水库工程除险加固项目智能信息化配套设备方案,大坝安全监测预警
一、建设背景
水库作为开发利用水资源和防治水灾害的重要工程措施之一，对防汛减灾、供水保障、农业灌溉、生态保护、发电航运等起到至关重要的作用。我国现有水库9.8万多座，其中大中型水库4700多座、小型水库9.4万座，80%以上修建于上世纪50年代至70年代，建设标准低，运行时间长，功能老化严重，存在病险、超标洪水、管理缺失等三大风险。虽然近年来我国大规模集中开展了几轮病险水库的除险加固，取得了明显成效，但随着时间推移，仍有许多水库陆续进入病险行列。
我国是水资源大国，水库工程在防洪、灌溉、供水、发电等方面发挥着重要作用。然而，许多水库运行时间久，存在安全隐患，如大坝变形、渗漏等。同时，传统的水库管理方式难以满足现代水利管理的需求，信息化水平低导致数据获取不及时、不准确，决策缺乏科学依据。因此，对水库工程进行除险加固，并配套建设智能信息化设备，实现水库的安全监测、高效管理和科学调度，具有重要的现实意义。
二、现状问题
安全监测手段不足：部分水库缺乏必要的安全监测设施，或现有设备老化、精度不高，无法准确、实时地获取大坝变形、渗流等关键安全数据。
自动化程度低：水库的闸门启闭、水位调节等操作多依赖人工，难以实现远程控制和自动化运行，管理效率低下，在应急情况下响应速度慢。
信息孤岛现象严重：水库的数据分散在不同部门和系统中，缺乏统一的信息化平台，数据共享和协同工作困难，影响了水库的综合管理和决策。
预警能力薄弱：现有的预警系统多基于单一指标，缺乏对多源数据的综合分析和智能预警模型，难以及时、准确地发出风险预警。
巡查管理不规范：水库巡查工作多依赖人工现场查看，缺乏有效的监督和管理手段，容易出现巡查不到位、记录不规范等问题。
三、建设思路
完善安全监测体系：建设全方位、多层次的安全监测网络，涵盖水雨情、大坝变形、渗流渗压、水质等方面，采用先进的传感器技术和设备，提高监测数据的准确性、可靠性和实时性。
构建信息化管理平台：搭建统一的水库智能管理平台，整合各类监测数据、业务数据和视频监控数据，实现数据的集中存储、整理、分析和共享，打破信息孤岛，为水库的运行管理提供全面、准确的信息支持。
推进自动化控制建设：对水库的闸门、泵站等关键设备进行自动化改造，实现远程监控和自动控制，提高水库的运行效率和管理水平，降低人工操作的失误率和劳动强度。
强化预警预报功能：基于大数据分析和数学模型，建立多指标、多维度的预警预报系统，对水库的安全状况和水雨情趋势进行实时评估和预测，及时发出预警信息，为防汛抗旱和应急处置提供科学依据。
规范巡查管理流程：开发水库巡查APP等信息化工具，结合GIS地图和GPS定位技术，对巡查人员的工作进行实时跟踪和监督，规范巡查路线、内容和记录，提高巡查工作的质量和效率。
四、建设依据
（1）《水利部关于加强水库大坝安全监测工作的通知》（水建管〔2013〕250号）；
（2）《加强小型水库大坝安全运行管理三年行动方案》（2019年）；
（3）《国务院办公厅关于切实加强水库除险加固和运行管护工作的通知》（国办发〔2021〕8号文）；
（4）《财政部关于用好2021年新增地方政府一般债务限额支持保障小型水库安全运行的通知》（财农〔2021〕45号）；
（5）《水利部关于印发<小型病险水库除险加固项目管理办法>和<小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设与运行管理办法>的通知》（水运管〔2021〕313号）；
（6）《水利部运行管理司关于加快小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设的通知》（运管函〔2021〕12号）；
（7）《广东省小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设与运行技术指南（试行）》（广东省水利厅2022年3月）。
（8）《小型水库安全运行监督检查办法（试行）》（2019年）
（9）《小型水库防汛“三个责任人”履职手册（试行）和小型水库防汛“三个重点环节”工作指南（试行）》（2020年）
（10）《智慧水利总体方案》（2019年）
（11）《水利部关于开展智慧水利先行先试工作的通知》（水信息[2020]46号）
五、硬件感知体系
水雨情监测设备：包括雨量计、水位计、流量计、气象站等，用于实时监测水库的降雨量、水位、入库流量、气温、湿度、风向风速等气象水文数据，为水库的防洪调度和运行管理提供基础数据支持。
大坝安全监测设备：如GNSS接收机、全站仪、水准仪、测缝计、渗压计、流速仪等，用于监测大坝的水平位移、垂直位移、深部位移、裂缝开合度、渗流压力、渗流量等安全指标，及时掌握大坝的变形和渗流状况，评估大坝的安全稳定性。
视频监控设备：在水库大坝、溢洪道、泄洪渠、闸门等关键部位安装网络高清摄像机，实现对水库工程的实时视频监控，便于管理人员远程查看现场情况，及时发现和处理异常事件。
水质监测设备：采用水质自动分析仪、多参数水质传感器等设备，对水库的水质进行在线监测，监测指标包括pH值、溶解氧、氨氮、浊度、高锰酸盐指数等，及时掌握水库水质变化情况，为水库的水资源保护和水生态保护提供数据依据。
工程巡检设备：配备无人机、无人船等巡检设备，用于对水库大坝、库区等进行定期巡查和应急侦察，能够快速获取水库工程的宏观状况和细节信息，提高巡查效率和覆盖范围，特别是在复杂地形和恶劣天气条件下，具有独特的优势。
六、产品选型
遥测终端机：选择支持多种通信方式（如4G/5G、NB-IoT、北斗等）的遥测终端机，武汉水测家SCJ-RTU01遥测终端机具备丰富的接口资源，可接入各种传感器和监测设备，实现数据的采集、存储、处理和传输，并支持远程监控和管理。
感知传感器：根据监测需求，选择高精度、高可靠性的传感器，如武汉水测家科技的量水堰计、多普勒超声波流量计、渗压计、雷达流量计传感器等，确保监测数据的准确性和稳定性。
视频监控设备：选用海康威视等品牌的网络高清半球摄像机、网络高清球形摄像机等，具备高分辨率、低照度、宽动态范围等特点，能够适应不同的环境条件，提供清晰、稳定的视频图像。
无人机和无人船：选择具备自主飞行、自动避障、高清图传等功能的无人机和无人船，如大疆的无人机产品和一些专业的无人船监测平台，能够搭载多种监测设备和任务载荷，满足水库巡检、监测等不同应用场景的需求。
软件平台：搭建基于云计算、大数据、物联网等技术的水库智能管理平台，具备数据接收、存储、整理、分析、展示、预警等功能，实现水库的信息化、智能化管理。
七、场景应用
洪水预警与防洪调度：在汛期，通过水雨情监测设备实时获取水库的降雨量、水位、入库流量等数据，结合气象预报信息，利用洪水预报模型进行洪水演算和风险预测。当预测到可能发生洪水时，平台及时发出预警信息，并为防洪调度提供决策支持，如合理控制闸门开度、提前预泄腾库等，确保水库和下游地区的防洪安全。
大坝安全监测与评估：利用大坝安全监测设备对大坝的变形、渗流等安全指标进行实时监测，将监测数据传输至管理平台，通过数据分析和模型计算，评估大坝的安全状况。一旦发现异常情况，及时发出警报，并通知相关人员进行现场检查和处理，采取相应的加固和修复措施，保障大坝的安全稳定运行。
水资源管理与调配：通过监测水库的水位、水量、水质等信息，结合水库的供水需求和水资源利用计划，实现对水库水资源的科学管理和合理调配。在枯水期，可根据水量预测和供需平衡分析，优化水库的放水方案，保障城乡居民生活用水、工业生产用水和农业灌溉用水的需求。
工程巡检与维护：利用无人机、无人船等设备对水库工程进行定期巡检，快速发现大坝表面的裂缝、渗漏点、植被生长等异常情况，以及库区的漂浮物、违章建筑等问题。同时，结合视频监控系统和现场监测数据，对水库工程的运行状况进行全面评估，为工程的维护和修理提供依据，及时安排人员进行维护作业，确保工程的正常运行。
应急指挥与决策支持：在发生自然灾害或突发事件时，如地震、暴雨引发的洪水、大坝渗漏等，水库智能管理平台可作为应急指挥中心，实时展示事件现场的视频图像、监测数据和周边环境信息，为应急救援指挥人员提供全面、及时的信息支持。通过平台的预警预报功能和决策支持模型，快速制定应急抢险方案，调度人员和物资，提高应急处置的效率和效果。
