戴 霖，楊 霞，簡鴻福

(1.江西省水利科學(xué)院，江西 南昌 330000；2.江西省洪圖技術(shù)咨詢有限公司，江西 南昌 330000)

0 引言

江西省小型水庫數(shù)量眾多，在防洪、灌溉等方面發(fā)揮著重要作用[1-2]，作為農(nóng)村生活、生產(chǎn)和區(qū)域防洪的重要水利基礎(chǔ)設(shè)施，雖然近年來通過除險(xiǎn)加固取得了一定成效，但安全監(jiān)測能力普遍較低，除了部分水庫配備了雨水情測報(bào)系統(tǒng)外，大壩安全監(jiān)測、視頻圖像監(jiān)視設(shè)施均基本缺失，降低了水庫運(yùn)行管護(hù)和應(yīng)急預(yù)警能力[3-4]。

2022年4月，水利部印發(fā)了《關(guān)于開展小型水庫安全監(jiān)測能力提升試點(diǎn)工作的通知》，江西省水利廳組織編制了《江西省2022年小型水庫安全監(jiān)測能力提升試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施方案》，明確了小型水庫安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)原則、實(shí)施計(jì)劃、建設(shè)內(nèi)容和運(yùn)行管理等方面具體要求。其中贛州市贛縣區(qū)列入試點(diǎn)項(xiàng)目水庫為15座小型水庫，含11個(gè)小(1)型、4個(gè)小(2)型水庫。本文以贛縣區(qū)白溪前水庫為例，依據(jù)江西省關(guān)于小型水庫監(jiān)測能力提升的要求，通過現(xiàn)場查勘、查閱資料、監(jiān)測設(shè)施設(shè)計(jì)等方式，完善水庫監(jiān)測設(shè)施，提升監(jiān)測能力，為后續(xù)贛縣區(qū)其他小型水庫監(jiān)測設(shè)施能力提升提供參考[5-7]。

1 基本概況

贛縣區(qū)位于江西省南部，贛州市中部，全區(qū)水庫共有53座，其中小型水庫52座，占比98.11%。大部分小型水庫建設(shè)年代較早、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，且小型水庫基本未建大壩安全監(jiān)測設(shè)施。

2 監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)狀

贛縣區(qū)小型水庫雖經(jīng)過幾輪次的除險(xiǎn)加固和標(biāo)準(zhǔn)化管理，小型水庫在工程安全、形象面貌和工程效益等方面有了顯著提升，但仍存在以下幾個(gè)方面的問題。

(1)安全監(jiān)測設(shè)施不完備。小型水庫雨水情監(jiān)測和工程安全監(jiān)測設(shè)施不健全，監(jiān)測預(yù)警能力不足。由于現(xiàn)有大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范主要適用于大中型水庫，小型水庫安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范還缺乏約束性指導(dǎo)，導(dǎo)致部分小型水庫未按規(guī)范要求合理布置完善的安全監(jiān)測設(shè)施，雖然部分水庫除險(xiǎn)加固時(shí)對(duì)大壩安全監(jiān)測設(shè)施進(jìn)行完善，但建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不高，監(jiān)測預(yù)警能力不足。

(2)信息化水平較低。目前小型水庫運(yùn)行管理手段落后，信息化、智能化水平低?，F(xiàn)有大壩安全監(jiān)測設(shè)施基本為人工觀測，這需要花大量的人力、物力、財(cái)力去觀測、數(shù)據(jù)采集和分析處理，信息化管理效率低；工程視頻圖像監(jiān)視能力低下。同時(shí)，大壩安全監(jiān)測工作與水庫運(yùn)行管理業(yè)務(wù)工作融合不深，水庫信息化管理水平低。

(3)新技術(shù)應(yīng)用程度低。長期以來，小型水庫安全監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施不完善，監(jiān)測信息化管理手段不多，在衛(wèi)星遙感、物聯(lián)網(wǎng)、北斗PNT、5G等先進(jìn)使用技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用方面尚處于起步階段，新技術(shù)應(yīng)用程度低。

3 監(jiān)測設(shè)施建設(shè)

3.1 建設(shè)目標(biāo)及任務(wù)

建設(shè)完善試點(diǎn)水庫小型水庫安全監(jiān)測設(shè)施(包括雨水情測報(bào)、工程視頻圖像監(jiān)視、大壩安全監(jiān)測設(shè)施)及省級(jí)監(jiān)測平臺(tái)，充分利用已有工作基礎(chǔ)，探索應(yīng)用新技術(shù)、新方法，實(shí)現(xiàn)多要素、全過程、全天候監(jiān)測感知，保障監(jiān)測設(shè)施穩(wěn)定可靠、先進(jìn)實(shí)用，推進(jìn)省級(jí)監(jiān)測平臺(tái)智能化、智慧化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水情預(yù)測預(yù)報(bào)、工程隱患早期識(shí)別，為落實(shí)水庫“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”措施提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，推進(jìn)水庫規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化建設(shè)。

(1)按照水利部《2022年小型水庫安全監(jiān)測能力提升項(xiàng)目建設(shè)要求》要求，完善試點(diǎn)水庫的雨水情測報(bào)、工程視頻圖像監(jiān)視、大壩安全監(jiān)測設(shè)施，高質(zhì)量構(gòu)建小型水庫安全監(jiān)測站網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水庫安全多要素監(jiān)測感知。

(2)積極推廣前沿信息技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用，加強(qiáng)科技對(duì)小型水庫安全監(jiān)測能力提升的支撐，探索應(yīng)用包括GNSS、機(jī)器視覺測量系統(tǒng)、5G、邊緣計(jì)算、AI智能識(shí)別、無人平臺(tái)、智能巡檢、雷達(dá)、聲吶等技術(shù)方法及產(chǎn)品、設(shè)備，高標(biāo)準(zhǔn)、高水平配備監(jiān)測設(shè)施，推進(jìn)雨水情和大壩安全監(jiān)測信息智能感知和多要素?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)采集，提升大壩安全隱患早期識(shí)別和監(jiān)測診斷能力。

(3)建立集約、高效、長效的水庫安全監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)模式，加強(qiáng)監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行保障能力建設(shè)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測設(shè)施長效穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 布置原則

3.2.1雨水情測報(bào)

提升改造試點(diǎn)水庫雨水情測報(bào)設(shè)施，設(shè)置降雨量、庫水位自動(dòng)測報(bào)設(shè)施、人工觀測水尺和水準(zhǔn)基點(diǎn)，滿足自動(dòng)測報(bào)、人工觀測和校驗(yàn)要求。

3.2.2大壩安全監(jiān)測

(1)表面變形監(jiān)測。采用“視準(zhǔn)線(或交會(huì)法)+精密水準(zhǔn)”設(shè)置大壩表面變形觀測設(shè)施，并選擇代表性水庫采用GNSS技術(shù)或者機(jī)器視覺測量系統(tǒng)進(jìn)行大壩表面變形自動(dòng)觀測，與人工觀測結(jié)果相互驗(yàn)證。

(2)滲流壓力監(jiān)測。根據(jù)壩型、壩高、壩長，采用“測壓管+滲壓計(jì)”方式設(shè)置滲流監(jiān)測斷面，壩基覆蓋層具中等-強(qiáng)透水層的，設(shè)置壩基滲流監(jiān)測，存在明顯繞壩滲漏的，設(shè)置了繞壩滲流監(jiān)測。

(3)滲流量監(jiān)測。根據(jù)壩下地形地質(zhì)條件、壩體滲漏情況，對(duì)于有明顯滲漏的水庫，采用“量水堰+雷達(dá)式水位計(jì)”方式設(shè)置滲流量監(jiān)測。

(4)白蟻監(jiān)測。對(duì)于白蟻活動(dòng)較明顯的，設(shè)置基于餌料傳感器技術(shù)進(jìn)行白蟻活動(dòng)監(jiān)測。

具體配置標(biāo)準(zhǔn)見表1—2。

表2 大壩安全監(jiān)測設(shè)施配置表

3.2.3工程視頻圖像監(jiān)視

每座水庫設(shè)置不少于2個(gè)視頻監(jiān)視點(diǎn)(其中一個(gè)具備AI識(shí)別功能)，監(jiān)視水庫大壩全貌、輸泄水建筑物，識(shí)別違法違規(guī)行為。

4 典型設(shè)計(jì)

4.1 工程概況

贛縣區(qū)白溪前水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪等綜合效益的小(1)型水利工程。樞紐工程主要建筑物包括：大壩、溢洪道、灌溉引水隧洞等。大壩為粘土心墻壩，壩長115m，最大壩高19.8m，壩頂高程為193.30m，頂寬5.0m。上游壩坡坡比1∶2.5，C15混凝土預(yù)制塊護(hù)坡；下游護(hù)坡1∶2.40～1∶2.50，草皮護(hù)坡；壩腳設(shè)貼坡排水反濾設(shè)施。

4.2 監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場查勘，白溪前水庫監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)狀情況見表3。

表3 白溪前水庫監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)狀情況表

表6 全省水利工程維測算對(duì)比表-水利部標(biāo)準(zhǔn)

4.3 監(jiān)測設(shè)施設(shè)計(jì)

4.3.1雨水情測報(bào)

(1)本次設(shè)計(jì)新增1套雨水情自動(dòng)測報(bào)設(shè)施，雨量筒采用翻斗式，水位計(jì)采用壓力式，布置于壩頂觀測臺(tái)階處。同時(shí)，在庫區(qū)布置1套雨量自動(dòng)監(jiān)測站，雨量筒采用翻斗式，施工時(shí)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場通電、通訊及交通等具體情況，在庫尾合適位置布設(shè)雨量自動(dòng)監(jiān)測站。

(2)新建水尺2組，分別布置溢洪道進(jìn)口邊墻處、大壩上游壩坡觀測踏步處。

(3)新建1個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)。

4.3.2大壩安全監(jiān)測設(shè)施

(1)大壩表面變形監(jiān)測。大壩表面變形人工觀測采用視準(zhǔn)線法和精密水準(zhǔn)法進(jìn)行測量。新建6個(gè)表面變形測點(diǎn)，分2個(gè)橫斷面，每個(gè)橫斷面布置3個(gè)測點(diǎn)，分別在大壩頂下游側(cè)、一級(jí)馬道上游側(cè)、排水棱體上游側(cè)各布置1個(gè)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)形成3個(gè)縱斷面，在每個(gè)縱斷面的兩壩肩各布置1個(gè)工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)。測點(diǎn)與基點(diǎn)觀測墩上應(yīng)配置強(qiáng)制對(duì)中歸心盤。

(2)大壩滲流壓力監(jiān)測。新增大壩壩體滲流壓力監(jiān)測設(shè)施，采用“測壓管+滲壓計(jì)”方式設(shè)置2橫3縱壩體滲流監(jiān)測斷面，每個(gè)橫斷面布置3個(gè)測點(diǎn)，共有6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，每根測壓管內(nèi)放置1支滲壓計(jì)，配置監(jiān)測終端實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測。

(3)大壩滲流量監(jiān)測。新建壩腳集滲溝，新建量水堰1個(gè)、設(shè)置人工觀測水尺和雷達(dá)式水位計(jì)自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)1套。

4.3.3工程視頻圖像監(jiān)視設(shè)施

本次設(shè)計(jì)新增1個(gè)AI智能視頻監(jiān)控機(jī)和3個(gè)高清視頻監(jiān)控球機(jī)。AI智能視頻監(jiān)控機(jī)與新增雨水情自動(dòng)測報(bào)設(shè)施建設(shè)為“一體桿”式，能夠監(jiān)視人工水尺、大壩全貌。3個(gè)高清視頻監(jiān)控球機(jī)分別布設(shè)在溢洪道處、右壩肩及下游排水棱體前緣。

5 結(jié)論及建議

小型水庫監(jiān)測能力提升項(xiàng)目的實(shí)施，通過雨水情測報(bào)設(shè)施有效保障了水庫雨水情的測報(bào)與預(yù)警能力，通過大壩安全監(jiān)測設(shè)施可以監(jiān)測和評(píng)估大壩的狀態(tài)和性能，通過工程視頻圖像監(jiān)視設(shè)施可直接獲取水庫重點(diǎn)部位現(xiàn)場狀態(tài)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題，有效預(yù)防可能發(fā)生的災(zāi)害事故。隨著監(jiān)測數(shù)據(jù)匯聚至省級(jí)應(yīng)用平臺(tái)，還可為各級(jí)水管部門在蓄水、度汛、日常管理等階段提供全面的技術(shù)支撐。

隨著江西省小型水庫監(jiān)測設(shè)施能力提升項(xiàng)目的推進(jìn)，水庫監(jiān)測設(shè)施將逐步完善，下一步應(yīng)關(guān)注落實(shí)運(yùn)行維護(hù)責(zé)任，保障監(jiān)測設(shè)施發(fā)揮長效作用，并做好水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)的整編和分析，發(fā)揮監(jiān)測效益。