小型水庫雨水情測報安全監測設施研究

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摘要：水庫安全事關防洪、供水、糧食與人民群眾生命財產安全。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年內須建成覆蓋所有小型水庫的雨水情測報系統。文章首先闡述了岳陽市小型水庫現狀，其次對雨水情測報和大壩安全監測設施建設運行方案進行分析，最后對該項目建設的未來發展方向進行了展望。

關鍵詞：小型水庫；雨水情測報；大壩安全監測

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，環抱洞庭，瀕臨長江，北部是大平原。介于東經112°10′3″至114°09′06″，北緯28°25′33″與29°48′27″之間，轄3個區，4個縣，代管2個縣級市，設有4個行政管理區，面積15019平方公里，耕地面積450萬畝，總人口559.51萬。全市兩面環山，自東南向西北傾斜，東南為山丘區，西北為洞庭湖平原，中部為過渡性環湖淺丘地帶。水系發達，湖泊星羅棋布，河流網織，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氣候，其主要特征：溫暖濕潤，四季分明，季節性強；熱量豐富，嚴寒期短、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，經過幾輪大規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，有效發揮了水庫的綜合效益。當前，岳陽市小型水庫普遍存在建設年代早、建設標準低、服役時間長、病險隱患突出、后期運行管護差，信息化、自動化水平較低，設計防洪能力、調蓄庫容有限等問題，安全風險較高，是歷年防汛保安的薄弱環節，亟需建設先進、成熟、可靠的監測系統，迅速掌握有關信息，為防汛抗災決策提供準確及時的水文數據。主要表現為以下方面：（1）水庫主體方面。①大壩：護坡厚度、斷面不足，面寬不滿足管理與通行要求，塊石風化嚴重，架空、崩塌危及大壩安全，壩體、壩基滲漏，散浸嚴重，內坡受風浪沖刷破壞嚴重，大壩外坡無排水設施。②溢洪道：岸坡崩塌、底板沖刷損毀嚴重，裂縫、滲漏嚴重，表面缺少必要的襯砌，無消能防沖設施，尾水渠淤積嚴重。③輸水建筑物：低涵被沙淤塞，放水涵進口段結構形式老化，滲漏嚴重，啟閉設備陳舊銹蝕嚴重，經常運行失靈。④其它：管理設施欠缺，無管理房屋與上壩防汛公路。要素采集自動化程度低，數據傳輸接收不統一，水庫監測管理有待加強。（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地的水務工作站管護，人員力量薄弱。②管理能力建設有待增強。對水庫一線管護人員的管理、培訓還不到位，大部分水庫管護人員年齡偏大，業務水平較低，不熟悉水庫基本常識。③防洪調度策略有待優化。岳陽市大多數水庫的防洪調度方式為補償調度，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。大多以人工監測方式為主，不具備數據自動采集傳輸的功能，并且部分設施設備已經失效損毀，不能有效進行科學的監測。⑤數據傳輸接收不統一。已有的小型水庫雨水情監測設備類型較多，來自不同生產廠家，各廠家多是使用自有通信協議和不同的通信規約，沒有實現統一的數據傳輸接收，為數據的采集、共享造成了極大障礙。

2岳陽市雨水情測報和大壩安全監測設施建設情況

2.1建設思路

為適應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測項目的76座小型水庫新建或升級改造監測設施，同時配合移動APP實時監督巡查責任人的工作情況，在水庫大壩形成“上下游一體，監測預警聯動”的自動化安全運行管理體系。雨水情測報項目主要建設內容包括降雨量、庫水位及視頻監控三個子項的設施設備的安裝建設，大壩安全監測項目主要建設內容包括滲流量監測、滲流壓力監測和變形監測三個子項目的設施設備的安裝建設，使監測數據實時入庫至省監測平臺，實現小型水庫的在線監管。雨水情測報和大壩安全監測設施建設專業技術性強，項目分布散、單項投資小、運行維護難度大，我市在統一技術標準的基礎上，決定采用全委托建設的模式開展該項目，并積極探索規模化、專業化、社會化運營機制，充分利用先進信息技術，提升水庫運行管護能力和水平。

2.2典型建設方案

根據雨水情測報和安全監測項目配置及技術要求，結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”的方式進行建設；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”的方式進行建設。本次將對一體化站點、單視頻站、單雨量站進行典型設計。水庫監測站點設施包括雨量計、水位計、視頻監視設備、滲壓計、堰流計、表面變形監測點、數據采集儀、遙測終端、水準點、水尺以及供電、防雷等設施，詳見圖1。遙測終端機（物聯網終端）作為雨水情及大壩安全監測站的總控制、總傳輸端；在遙測終端機的控制下，傳感器按照設定的要求自動采集水文要素、大壩安全監測要素及視頻圖像，通過遙測終端機將采集的數據自動傳送到省、縣級監測平臺，并本地存儲，省、縣級監測平臺負責處理和應用，詳見圖2。通信方式：根據站點現場信號強度采用4G作為主要通信方式，負責水雨情及大壩安全監測數據的傳輸；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。測站主要設備由遙測終端機（RTU或物聯網關）、傳感器（水位計、雨量計、滲壓計、GNSS、攝像頭等，按監測要素配置）、通訊設備、供電系統等組成。（2）安全監測項目典型方案分類。安全監測共分為8個典型，各監測子項目設置情況詳見表1，本次針對各典型方案進行設計。

3項目建設前景展望

根據“十四五”規劃要求，5年內建成覆蓋岳陽市所有小型水庫的雨水情測報系統，完成小（1）型水庫和拔高10m且庫容20萬m3以上的重點小（2）型水庫大壩安全監測設施建設。健全水庫安全運行監測系統，強化數據分析研判，及時發布預警信息。建立完善統一的水庫管理信息填報、審核、更新機制，實現水庫除險加固和運行管護等信息動態管理。積極推廣應用第五代移動通信（5G）、大數據、人工智能等信息技術，促進系統融合、信息共享，為水庫安全運行提供技術支撐，為各級管理部門、社會公眾提供服務，實現庫區管理工作的互聯互通、信息共享、業務協同。充分利用物聯網技術、智能傳感器技術以及無線通信技術等先進技術手段，基于新建的省級水庫大壩安全監測平臺，建成以信息采集為基礎、系統智能預警、大數據信息平臺為支持的小型水庫自動測報系統，實現對所有小型水庫水位、雨量、視頻圖像、大壩安全監測信息的自動采集、存儲、分析、上報，實現巡視檢查情況的在線監管，為小型水庫安全運行和水資源合理利用提供數據支撐，以滿足水庫大壩安全運行與管理、水旱災害防御應急管理等技術需求，為岳陽市水安全戰略實施提供基礎保障，夯實“智慧水網”的構建。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揮具有重要意義。

4啟示與建議

（1）適時開展項目運行后續評估維護工作，及時查漏補缺。在項目竣工驗收開始運行后，應及時跟蹤監督檢查，制定應急預案，2021年是實施該項目的第一年，要堅持以問題為導向，及時調整水庫運行管理機制，為接下來項目推進開好局起好步，積累寶貴經驗。（2）加大培訓力度，提高項目工程技術人員業務水平。目前，項目參與人員普遍存在專業水平較弱、知識結構不完善、職稱水平偏低等不足，適時開展教育培訓，嚴格考核把關，有利于提高從業人員的理論水平、專業素養及項目高質量推進。（3）加強業務工作探討與經驗交流。該項目由湖南省水利廳主導，各市州水文中心都有具體建設任務，在項目實施過程中工作方法各具特色。適時開展交流探討，可將先進的經驗做法推廣開來，博采眾長、相互借鑒，提升項目綜合效益。

5結語

水庫是促進社會經濟高質量發展的重要基礎設施，其安全運行與效益發揮關系著人民對美好生活的向往。雨水情測報和大壩安全監測設施建設運行推進了岳陽市小型水庫運行管護科學化、規范化、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