肖珍寶，梁學文，班華珍，吳衛(wèi)熊

（廣西壯族自治區(qū)水利科學研究院 廣西水工程材料與結構重點實驗室，南寧 530023）

廣西約有水庫大壩4314 座，其中小型水庫約4110 座，約占水庫總數(shù)的95.3%，其中土石壩約3946 座，約占小型水庫的96.0%。廣西小型水庫雨水情測報仍處于初步階段、大壩安全監(jiān)測設施嚴重缺失，全區(qū)14個地市小型水庫基本未安裝大壩安全監(jiān)測設施，日常主要依靠人工觀測，由于管理人員技術水平不一，觀測數(shù)據(jù)不精準，不能及時發(fā)現(xiàn)水庫存在的安全隱患，存在一定的風險隱患。因此，小型水庫雨水情測報和大壩安全監(jiān)測成為防洪體系中薄弱部分，并可能對下游人民生命財產(chǎn)安全構成嚴重威脅。

1 廣西小型水庫雨水情測報和大壩安全監(jiān)測設施現(xiàn)狀

（1）雨水情測報設施現(xiàn)狀。2010—2013 年，廣西依托山洪災害防治非工程措施項目建設了約4708個水庫雨水情監(jiān)測站點，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)與水利部互聯(lián)互通。目前，這些水庫雨水情測報設施設備大多已接近或超過設計使用年限，大部分電子設備已到報廢期，進入故障高發(fā)期，運行狀態(tài)不穩(wěn)定，每年需要投入大量維修資金。此外，隨著信息化進程的飛速發(fā)展和電子產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代，原來的監(jiān)測系統(tǒng)架構已不能適應新發(fā)展階段水庫運行管理需求。

（2）大壩安全監(jiān)測設施現(xiàn)狀。廣西約98.9%的水庫建成于20 世紀50 年代末至70 年代中期，受當時經(jīng)濟社會和技術條件限制，小型水庫工程建設標準低、安全監(jiān)測配套設施缺失。在歷次水庫除險加固中，由于資金投入不足，在小型水庫除險加固初步設計基本沒有考慮大壩安全監(jiān)測設施建設。目前，我區(qū)小型水庫尚未安裝有信息化的大壩安全監(jiān)測設施，只有少數(shù)水庫設置有沉降、位移、滲漏人工觀測設施，由于管護人員專業(yè)技術欠缺，安全隱患難以及時發(fā)現(xiàn)。

（3）運行管理信息系統(tǒng)建設現(xiàn)狀。目前已建有廣西水庫安全運行智慧管理服務平臺，具備數(shù)據(jù)匯集與存儲、數(shù)據(jù)查詢與管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析、信息共享服務等功能，經(jīng)升級改造后可實現(xiàn)全區(qū)雨水情測報和大壩安全監(jiān)測信息匯集與信息共享。

2 廣西小型水庫雨水情測報和大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)建設

2.1 建設原則

按照“統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、因庫制宜、實用有效、信息共享”的原則，充分利用現(xiàn)有條件，結合水庫壩型壩高、下游影響、通信條件等，合理設置監(jiān)測設施，并做好與已有監(jiān)測設施及除險加固項目建設內(nèi)容銜接，避免重復建設，建立完善監(jiān)測平臺，實現(xiàn)信息匯集、應用和共享。

2.2 建設目標

“十四五”期間，廣西計劃對3324座小型水庫雨水情測報設施、2674座小型水庫大壩安全監(jiān)測設施進行建設，雨水情測報和大壩安全監(jiān)測設施數(shù)據(jù)要一站多發(fā)（縣、市、自治區(qū)），監(jiān)測站點基本信息、設備狀態(tài)信息和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)接入自治區(qū)統(tǒng)一管理平臺，并符合數(shù)據(jù)治理的規(guī)范要求。升級改造廣西水庫安全運行智慧管理服務平臺，實現(xiàn)全區(qū)雨水情測報和大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集，實現(xiàn)信息共享，全面提升水庫信息化管理能力和水平。

2.3 建設內(nèi)容

項目分為雨水情測報、大壩安全監(jiān)測兩大部分。雨水情測報要素主要包括降水量、庫水位、視頻圖像、預警等；大壩安全監(jiān)測要素主要包括滲流量、滲流壓力、表面變形等，監(jiān)測設施的建設包括相應監(jiān)測要素的設備設施布設、配置、及其供電、通訊系統(tǒng)和監(jiān)測平臺軟件等輔助項目的建設。監(jiān)測信息應以自動采集和報送為主，因特殊原因不能自動采集報送的應落實人工采集和報送措施。

2.3.1 雨水情測報

（1）降水量監(jiān)測。至少設置1 個降水量監(jiān)測點。對流域面積超過20 km2的可增加1個具有流域代表性降水量監(jiān)測點。降水量監(jiān)測采用自動測報方式，儀器分辨力應根據(jù)當?shù)亟邓攸c進行選擇，滿足面雨量計算精度要求，分辨力宜不大于0.5 mm。

（2）庫水位監(jiān)測。設置1個自動監(jiān)測點、1組人工觀測水尺和1組水準點，滿足自動測報、人工觀測和校驗要求，庫水位監(jiān)測范圍應覆蓋死水位至壩頂?shù)乃蛔兓秶Ｗ詣颖O(jiān)測可采用浮子式、氣泡式、雷達式、壓力式等水位計，有條件的首選浮子式水位計。水位計分辨力宜不大于1 cm。水尺可采用直立式、矮樁式或斜坡式，有條件的首選直立式水尺。

（3）視頻監(jiān)視。對大壩、溢洪道等現(xiàn)場情況進行現(xiàn)地監(jiān)視，具有有線互聯(lián)網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)等通信條件的小型水庫實現(xiàn)遠程監(jiān)視，并具備視頻實時查看和圖片定時推送功能。

（4）警報與預警。配置1～2 個有源高音號角喇叭，實現(xiàn)強降雨、高水位、人員入侵等多場景自動語音報警，以及遠程喊話功能（1個喇叭與攝像頭連接實現(xiàn)報警，1 個用于喊話對講），自動語音報警應具有現(xiàn)場人工干預關閉功能。有條件的小型水庫或重要水庫配置1 塊現(xiàn)地LED 顯示屏，滾動顯示實時水位、雨量、庫容、測壓管水位等信息，顯示屏宜設置在有市電的重點水庫，安裝在室內(nèi)。

2.3.2 大壩安全監(jiān)測

（1）滲流量監(jiān)測。存在滲漏明流的大壩設置滲流量監(jiān)測點，?。?）型水庫設置1 個監(jiān)測點，有分區(qū)監(jiān)測需求的根據(jù)需要增加監(jiān)測點；小（2）型水庫壩高15 m以上的設置1個監(jiān)測點，壩高15 m以下影響較大的根據(jù)需要設置監(jiān)測點。滲流量監(jiān)測采用量水堰進行監(jiān)測，量水堰型式宜用三角形，在量水堰旁安裝量水堰計實現(xiàn)自動監(jiān)測。

（2）滲流壓力監(jiān)測。?。?）型水庫大壩設置1～2 個監(jiān)測橫斷面，一般設置在最大壩高和滲流隱患壩段，對壩長超過500 m 的根據(jù)需要增加監(jiān)測斷面；?。?）型水庫壩高15 m 以上的設置1 個監(jiān)測橫斷面，壩高15 m以下影響較大的根據(jù)需要設置監(jiān)測斷面。每個監(jiān)測橫斷面設置2～3個監(jiān)測點，土石壩中均質(zhì)壩、心墻壩、斜墻壩監(jiān)測點設置在壩頂下游側或心（斜）墻下游側、壩腳或排水體前緣。必要時在下游壩坡增設1個監(jiān)測點。滲流壓力監(jiān)測宜采用在測壓管中安裝滲壓計。

（3）表面變形監(jiān)測。對壩高超過30 m 或下游影響較大的土石壩，或壩高超過50 m或下游影響大的混凝土壩、砌石壩，宜設置表面變形監(jiān)測設施。其他小型水庫，根據(jù)工程實際落實大壩變形監(jiān)測設施的設置。在壩頂下游側設置一個變形監(jiān)測縱斷面，對土石壩必要時可增設一個監(jiān)測縱斷面。表面變形監(jiān)測一般采用安裝觀測墩人工觀測的方式，以縣級為單位統(tǒng)一配置全站儀、水準儀等觀測儀器，各水庫統(tǒng)籌使用。對于一些重要的?。?）型水庫，有條件的可采用GNSS方式進行自動監(jiān)測。在附近山體設置1 個GNSS 基準站點，壩上設置3～4 個位移監(jiān)測站點，通過通訊網(wǎng)絡實時將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，實時差分解算出各監(jiān)測點三維坐標，實現(xiàn)表面變形的自動監(jiān)測。監(jiān)測的誤差要求：水平方向≤±2.5 mm+0.5 ppm，高程方向≤±5 mm+0.5 ppm。

2.3.3 數(shù)據(jù)采集與傳輸

（1）RTU 與MCU。一是配置雨水情數(shù)據(jù)采集終端RTU，接入雨量計、水位計、視頻攝像、預警廣播等設備，實現(xiàn)自動控制與監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測平臺；二是配置大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集單元MCU，接入滲壓計、滲流量計，進行數(shù)據(jù)采集與解算，并將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測平臺；三是RTU與MCU可配置集成式一體化監(jiān)測終端設備，使用一體化監(jiān)測終端應確保性能可靠、成熟穩(wěn)定、經(jīng)濟合理，避免為了追求集成而提高成本，增加因故障造成的整體數(shù)據(jù)缺失風險；四是RTU 和MCU 的監(jiān)測數(shù)據(jù)采用一站多發(fā)方式，同時往縣級和自治區(qū)平臺發(fā)送數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的及時、可靠傳輸。

（2）數(shù)據(jù)傳輸。一是數(shù)據(jù)通信依次優(yōu)先采用有線互聯(lián)網(wǎng)（寬帶）、移動互聯(lián)網(wǎng)（4G）、NB-IoT、北斗衛(wèi)星通訊等公共通信資源；二是雨水情測報和安全監(jiān)測應根據(jù)水庫的現(xiàn)有條件，采用同一套通訊設備、選擇同一種通訊方式進行數(shù)據(jù)傳輸。

2.3.4 供電系統(tǒng)

供電方式根據(jù)現(xiàn)場條件選擇，優(yōu)先采用壩首已有的市電，壩首暫無市電的，盡量考慮就近接入市電；因距離太遠實在無法接入市電的，采用太陽能供電。采用市電時，配置UPS 電源，確保市電斷電情況下能為監(jiān)測設備正常供電3 d以上。采用太陽能供電時，蓄電池容量應保證連續(xù)5 d 以上陰雨天氣能正常供電。并應充分考慮不同的供電方式，配置避雷器、避雷針和防雷接地等防雷保護設備。

2.3.5 監(jiān)測平臺

自治區(qū)監(jiān)測平臺建設由水利廳統(tǒng)一規(guī)劃、分級落實，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集管理、分析應用和信息共享功能。平臺統(tǒng)一部署，自治區(qū)、市、縣三級應用。監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)庫用于存儲管理降水量、庫水位、滲流量、滲流壓力、視頻圖像等監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫表結構與標識符采用國家標準。各縣建設縣級監(jiān)測平臺，具備數(shù)據(jù)接收和基本查詢功能。接收數(shù)據(jù)采集終端一站雙發(fā)上傳的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后上傳自治監(jiān)測平臺。降低因單條數(shù)據(jù)傳輸鏈路出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷造成管理缺失的風險?？h級平臺所使用的服務器、網(wǎng)絡設備等，原則上與山洪災害防治項目的設備共用，不另外配置。

3 結語

廣西小型水庫基數(shù)大，雨水情測報和安全監(jiān)測設施現(xiàn)狀不容樂觀，短板突出，迫切需要開展雨水情測報和大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)建設。全面建設水庫雨水情測報、大壩安全監(jiān)測設施，健全水庫安全運行監(jiān)測系統(tǒng)，可以提升水庫信息化管理能力，實現(xiàn)水庫規(guī)范化、標準化管理，確保水庫安全長效運行。