，因此，亟需開展中小型水庫安全監(jiān)測綜合管理分析評價平臺建設(shè)模式及技術(shù)探索。按照水利部“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的要求和“水利科技進(jìn)步對水利發(fā)展的實際貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到了53.5%”，為此，緊密結(jié)合成都市水庫現(xiàn)狀，聚焦水利發(fā)展需求，加快科技創(chuàng)新步伐，充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云平臺和人工智等技術(shù)，實現(xiàn)成都市水庫群管理的智能化。根據(jù)“總體規(guī)劃，分期實施”的原則，本項目以雙流區(qū)永安水庫為試點工程，后期根據(jù)應(yīng)用情況進(jìn)行推廣，最終建立基于云平臺的成都市水庫安全監(jiān)測群智慧管理網(wǎng)絡(luò)。

2 永安水庫概況

永安水庫位于雙流區(qū)永安鎮(zhèn)，水庫于1978年投入運(yùn)行。該水庫是一座以灌溉經(jīng)濟(jì)作物為主，兼有防洪等綜合利用效益的小(1)型水利工程，由大壩、溢洪道、放水設(shè)施等組成，水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩高16.45m，壩長207.14m，壩頂寬4m，壩頂高程477.07m(2010年整治后)，總庫容281.31萬m3。工程等級：樞紐工程為Ⅳ等工程，主要建筑物級別為4級。

永安水庫距離永安鎮(zhèn)不到1km，下游工業(yè)及人口分布密集，安全監(jiān)測設(shè)施落后、空白，水庫規(guī)模雖小，但是安全問題后果比較嚴(yán)重，屬于典型的需要重點關(guān)注安全問題的小型水庫。

3 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容及技術(shù)線路

3.1 總體任務(wù)

根據(jù)試點項目的特點，結(jié)合國內(nèi)科技發(fā)展和水利管理要求，系統(tǒng)建設(shè)總體任務(wù)包括方案設(shè)計、系統(tǒng)實施和系統(tǒng)運(yùn)維及分析評價。

(1)方案設(shè)計：含監(jiān)測項目(變形、滲流、環(huán)境量等監(jiān)測項目)設(shè)置、測點優(yōu)化布置、系統(tǒng)電源、通信設(shè)計、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和遠(yuǎn)程平臺設(shè)計。

(2)系統(tǒng)實施：系統(tǒng)儀器設(shè)備及附屬設(shè)施(電源、通訊、防雷接地)等組件的開發(fā)、研制、采購、率定、檢驗、配套土建施工、現(xiàn)場安裝、調(diào)試。

(3)系統(tǒng)運(yùn)維及大壩安全分析評價：系統(tǒng)建成后三年系統(tǒng)維護(hù)、資料整編、分析評價、預(yù)警、輔助決策等應(yīng)用服務(wù)。

3.2 監(jiān)測項目及測點布置

3.2.1 變形監(jiān)測

在水庫上下游壩肩、下游馬道高程處布設(shè)3個監(jiān)測斷面9個監(jiān)測點(觀測墩+棱鏡)用以感應(yīng)壩體位移，同時在右岸水庫管理所院內(nèi)布置測量機(jī)器人1套，用測量機(jī)器人實現(xiàn)壩體表面水平及沉降位移的自動監(jiān)測。

3.2.2 滲流監(jiān)測

分浸潤線觀測、繞壩滲流觀測、滲漏量觀測三個項目。

(1)壩體浸潤線監(jiān)測

布設(shè)3個斷面9個滲流監(jiān)測點(部位與變形監(jiān)測點對應(yīng)布置)，采用鉆孔測壓管的方式，在測壓管內(nèi)安裝滲壓計接入微功耗測控裝置實現(xiàn)自動化監(jiān)測。

(2)繞壩滲流監(jiān)測

左右岸邊坡及壩體交界處沿流線方向各設(shè)立3個繞壩測點，采用鉆孔測壓管的方式，在測壓管內(nèi)安裝滲壓計接入微功耗測控裝置實現(xiàn)自動化監(jiān)測。

(3)滲漏量觀測

左壩角排水溝附近有明水滲漏，為監(jiān)測滲漏變化，配置量水堰設(shè)施及量水堰儀接入微功耗測控裝置實現(xiàn)自動化監(jiān)測。

3.2.3 環(huán)境量監(jiān)測

主要采集水位、氣溫、雨量等要素。

(1)水位及雨量：為避免重復(fù)建設(shè)，水位雨量信息取自現(xiàn)場水庫動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)。

(2)氣溫：設(shè)置氣溫計及百葉箱1套實現(xiàn)氣溫自動化監(jiān)測。

3.3 體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及技術(shù)支撐

系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場總線和后方基于公網(wǎng)的云平臺的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)場測站、遠(yuǎn)程中心、運(yùn)維中心、終端用戶等部分組成。

3.3.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)

在水庫現(xiàn)場設(shè)置3處測站，就近接入滲流、環(huán)境量、位移監(jiān)測傳感器及設(shè)備。

3.3.2 云平臺及遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心托管設(shè)置在南京南水基地，由相關(guān)硬件、軟件、管理團(tuán)隊組成，管理團(tuán)隊分?jǐn)?shù)據(jù)監(jiān)視團(tuán)隊(南水所)及水工安全資料分析團(tuán)隊(南水所、河海大學(xué))，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、整編、分析評價及預(yù)警等服務(wù)。

3.3.3 近距離運(yùn)維中心

運(yùn)維中心負(fù)責(zé)現(xiàn)場水庫群智能網(wǎng)絡(luò)的硬軟件維護(hù)，運(yùn)維中心由南水所成都辦事處負(fù)責(zé)，主要負(fù)責(zé)日常例行維護(hù)及異常緊急維護(hù)。

3.3.4 終端用戶

采用移動APP技術(shù)，實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)采集和移動信息展示。終端用戶為水務(wù)局各級管理人員，根據(jù)權(quán)限，通過各種方式接收相關(guān)推送報告及信息。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

4 建設(shè)成果

(1)研制了小型水庫典型安全管理信息感知系統(tǒng)，適應(yīng)水庫現(xiàn)代化管理需要和水利行業(yè)發(fā)展要求。針對規(guī)范要求，對永安水庫進(jìn)行了安全監(jiān)測整體方案設(shè)計(含變形、滲流、環(huán)境量等項目及方案)，配置了全新的安全監(jiān)測設(shè)施，采用國內(nèi)比較成熟、前沿的監(jiān)測技術(shù)，搭建了先進(jìn)的自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)，改變了永安水庫安全監(jiān)測空白的局面，實現(xiàn)了永安水庫水工安全監(jiān)測信息采集與處理自動化、安全綜合信息管理數(shù)字化、安全分析與評價專業(yè)化、異常信息應(yīng)急預(yù)警實時化。

(2)搭建了基于云平臺的現(xiàn)場運(yùn)維中心和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析，綜合采用固定和移動數(shù)據(jù)采集及信息展示技術(shù)，初步完成了成都市區(qū)域水庫安全監(jiān)測管理中心平臺(軟件、硬件)的搭建，其中中心軟件含采集軟件、管理、發(fā)布及分析評價軟件、信息預(yù)警等軟件，預(yù)留了相關(guān)接口，為后續(xù)其它水庫安全監(jiān)測信息統(tǒng)一采集及監(jiān)管創(chuàng)造了一定條件。

(3)提出了小型水庫群管理模型，實現(xiàn)了示范工程的遠(yuǎn)程產(chǎn)學(xué)研融合管理。通過搭建數(shù)據(jù)管理平臺、各分系統(tǒng)無縫整合和在線實時間數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)了監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析以及系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的一體化管理，創(chuàng)新了小型水庫安全管理模式，形成了一整套的線路及功能模板(包括技術(shù)線路、運(yùn)行維護(hù)、資料整編及預(yù)警等)和方法體系。

5 項目價值和意義

5.1 提出了小型水庫安全監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)化成套技術(shù)

小型水庫數(shù)量眾多，有著基本相同的條件(資金、技術(shù))限制，本項目著手于探索實用、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、容易推廣的小型水庫一體化監(jiān)測技術(shù)及監(jiān)測手段。如本項目的低功耗系統(tǒng)模塊、測量機(jī)器人等應(yīng)用。

5.2 搭建了小型水庫安全監(jiān)測區(qū)域化管理平臺

本項目系統(tǒng)中心平臺建設(shè)，成都市水庫安全監(jiān)測區(qū)域管理平臺，為成都市乃至省內(nèi)、行業(yè)小型水庫安全監(jiān)測區(qū)域化管理、統(tǒng)一監(jiān)管模式進(jìn)行了一定的探索。

5.3 提出了小型水庫安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)新模式

對系統(tǒng)前期建設(shè)及后期運(yùn)行模式進(jìn)行了一定的探索，著重于解決行業(yè)內(nèi)重建設(shè)、輕管理、投資不能發(fā)揮效益的現(xiàn)象，傾向于和綜合實力較強(qiáng)的科研院所合作，采取設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)維評價統(tǒng)一打包的建設(shè)模式，加大對運(yùn)維期系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行效果考核，主要將承建方的回本及利潤周期控制在項目后期，最大程度保證系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行質(zhì)量。

5.4 為小型水庫安全監(jiān)測管理做好了示范，具有良好的應(yīng)用推廣價值

目前，該系統(tǒng)建成后，已良性運(yùn)行一年多，各項技術(shù)指標(biāo)和監(jiān)測數(shù)據(jù)為大壩安全保駕護(hù)航，形成了良好示范；現(xiàn)已開始逐步將成都市范圍內(nèi)的其他小型水庫納入監(jiān)管，為全市小型水庫安全智能化管理奠定了良好基礎(chǔ)。