廣西小型水庫雨水情測報和大壩安全監測系統建設

肖珍寶，梁學文，班華珍，吳衛熊

（廣西壯族自治區水利科學研究院 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、大壩安全監測設施嚴重缺失，全區14個地市小型水庫基本未安裝大壩安全監測設施，日常主要依靠人工觀測，由于管理人員技術水平不一，觀測數據不精準，不能及時發現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測成為防洪體系中薄弱部分，并可能對下游人民生命財產安全構成嚴重威脅。

1 廣西小型水庫雨水情測報和大壩安全監測設施現狀

（1）雨水情測報設施現狀。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個水庫雨水情監測站點，監測數據通過山洪災害監測預警系統，實現與水利部互聯互通。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，進入故障高發期，運行狀態不穩定，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展和電子產品的快速更新換代，原來的監測系統架構已不能適應新發展階段水庫運行管理需求。

（2）大壩安全監測設施現狀。廣西約98.9%的水庫建成于20 世紀50 年代末至70 年代中期，受當時經濟社會和技術條件限制，小型水庫工程建設標準低、安全監測配套設施缺失。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測設施建設。目前，我區小型水庫尚未安裝有信息化的大壩安全監測設施，只有少數水庫設置有沉降、位移、滲漏人工觀測設施，由于管護人員專業技術欠缺，安全隱患難以及時發現。

（3）運行管理信息系統建設現狀。目前已建有廣西水庫安全運行智慧管理服務平臺，具備數據匯集與存儲、數據查詢與管理、數據統計與分析、信息共享服務等功能，經升級改造后可實現全區雨水情測報和大壩安全監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測系統建設

2.1 建設原則

按照“統籌協調、因庫制宜、實用有效、信息共享”的原則，充分利用現有條件，結合水庫壩型壩高、下游影響、通信條件等，合理設置監測設施，并做好與已有監測設施及除險加固項目建設內容銜接，避免重復建設，建立完善監測平臺，實現信息匯集、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測設施進行建設，雨水情測報和大壩安全監測設施數據要一站多發（縣、市、自治區），監測站點基本信息、設備狀態信息和實時監測數據接入自治區統一管理平臺，并符合數據治理的規范要求。升級改造廣西水庫安全運行智慧管理服務平臺，實現全區雨水情測報和大壩安全監測數據匯集，實現信息共享，全面提升水庫信息化管理能力和水平。

2.3 建設內容

項目分為雨水情測報、大壩安全監測兩大部分。雨水情測報要素主要包括降水量、庫水位、視頻圖像、預警等；大壩安全監測要素主要包括滲流量、滲流壓力、表面變形等，監測設施的建設包括相應監測要素的設備設施布設、配置、及其供電、通訊系統和監測平臺軟件等輔助項目的建設。監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）降水量監測。至少設置1 個降水量監測點。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測點。降水量監測采用自動測報方式，儀器分辨力應根據當地降水特點進行選擇，滿足面雨量計算精度要求，分辨力宜不大于0.5 mm。

（2）庫水位監測。設置1個自動監測點、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，庫水位監測范圍應覆蓋死水位至壩頂的水位變化范圍。自動監測可采用浮子式、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）視頻監視。對大壩、溢洪道等現場情況進行現地監視，具有有線互聯網或移動互聯網等通信條件的小型水庫實現遠程監視，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報警，1 個用于喊話對講），自動語音報警應具有現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。

2.3.2 大壩安全監測

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

（2）滲流壓力監測。小（1）型水庫大壩設置1～2 個監測橫斷面，一般設置在最大壩高和滲流隱患壩段，對壩長超過500 m 的根據需要增加監測斷面；小（2）型水庫壩高15 m 以上的設置1 個監測橫斷面，壩高15 m以下影響較大的根據需要設置監測斷面。每個監測橫斷面設置2～3個監測點，土石壩中均質壩、心墻壩、斜墻壩監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個監測點。滲流壓力監測宜采用在測壓管中安裝滲壓計。

（3）表面變形監測。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，宜設置表面變形監測設施。其他小型水庫，根據工程實際落實大壩變形監測設施的設置。在壩頂下游側設置一個變形監測縱斷面，對土石壩必要時可增設一個監測縱斷面。表面變形監測一般采用安裝觀測墩人工觀測的方式，以縣級為單位統一配置全站儀、水準儀等觀測儀器，各水庫統籌使用。對于一些重要的小（1）型水庫，有條件的可采用GNSS方式進行自動監測。在附近山體設置1 個GNSS 基準站點，壩上設置3～4 個位移監測站點，通過通訊網絡實時將監測數據發送到控制中心，實時差分解算出各監測點三維坐標，實現表面變形的自動監測。監測的誤差要求：水平方向≤±2.5 mm+0.5 ppm，高程方向≤±5 mm+0.5 ppm。

2.3.3 數據采集與傳輸

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

（2）數據傳輸。一是數據通信依次優先采用有線互聯網（寬帶）、移動互聯網（4G）、NB-IoT、北斗衛星通訊等公共通信資源；二是雨水情測報和安全監測應根據水庫的現有條件，采用同一套通訊設備、選擇同一種通訊方式進行數據傳輸。

2.3.4 供電系統

供電方式根據現場條件選擇，優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 監測平臺

自治區監測平臺建設由水利廳統一規劃、分級落實，實現數據采集管理、分析應用和信息共享功能。平臺統一部署，自治區、市、縣三級應用。監測平臺數據庫用于存儲管理降水量、庫水位、滲流量、滲流壓力、視頻圖像等監測數據，數據庫表結構與標識符采用國家標準。各縣建設縣級監測平臺，具備數據接收和基本查詢功能。接收數據采集終端一站雙發上傳的數據，經處理后上傳自治監測平臺。降低因單條數據傳輸鏈路出現數據中斷造成管理缺失的風險。縣級平臺所使用的服務器、網絡設備等，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

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