小型水库雨水情测报安全监测设施研究

摘要：水库安全事关防洪、供水、粮食与人民群众生命财产安全。随着小型水库工程问题的不断突出，为提升水库信息化、自动化管理能力，岳阳市5年内须建成覆盖所有小型水库的雨水情测报系统。文章首先阐述了岳阳市小型水库现状，其次对雨水情测报和大坝安全监测设施建设运行方案进行分析，最后对该项目建设的未来发展方向进行了展望。

关键词：小型水库；雨水情测报；大坝安全监测

1概述

1.1岳阳市自然地理条件

岳阳市位于湖南省东北部，环抱洞庭，濒临长江，北部是大平原。介于东经112°10′3″至114°09′06″，北纬28°25′33″与29°48′27″之间，辖3个区，4个县，代管2个县级市，设有4个行政管理区，面积15019平方公里，耕地面积450万亩，总人口559.51万。全市两面环山，自东南向西北倾斜，东南为山丘区，西北为洞庭湖平原，中部为过渡性环湖浅丘地带。水系发达，湖泊星罗棋布，河流网织，有大小湖泊165个，280多条大小河流直接流入洞庭湖和长江。岳阳市属湿润的大陆性季风气候，其主要特征：温暖湿润，四季分明，季节性强；热量丰富，严寒期短、无霜期长，春温多变，盛夏酷热；雨水充沛，雨季明显，降水集中。年平均降水量为1289.8～1556.2mm，春夏雨量占全年的70%～73%，降雨年际分布不均，最多达2336.5mm，少的年份只有750.9mm。年平均气温在16.5～17.2℃之间，极端最高气温为39.3～40.8℃，极端最低气温为-11.4～-18.1℃。年日照时数为1590.2～1722.3h，呈北部比南部多、西部比东部多的格局。年无霜期256～285天。

1.2岳阳市小型水库现状

全市有各类水库1573座，面广量大，其中小型水库占全市水库总数的98.47%。以注册登记水库为例，岳阳市已在水利部门注册登记的小型水库1549座，其中小（1）型水库160座，小（2）型水库1389座，1998年大洪水以来，经过几轮大规模的病险水库除险加固，取得了明显成效，切实保障了水库安全，有效发挥了水库的综合效益。当前，岳阳市小型水库普遍存在建设年代早、建设标准低、服役时间长、病险隐患突出、后期运行管护差，信息化、自动化水平较低，设计防洪能力、调蓄库容有限等问题，安全风险较高，是历年防汛保安的薄弱环节，亟需建设先进、成熟、可靠的监测系统，迅速掌握有关信息，为防汛抗灾决策提供准确及时的水文数据。主要表现为以下方面：（1）水库主体方面。①大坝：护坡厚度、断面不足，面宽不满足管理与通行要求，块石风化严重，架空、崩塌危及大坝安全，坝体、坝基渗漏，散浸严重，内坡受风浪冲刷破坏严重，大坝外坡无排水设施。②溢洪道：岸坡崩塌、底板冲刷损毁严重，裂缝、渗漏严重，表面缺少必要的衬砌，无消能防冲设施，尾水渠淤积严重。③输水建筑物：低涵被沙淤塞，放水涵进口段结构形式老化，渗漏严重，启闭设备陈旧锈蚀严重，经常运行失灵。④其它：管理设施欠缺，无管理房屋与上坝防汛公路。要素采集自动化程度低，数据传输接收不统一，水库监测管理有待加强。（2）运行管理方面。①管理体制和运行机制有待完善。大部分水库主要由当地的水务工作站管护，人员力量薄弱。②管理能力建设有待增强。对水库一线管护人员的管理、培训还不到位，大部分水库管护人员年龄偏大，业务水平较低，不熟悉水库基本常识。③防洪调度策略有待优化。岳阳市大多数水库的防洪调度方式为补偿调度，在实践中存在可操作性、灵活性偏低等弊端。④要素采集自动化程度低。大多以人工监测方式为主，不具备数据自动采集传输的功能，并且部分设施设备已经失效损毁，不能有效进行科学的监测。⑤数据传输接收不统一。已有的小型水库雨水情监测设备类型较多，来自不同生产厂家，各厂家多是使用自有通信协议和不同的通信规约，没有实现统一的数据传输接收，为数据的采集、共享造成了极大障碍。

2岳阳市雨水情测报和大坝安全监测设施建设情况

2.1建设思路

为适应加强水库除险加固和运行管理工作要求，岳阳市2021年度对实施雨水情测报项目的108座小型水库与大坝安全监测项目的76座小型水库新建或升级改造监测设施，同时配合移动APP实时监督巡查责任人的工作情况，在水库大坝形成“上下游一体，监测预警联动”的自动化安全运行管理体系。雨水情测报项目主要建设内容包括降雨量、库水位及视频监控三个子项的设施设备的安装建设，大坝安全监测项目主要建设内容包括渗流量监测、渗流压力监测和变形监测三个子项目的设施设备的安装建设，使监测数据实时入库至省监测平台，实现小型水库的在线监管。雨水情测报和大坝安全监测设施建设专业技术性强，项目分布散、单项投资小、运行维护难度大，我市在统一技术标准的基础上，决定采用全委托建设的模式开展该项目，并积极探索规模化、专业化、社会化运营机制，充分利用先进信息技术，提升水库运行管护能力和水平。

2.2典型建设方案

根据雨水情测报和安全监测项目配置及技术要求，结合岳阳市小型水库集雨面积、坝型、坝高等特点提出典型方案分类如下：（1）雨水情测报项目典型方案分类。坝址以上集雨面积小于20km2的水库采用“1个一体化站点+若干单视频站”的方式进行建设；坝址以上集雨面积大于20km2的水库采用“1个一体化站点+若干单视频站+1个单雨量站”的方式进行建设。本次将对一体化站点、单视频站、单雨量站进行典型设计。水库监测站点设施包括雨量计、水位计、视频监视设备、渗压计、堰流计、表面变形监测点、数据采集仪、遥测终端、水准点、水尺以及供电、防雷等设施，详见图1。遥测终端机（物联网终端）作为雨水情及大坝安全监测站的总控制、总传输端；在遥测终端机的控制下，传感器按照设定的要求自动采集水文要素、大坝安全监测要素及视频图像，通过遥测终端机将采集的数据自动传送到省、县级监测平台，并本地存储，省、县级监测平台负责处理和应用，详见图2。通信方式：根据站点现场信号强度采用4G作为主要通信方式，负责水雨情及大坝安全监测数据的传输；测站图像、视频传输采用4G或光纤通信。工作体制：采用混合式的工作体制（定时自报和查询-应答兼容模式工作）。供电方式：主要采用太阳能浮充供电，部分条件便利的站点接入交流电补电。测站主要设备由遥测终端机（RTU或物联网关）、传感器（水位计、雨量计、渗压计、GNSS、摄像头等，按监测要素配置）、通讯设备、供电系统等组成。（2）安全监测项目典型方案分类。安全监测共分为8个典型，各监测子项目设置情况详见表1，本次针对各典型方案进行设计。

3项目建设前景展望

根据“十四五”规划要求，5年内建成覆盖岳阳市所有小型水库的雨水情测报系统，完成小（1）型水库和拔高10m且库容20万m3以上的重点小（2）型水库大坝安全监测设施建设。健全水库安全运行监测系统，强化数据分析研判，及时预警信息。建立完善统一的水库管理信息填报、审核、更新机制，实现水库除险加固和运行管护等信息动态管理。积极推广应用第五代移动通信（5G）、大数据、人工智能等信息技术，促进系统融合、信息共享，为水库安全运行提供技术支撑，为各级管理部门、社会公众提供服务，实现库区管理工作的互联互通、信息共享、业务协同。充分利用物联网技术、智能传感器技术以及无线通信技术等先进技术手段，基于新建的省级水库大坝安全监测平台，建成以信息采集为基础、系统智能预警、大数据信息平台为支持的小型水库自动测报系统，实现对所有小型水库水位、雨量、视频图像、大坝安全监测信息的自动采集、存储、分析、上报，实现巡视检查情况的在线监管，为小型水库安全运行和水资源合理利用提供数据支撑，以满足水库大坝安全运行与管理、水旱灾害防御应急管理等技术需求，为岳阳市水安全战略实施提供基础保障，夯实“智慧水网”的构建。此项工作对提高小型水库的安全管理能力和日常管理水平、确保水库安全运行和效益发挥具有重要意义。

4启示与建议

（1）适时开展项目运行后续评估维护工作，及时查漏补缺。在项目竣工验收开始运行后，应及时跟踪监督检查，制定应急预案，2021年是实施该项目的第一年，要坚持以问题为导向，及时调整水库运行管理机制，为接下来项目推进开好局起好步，积累宝贵经验。（2）加大培训力度，提高项目工程技术人员业务水平。目前，项目参与人员普遍存在专业水平较弱、知识结构不完善、职称水平偏低等不足，适时开展教育培训，严格考核把关，有利于提高从业人员的理论水平、专业素养及项目高质量推进。（3）加强业务工作探讨与经验交流。该项目由湖南省水利厅主导，各市州水文中心都有具体建设任务，在项目实施过程中工作方法各具特色。适时开展交流探讨，可将先进的经验做法推广开来，博采众长、相互借鉴，提升项目综合效益。

5结语

水库是促进社会经济高质量发展的重要基础设施，其安全运行与效益发挥关系着人民对美好生活的向往。雨水情测报和大坝安全监测设施建设运行推进了岳阳市小型水库运行管护科学化、规范化、信息化、智慧化程度整体提升，在探索、实践过程中解决了水利工程存在的部分问题。

作者：陶也 单位：湖南省岳阳水文水资源勘测中心