小型水庫雨水情測報安全監(jiān)測設(shè)施研究

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摘要：水庫安全事關(guān)防洪、供水、糧食與人民群眾生命財產(chǎn)安全。隨著小型水庫工程問題的不斷突出，為提升水庫信息化、自動化管理能力，岳陽市5年內(nèi)須建成覆蓋所有小型水庫的雨水情測報系統(tǒng)。文章首先闡述了岳陽市小型水庫現(xiàn)狀，其次對雨水情測報和大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)運行方案進(jìn)行分析，最后對該項目建設(shè)的未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：小型水庫；雨水情測報；大壩安全監(jiān)測

1概述

1.1岳陽市自然地理條件

岳陽市位于湖南省東北部，環(huán)抱洞庭，瀕臨長江，北部是大平原。介于東經(jīng)112°10′3″至114°09′06″，北緯28°25′33″與29°48′27″之間，轄3個區(qū)，4個縣，代管2個縣級市，設(shè)有4個行政管理區(qū)，面積15019平方公里，耕地面積450萬畝，總?cè)丝?59.51萬。全市兩面環(huán)山，自東南向西北傾斜，東南為山丘區(qū)，西北為洞庭湖平原，中部為過渡性環(huán)湖淺丘地帶。水系發(fā)達(dá)，湖泊星羅棋布，河流網(wǎng)織，有大小湖泊165個，280多條大小河流直接流入洞庭湖和長江。岳陽市屬濕潤的大陸性季風(fēng)氣候，其主要特征：溫暖濕潤，四季分明，季節(jié)性強；熱量豐富，嚴(yán)寒期短、無霜期長，春溫多變，盛夏酷熱；雨水充沛，雨季明顯，降水集中。年平均降水量為1289.8～1556.2mm，春夏雨量占全年的70%～73%，降雨年際分布不均，最多達(dá)2336.5mm，少的年份只有750.9mm。年平均氣溫在16.5～17.2℃之間，極端最高氣溫為39.3～40.8℃，極端最低氣溫為-11.4～-18.1℃。年日照時數(shù)為1590.2～1722.3h，呈北部比南部多、西部比東部多的格局。年無霜期256～285天。

1.2岳陽市小型水庫現(xiàn)狀

全市有各類水庫1573座，面廣量大，其中小型水庫占全市水庫總數(shù)的98.47%。以注冊登記水庫為例，岳陽市已在水利部門注冊登記的小型水庫1549座，其中小（1）型水庫160座，小（2）型水庫1389座，1998年大洪水以來，經(jīng)過幾輪大規(guī)模的病險水庫除險加固，取得了明顯成效，切實保障了水庫安全，有效發(fā)揮了水庫的綜合效益。當(dāng)前，岳陽市小型水庫普遍存在建設(shè)年代早、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、服役時間長、病險隱患突出、后期運行管護(hù)差，信息化、自動化水平較低，設(shè)計防洪能力、調(diào)蓄庫容有限等問題，安全風(fēng)險較高，是歷年防汛保安的薄弱環(huán)節(jié)，亟需建設(shè)先進(jìn)、成熟、可靠的監(jiān)測系統(tǒng)，迅速掌握有關(guān)信息，為防汛抗災(zāi)決策提供準(zhǔn)確及時的水文數(shù)據(jù)。主要表現(xiàn)為以下方面：（1）水庫主體方面。①大壩：護(hù)坡厚度、斷面不足，面寬不滿足管理與通行要求，塊石風(fēng)化嚴(yán)重，架空、崩塌危及大壩安全，壩體、壩基滲漏，散浸嚴(yán)重，內(nèi)坡受風(fēng)浪沖刷破壞嚴(yán)重，大壩外坡無排水設(shè)施。②溢洪道：岸坡崩塌、底板沖刷損毀嚴(yán)重，裂縫、滲漏嚴(yán)重，表面缺少必要的襯砌，無消能防沖設(shè)施，尾水渠淤積嚴(yán)重。③輸水建筑物：低涵被沙淤塞，放水涵進(jìn)口段結(jié)構(gòu)形式老化，滲漏嚴(yán)重，啟閉設(shè)備陳舊銹蝕嚴(yán)重，經(jīng)常運行失靈。④其它：管理設(shè)施欠缺，無管理房屋與上壩防汛公路。要素采集自動化程度低，數(shù)據(jù)傳輸接收不統(tǒng)一，水庫監(jiān)測管理有待加強。（2）運行管理方面。①管理體制和運行機制有待完善。大部分水庫主要由當(dāng)?shù)氐乃畡?wù)工作站管護(hù)，人員力量薄弱。②管理能力建設(shè)有待增強。對水庫一線管護(hù)人員的管理、培訓(xùn)還不到位，大部分水庫管護(hù)人員年齡偏大，業(yè)務(wù)水平較低，不熟悉水庫基本常識。③防洪調(diào)度策略有待優(yōu)化。岳陽市大多數(shù)水庫的防洪調(diào)度方式為補償調(diào)度，在實踐中存在可操作性、靈活性偏低等弊端。④要素采集自動化程度低。大多以人工監(jiān)測方式為主，不具備數(shù)據(jù)自動采集傳輸?shù)墓δ埽⑶也糠衷O(shè)施設(shè)備已經(jīng)失效損毀，不能有效進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)測。⑤數(shù)據(jù)傳輸接收不統(tǒng)一。已有的小型水庫雨水情監(jiān)測設(shè)備類型較多，來自不同生產(chǎn)廠家，各廠家多是使用自有通信協(xié)議和不同的通信規(guī)約，沒有實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸接收，為數(shù)據(jù)的采集、共享造成了極大障礙。

2岳陽市雨水情測報和大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)情況

2.1建設(shè)思路

為適應(yīng)加強水庫除險加固和運行管理工作要求，岳陽市2021年度對實施雨水情測報項目的108座小型水庫與大壩安全監(jiān)測項目的76座小型水庫新建或升級改造監(jiān)測設(shè)施，同時配合移動APP實時監(jiān)督巡查責(zé)任人的工作情況，在水庫大壩形成“上下游一體，監(jiān)測預(yù)警聯(lián)動”的自動化安全運行管理體系。雨水情測報項目主要建設(shè)內(nèi)容包括降雨量、庫水位及視頻監(jiān)控三個子項的設(shè)施設(shè)備的安裝建設(shè)，大壩安全監(jiān)測項目主要建設(shè)內(nèi)容包括滲流量監(jiān)測、滲流壓力監(jiān)測和變形監(jiān)測三個子項目的設(shè)施設(shè)備的安裝建設(shè)，使監(jiān)測數(shù)據(jù)實時入庫至省監(jiān)測平臺，實現(xiàn)小型水庫的在線監(jiān)管。雨水情測報和大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)專業(yè)技術(shù)性強，項目分布散、單項投資小、運行維護(hù)難度大，我市在統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，決定采用全委托建設(shè)的模式開展該項目，并積極探索規(guī)模化、專業(yè)化、社會化運營機制，充分利用先進(jìn)信息技術(shù)，提升水庫運行管護(hù)能力和水平。

2.2典型建設(shè)方案

根據(jù)雨水情測報和安全監(jiān)測項目配置及技術(shù)要求，結(jié)合岳陽市小型水庫集雨面積、壩型、壩高等特點提出典型方案分類如下：（1）雨水情測報項目典型方案分類。壩址以上集雨面積小于20km2的水庫采用“1個一體化站點+若干單視頻站”的方式進(jìn)行建設(shè)；壩址以上集雨面積大于20km2的水庫采用“1個一體化站點+若干單視頻站+1個單雨量站”的方式進(jìn)行建設(shè)。本次將對一體化站點、單視頻站、單雨量站進(jìn)行典型設(shè)計。水庫監(jiān)測站點設(shè)施包括雨量計、水位計、視頻監(jiān)視設(shè)備、滲壓計、堰流計、表面變形監(jiān)測點、數(shù)據(jù)采集儀、遙測終端、水準(zhǔn)點、水尺以及供電、防雷等設(shè)施，詳見圖1。遙測終端機（物聯(lián)網(wǎng)終端）作為雨水情及大壩安全監(jiān)測站的總控制、總傳輸端；在遙測終端機的控制下，傳感器按照設(shè)定的要求自動采集水文要素、大壩安全監(jiān)測要素及視頻圖像，通過遙測終端機將采集的數(shù)據(jù)自動傳送到省、縣級監(jiān)測平臺，并本地存儲，省、縣級監(jiān)測平臺負(fù)責(zé)處理和應(yīng)用，詳見圖2。通信方式：根據(jù)站點現(xiàn)場信號強度采用4G作為主要通信方式，負(fù)責(zé)水雨情及大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸；測站圖像、視頻傳輸采用4G或光纖通信。工作體制：采用混合式的工作體制（定時自報和查詢-應(yīng)答兼容模式工作）。供電方式：主要采用太陽能浮充供電，部分條件便利的站點接入交流電補電。測站主要設(shè)備由遙測終端機（RTU或物聯(lián)網(wǎng)關(guān)）、傳感器（水位計、雨量計、滲壓計、GNSS、攝像頭等，按監(jiān)測要素配置）、通訊設(shè)備、供電系統(tǒng)等組成。（2）安全監(jiān)測項目典型方案分類。安全監(jiān)測共分為8個典型，各監(jiān)測子項目設(shè)置情況詳見表1，本次針對各典型方案進(jìn)行設(shè)計。

3項目建設(shè)前景展望

根據(jù)“十四五”規(guī)劃要求，5年內(nèi)建成覆蓋岳陽市所有小型水庫的雨水情測報系統(tǒng)，完成小（1）型水庫和拔高10m且?guī)烊?0萬m3以上的重點小（2）型水庫大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)。健全水庫安全運行監(jiān)測系統(tǒng)，強化數(shù)據(jù)分析研判，及時發(fā)布預(yù)警信息。建立完善統(tǒng)一的水庫管理信息填報、審核、更新機制，實現(xiàn)水庫除險加固和運行管護(hù)等信息動態(tài)管理。積極推廣應(yīng)用第五代移動通信（5G）、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，促進(jìn)系統(tǒng)融合、信息共享，為水庫安全運行提供技術(shù)支撐，為各級管理部門、社會公眾提供服務(wù)，實現(xiàn)庫區(qū)管理工作的互聯(lián)互通、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同。充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能傳感器技術(shù)以及無線通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段，基于新建的省級水庫大壩安全監(jiān)測平臺，建成以信息采集為基礎(chǔ)、系統(tǒng)智能預(yù)警、大數(shù)據(jù)信息平臺為支持的小型水庫自動測報系統(tǒng)，實現(xiàn)對所有小型水庫水位、雨量、視頻圖像、大壩安全監(jiān)測信息的自動采集、存儲、分析、上報，實現(xiàn)巡視檢查情況的在線監(jiān)管，為小型水庫安全運行和水資源合理利用提供數(shù)據(jù)支撐，以滿足水庫大壩安全運行與管理、水旱災(zāi)害防御應(yīng)急管理等技術(shù)需求，為岳陽市水安全戰(zhàn)略實施提供基礎(chǔ)保障，夯實“智慧水網(wǎng)”的構(gòu)建。此項工作對提高小型水庫的安全管理能力和日常管理水平、確保水庫安全運行和效益發(fā)揮具有重要意義。

4啟示與建議

（1）適時開展項目運行后續(xù)評估維護(hù)工作，及時查漏補缺。在項目竣工驗收開始運行后，應(yīng)及時跟蹤監(jiān)督檢查，制定應(yīng)急預(yù)案，2021年是實施該項目的第一年，要堅持以問題為導(dǎo)向，及時調(diào)整水庫運行管理機制，為接下來項目推進(jìn)開好局起好步，積累寶貴經(jīng)驗。（2）加大培訓(xùn)力度，提高項目工程技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平。目前，項目參與人員普遍存在專業(yè)水平較弱、知識結(jié)構(gòu)不完善、職稱水平偏低等不足，適時開展教育培訓(xùn)，嚴(yán)格考核把關(guān)，有利于提高從業(yè)人員的理論水平、專業(yè)素養(yǎng)及項目高質(zhì)量推進(jìn)。（3）加強業(yè)務(wù)工作探討與經(jīng)驗交流。該項目由湖南省水利廳主導(dǎo)，各市州水文中心都有具體建設(shè)任務(wù)，在項目實施過程中工作方法各具特色。適時開展交流探討，可將先進(jìn)的經(jīng)驗做法推廣開來，博采眾長、相互借鑒，提升項目綜合效益。

5結(jié)語

水庫是促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全運行與效益發(fā)揮關(guān)系著人民對美好生活的向往。雨水情測報和大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)運行推進(jìn)了岳陽市小型水庫運行管護(hù)科學(xué)化、規(guī)范化、信息化、智慧化程度整體提升，在探索、實踐過程中解決了水利工程存在的部分問題。

作者：陶也 單位：湖南省岳陽水文水資源勘測中心