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水情测报系统及大坝监测的技术应用与发展

水利工程安全运行中,水情测报系统及大坝监测是核心支撑,其效能直接关系下游人民生命财产安全。极端气候事件频发背景下,传统监

水利工程安全运行中,水情测报系统及大坝监测是核心支撑,其效能直接关系下游人民生命财产安全。极端气候事件频发背景下,传统监测模式已难以满足实时性、精准性需求,技术升级成为行业关键方向,相关建设需遵循 “统筹协调、因库制宜” 原则,严格参照《水文自动测报系统技术规范》(SL61)等标准执行。

一、水情测报系统技术架构

系统采用 “端 - 边 - 云” 分层架构,各层级协同实现数据高效处理与共享。“端” 层测站部署的多功能采集单元,承担前端传感设备的数据实时采集、本地缓存及初步预处理任务,通过边缘设备驱动模块完成协议解析与数据结构标准化,保障初始数据质量。“边” 层区域级数据节点负责数据快速聚合、实时处理及局部业务响应,流处理模块通过滑窗统计与异常检测完成预警分析,分级上报机制可显著缓解网络带宽压力。“云” 层以省级监测平台为核心,汇集全流域监测信息并与水文、防汛系统实时共享,同时预留人工填报渠道,支持省、市、县及水库管理单位多级用户统一使用,实现监测数据的全域统筹。

二、大坝安全监测核心要素

(一)基础监测要素

降水量监测需至少设置 1 个监测点,流域面积超过 20km² 的水库可根据汇水范围适当增加点位,设备选用翻斗式等高精度雨量计,分辨率需≤0.5mm,数据采集与发信间隔均≤5 分钟。库水位监测需配套 1 个自动监测点、2 组人工水尺及 1 组水准点,自动监测设备优先选用浮子式等成熟类型,分辨率≤1cm 且采集间隔≤5 分钟,水准点需严格采用 1985 国家高程系统校准。

(二)安全关键监测

渗流量监测需结合水库实际风险等级配置点位,通常至少设置 1 个监测点,其中坝高 15 米以上或下游影响范围较大的水库需重点布设;监测采用水位仪结合量水堰的组合方式,分辨率≤1mm,自动采集间隔≤1 小时,若设备临时失灵,每周人工观测次数需不少于 1 次。渗流压力监测针对土石坝重点开展,需选取 1-2 个横断面布设监测点,坝高 15 米以上的水库需加密断面数量,每断面设置 3 个监测点;设备选用渗压计,分辨率≤1cm,采集间隔≤1 小时,安装前必须经《大坝安全监测仪器检验测试规程》(SL530)检验合格。

(三)辅助监测

视频图像监视需实现大坝坝体、溢洪道等关键区域全覆盖,具备适宜通信条件的水库优先采用网络摄像机,根据水库规模配置监视点数量 —— 规模较大的水库不少于 2 个,规模较小的水库至少 1 个;设备需满足 1080P 画质要求,汛期数据采集间隔≤1 小时,非汛期≤3 小时,且具备夜视功能,有效视距≥50m。表面变形监测重点覆盖坝高 15 米以上或规模较大的水库,土石坝以垂直位移监测为主,重力坝侧重水平位移监测;人工监测采用全站仪,每季度观测不少于 1 次,具备条件的水库可部署 GNSS 自动监测系统,每日观测次数不少于 1 次。

三、配套保障与工程实践

供电系统采用太阳能板浮充蓄电池的组合方案,需满足连续 30 天阴雨天气下雨水情监测设备正常工作、连续 7 天阴雨天气下视频设备正常工作的要求,若采用市电供电,需符合 220V±20% 的电压波动范围。防雷措施需同步完善,监测立杆需加装避雷针,接地阻值≤10Ω,RTU、MCU 等核心设备需配套安装避雷器,避免雷击损坏。

某小型水库实践中,坝体关键部位按需布设各类监测传感器,库区及上游合理设置水情监测点;汛期水位上涨期间,监测数据通过 “端 - 边 - 云” 架构实时传输至省级平台,技术人员通过数据分析精准掌握大坝运行状态。该系统数据处理延迟控制在合理范围,突变事件识别准确率较高,为水库安全调度提供了可靠技术支撑。

四、技术优化方向

后续需进一步拓展分布式数据采集技术的设备适配范围,提升不同类型传感设备的接入便捷性;强化实时数据处理的事件时间驱动管理,通过算法优化解决数据乱序问题,保障分析结果准确性。同时,深化异构数据源的语义本体模型应用,优化并行 ETL 框架提升数据转换效率;推动物联网技术与传统监测设备的深度融合,降低部署与运维成本,持续完善监测技术标准化体系,构建更可靠的水利工程安全保障网络。