蔣筱玉

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

0 引言

貴州省位于中國西南部云貴高原東麓，因其獨特的喀斯特地貌和復(fù)雜多變的氣候條件，使得該省的水資源分布具有顯著的時空不均特性。近年來，隨著國家對水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷投入和貴州省內(nèi)小型水庫建設(shè)的快速發(fā)展，這些水庫在防洪、灌溉、供水等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，與之相伴的是水庫運行安全問題的日益凸顯，特別是在極端天氣頻發(fā)和全球氣候變化的背景下，小型水庫的安全問題尤為突出。

雨水情測報是水庫安全管理的重要組成部分，能夠?qū)崟r掌握水庫流域內(nèi)的降雨、徑流等信息，為水庫調(diào)度提供決策支持。大壩安全監(jiān)測設(shè)施則是預(yù)防和減少大壩失事風(fēng)險、保障水庫安全運行的關(guān)鍵手段。因此，加強小型水庫雨水情測報與大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)，對于提升貴州省水庫運行管理水平、保障人民群眾生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

本文旨在通過對貴州省小型水庫雨水情測報與大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)的現(xiàn)狀進行梳理，分析其存在的問題，并在此基礎(chǔ)上探討相應(yīng)的優(yōu)化措施和發(fā)展方向。期望通過此次研究，能夠為貴州省乃至類似地區(qū)的小型水庫雨水情測報與大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)提供有益的參考和借鑒。

1 建設(shè)現(xiàn)狀分析與存在問題

1.1 建設(shè)情況

據(jù)2020年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，貴州省已有水庫2 648座，其中小型水庫2 470 座，占全省水庫總數(shù)的93%。其中大部分小型水庫在早期就建設(shè)完成，均存在設(shè)施缺失或年久失修等現(xiàn)象。2021 年度，全省共計實施了391 座小型水庫雨水情及207 座小型水庫安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)。

1.2 存在的問題

此次調(diào)查范圍主要針對貴州省內(nèi)1 917 座小型水庫，其中雨水情測報設(shè)施設(shè)置比例相對較高，但監(jiān)測設(shè)施運行管護較差，可用比例低。調(diào)查結(jié)果如下：1）設(shè)置雨量站比例均達到75%以上，但損毀嚴(yán)重，能正常使用的約占此次調(diào)查水庫總數(shù)的20%；設(shè)置了壩前水尺的水庫不到60%，能正常測讀的水尺不足25%。2）雨水情設(shè)施配置齊全的水庫暫無。3）配置視頻監(jiān)控設(shè)施的水庫約70%，其中僅有129 座工作正常，且只有5 座水庫的視頻監(jiān)控設(shè)施滿足需求，其余水庫監(jiān)控攝像頭數(shù)量不足。4）設(shè)置變形監(jiān)測的水庫共119 座，約占此次調(diào)查水庫總數(shù)的57%，其中僅有8 座水庫變形監(jiān)測設(shè)施能正常使用。設(shè)置滲流監(jiān)測設(shè)施的水庫共18 座，不到水庫總數(shù)的8.7%，其中僅2 座水庫的滲流監(jiān)測設(shè)施能正常使用。設(shè)置了變形、滲流監(jiān)測設(shè)施的水庫共11 座，都無法全部正常工作。5）設(shè)置大壩監(jiān)測設(shè)施的水庫均未實現(xiàn)自動采集。

2 加強小型水庫雨水情及安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)必要性分析

2.1 小型水庫現(xiàn)狀的客觀性需求

根據(jù)貴州省小型水庫雨水情、視頻及大壩安全監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)狀的調(diào)查，貴州省小型水庫建設(shè)年代較早，多建于20 世紀(jì)六七十年代，其中土石壩占比較大，部分水庫經(jīng)安全鑒定或初步預(yù)判為Ⅲ類壩，加上預(yù)報預(yù)警能力差、人力不足等問題，存在安全風(fēng)險。小型水庫管理資源投入普遍較少，隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程推進，部分水庫大壩下游各種生產(chǎn)要素、經(jīng)濟要素和人口聚集，地理位置重要性日益凸顯，水庫安全風(fēng)險越來越大；運行管理中普遍存在專業(yè)技術(shù)人員匱乏，對大壩安全監(jiān)測工作重視程度不夠的問題，安全監(jiān)測工作經(jīng)費及日常運行維護費用嚴(yán)重不足，部分水庫位置偏遠(yuǎn)，基本處于無人看管狀態(tài)；雨水情及視頻監(jiān)視設(shè)施、大壩安全監(jiān)測設(shè)施的設(shè)置率低，運行管護差；安全監(jiān)測工作開展占比低，且無信息匯集能力。因此，亟待建設(shè)必要的雨水情、視頻及大壩安全監(jiān)測設(shè)施。

2.2 新發(fā)展階段水利高質(zhì)量發(fā)展的要求

新發(fā)展階段水利工作要以全面提升水安全保障能力為總體目標(biāo)，全面提升水資源利用能力、水資源優(yōu)化配置能力、水旱災(zāi)害防御能力、河湖生態(tài)保護治理能力，以水利建設(shè)高質(zhì)量保障經(jīng)濟社會發(fā)展高質(zhì)量，為國民經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供有力的水安全保障。

大力推進智慧水利建設(shè)，是推動新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的具體要求。通過加快建設(shè)小型水庫雨水情測報、大壩安全監(jiān)測等設(shè)施，加快構(gòu)建具有預(yù)報、預(yù)警功能的智慧水利體系，建設(shè)貴州省小型水庫水雨情及安全監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)，為未來實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析和專家決策提供基礎(chǔ)支撐，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控。預(yù)報預(yù)警、決策調(diào)度等全方位的科學(xué)管理，達到防御自然災(zāi)害、合理配置水資源、提高水資源利用效率，避免工程事故、確保水庫工程的安全運行，提高工程運行的經(jīng)濟效益，促進地區(qū)經(jīng)濟社會持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

2.3 安全生產(chǎn)的客觀要求

為保證貴州省小型水庫安全運行，就必須實時了解各水工建筑物的運行情況，僅憑經(jīng)驗和人工的巡視，不論是巡檢的次數(shù)、覆蓋面，還是準(zhǔn)確性，都不能完全滿足工程運行的要求，因此，必須建立工程安全監(jiān)測系統(tǒng)，通過自動化監(jiān)測儀器和網(wǎng)絡(luò)通信及軟件技術(shù)的集成化作業(yè)實現(xiàn)信息自動化管理，以提高監(jiān)測的實時性和可靠性，和人工巡視檢查互為補充，通過通信信道將監(jiān)測數(shù)據(jù)和人工巡檢結(jié)果傳至工程監(jiān)測中心，進行綜合分析并定期提交工程安檢報告，為工程安全運行提供決策依據(jù)。

另外，從貴州省小型水庫工程本身安全運行、合理調(diào)度的角度出發(fā)，很有必要建設(shè)水雨情監(jiān)測系統(tǒng)。同時，根據(jù)發(fā)改委及水利部要求，水利水電工程均應(yīng)建設(shè)和完善水情預(yù)警系統(tǒng)，以備防洪。建立水情自動測報系統(tǒng)，提供實時、準(zhǔn)確的水雨情信息，是保障各小型水庫工程可靠運行及科學(xué)合理的水庫調(diào)度的重要措施。

3 建設(shè)對策

3.1 加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

按照GB/T 41368—2022《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[1]，大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括滲流壓力、滲流量、表面變形等。雨水情測報監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括水量、水位、視頻信息，所有監(jiān)測信息數(shù)據(jù)以自動采集和報送為主，采用一站多發(fā)方式，向監(jiān)測平臺發(fā)送。

按照SL 725—2016《水利水電工程安全監(jiān)測設(shè)計規(guī)范》[2]，小型水庫監(jiān)測站硬件設(shè)備包括現(xiàn)地監(jiān)測單元（MCU）、雨量傳感器、水位傳感器、滲流監(jiān)測傳感器、變形監(jiān)測傳感器、視頻攝像機、通信模塊及其天饋線、太陽能電池板、蓄電池組等。雨水情遙測終端RTU、大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置MCU、網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機NVR 或其他一體化采集設(shè)備，應(yīng)與監(jiān)測設(shè)備選型匹配兼容，具有網(wǎng)絡(luò)安全防護功能。數(shù)據(jù)通信優(yōu)先采用移動通信、北斗衛(wèi)星或NB-IoT 等。為了加強小型水庫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提出了各監(jiān)測項目設(shè)計思路。

3.1.1 雨水情測報

1）每個水庫至少設(shè)置1 個水量雨量監(jiān)測點或利用周圍可獲得的雨量站信息。對流域面積超過20 km2的水庫，應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測點，并且新增監(jiān)測點選擇具有流域代表性位置。

2）每個水庫設(shè)置1個自動監(jiān)測點和1套人工觀測水尺，以滿足人工觀測和校驗、自動測報的要求。

3）對于已經(jīng)建立的庫水位和雨量的監(jiān)測設(shè)施，經(jīng)鑒定仍能正常工作的，將其改造完善后并入貴州省水庫運行及安全監(jiān)測監(jiān)管信息化系統(tǒng)。

4）工程視頻采用設(shè)置網(wǎng)絡(luò)攝像機進行視頻圖像采集傳輸，對大壩、溢洪道及重要部位的現(xiàn)場情況進行現(xiàn)地監(jiān)視和遠(yuǎn)程監(jiān)視。對于壩高較低、位置偏遠(yuǎn)且下游無重要保護對象、效益較差的水庫不布置或少布置視頻監(jiān)控點；對無4G 信號且有線網(wǎng)絡(luò)難以實現(xiàn)的水庫也不布置視頻監(jiān)控點。?。?）型水庫設(shè)置2～3 個視頻監(jiān)視點；?。?）型水庫設(shè)置1～2個視頻監(jiān)視點；對于壩長大于等于500 m 的水庫，根據(jù)實際需要可增加視頻監(jiān)控點的數(shù)量。視頻監(jiān)控點的位置宜設(shè)在大壩、溢洪道等重要部位，主要監(jiān)控大壩全貌，同時壩前水面、水尺、壩體滲漏部位、溢洪道進出口等部位需要重點觀察。

3.1.2 大壩安全監(jiān)測

小型水庫應(yīng)開展大壩滲流量和滲流壓力監(jiān)測，根據(jù)需要開展大壩表面變形、岸坡穩(wěn)定、接縫裂縫等變形監(jiān)測。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查情況設(shè)置大壩表面變形監(jiān)測項目，并實現(xiàn)自動化。地理位置重要、社會影響范圍大、潰壩的后果嚴(yán)重、具有防洪功能、效益好的水庫，且具備條件的增設(shè)北斗GNSS自動監(jiān)測系統(tǒng)。對運行超過30 年以上、壩高20 m以下且發(fā)生潰壩后對下游影響不大的水庫，不設(shè)置大壩變形監(jiān)測項目。根據(jù)GB/T 41368—2022《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[1]要求：若有分區(qū)監(jiān)測需求，對于存在滲漏明流的?。?）型水庫，大壩應(yīng)設(shè)置1個滲流量監(jiān)測點，并可根據(jù)需要增加監(jiān)測點；對于存在滲漏明流的?。?）型水庫，若大壩存在壩高15 m 以上或影響較大的因素，應(yīng)設(shè)置1 個滲流量監(jiān)測點，其他情況根據(jù)需要優(yōu)化設(shè)置。滲流壓力監(jiān)測需依據(jù)工程規(guī)模、壩型壩高、下游影響等情況設(shè)置，其中?。?）型水庫大壩應(yīng)設(shè)置1～2 個橫斷面，主要設(shè)置在最大壩高或存在滲流隱患的部位，當(dāng)壩長超過500 m 時，可根據(jù)需要增加監(jiān)測斷面；針對壩高15 m 以上的?。?）型可設(shè)置1 個監(jiān)測橫斷面，壩高15 m 以下且影響較大的可根據(jù)需要自行考慮。

數(shù)據(jù)的傳輸方式選擇光纖或4G/5G 通信，大壩安全監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)盡量與水情測報系統(tǒng)共用RTU，以減少傳輸光纖鋪設(shè)和無線信號卡費用。水庫范圍內(nèi)的雨水情、視頻及大壩安全監(jiān)測感知設(shè)備統(tǒng)一由智慧站邊緣控制器管理數(shù)據(jù)并上傳至貴州省水利數(shù)據(jù)統(tǒng)一接收平臺，由該平臺共享項目的“水庫運行及安全監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)”平臺。貴州省統(tǒng)一建設(shè)1 個省級GNSS 解算試點，采用自動化采集和人工抽查復(fù)核，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時分析及處理，確保監(jiān)測成果及時、準(zhǔn)確、可靠。

3.2 加強信息化建設(shè)

3.2.1 實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測全記錄

為保證工程安全運行，應(yīng)及時掌握建設(shè)期和運行期大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，對各時期的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行收集，并實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動整理、存儲。水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)種類多，容量大，需要建設(shè)統(tǒng)一的監(jiān)管系統(tǒng)將大壩安全監(jiān)測信息進行管理，實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測管理的科學(xué)化。各類資料收集整理錄入后，系統(tǒng)可實現(xiàn)查詢、歸納及統(tǒng)計的功能，管理者可實時查詢各水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)及大壩監(jiān)測工作開展情況，實現(xiàn)對水庫大壩監(jiān)測工作的全記錄。按規(guī)范應(yīng)定期開展安全監(jiān)測的水庫，通過短信提醒水庫的責(zé)任人及主管單位。

3.2.2 全面提升水庫安全監(jiān)管水平

大壩注冊登記、安全鑒定、除險加固、“四預(yù)”管理等事項和資料繁雜多樣，各報告評價和審查意見等信息管理仍以傳統(tǒng)的紙介質(zhì)和電子文檔作為主要運作方式，不具備及時監(jiān)控、統(tǒng)計的能力，難以掌握貴州省水庫大壩安全監(jiān)測監(jiān)管的整體狀況，應(yīng)建設(shè)統(tǒng)一的監(jiān)測監(jiān)管平臺進行統(tǒng)籌管理，省、市州、縣、水庫四級協(xié)同，實現(xiàn)對水庫大壩注冊登記、除險加固、安全評價報告、審查意見、安全鑒定報告書、現(xiàn)場檢查報告、歷次大壩安全鑒定時間和鑒定結(jié)論、工程質(zhì)量評價、運行管理評價、防洪能力復(fù)核、結(jié)構(gòu)安全評價、金屬結(jié)構(gòu)安全評價、歷次安全鑒定備案及歸檔相關(guān)資料的收集匯總和協(xié)同管理，提高水庫大壩安全監(jiān)管水平和規(guī)范化程度，以達到全面掌握和監(jiān)管水庫大壩安全情況。

3.2.3 實現(xiàn)水庫風(fēng)險隱患預(yù)警

水庫安全智能分析預(yù)警專題場景可基于數(shù)字孿生平臺構(gòu)建，集成展示監(jiān)測設(shè)備設(shè)施、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、工程安全隱患及監(jiān)測預(yù)警提醒等信息；調(diào)用工程安全監(jiān)測分析相關(guān)模型，對工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)等進行綜合分析、挖掘，預(yù)測工程變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等重要監(jiān)測物理量所表征的工程安全性及其演化趨勢，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患；調(diào)用工程安全預(yù)警相關(guān)模型，結(jié)合工程安全實時監(jiān)測、預(yù)測數(shù)據(jù)，依據(jù)工程安全預(yù)警指標(biāo)體系和工程安全知識庫，對工程險情、安全隱患進行分級預(yù)警；綜合工程安全監(jiān)測分析預(yù)測信息、工程設(shè)計相關(guān)信息、工程安全評價信息、工程安全薄弱環(huán)節(jié)、工程安全知識庫等；根據(jù)工程安全風(fēng)險研判結(jié)果，依據(jù)工程安全應(yīng)急預(yù)案，制定工程應(yīng)急調(diào)度、人員防災(zāi)避險等應(yīng)對措施，可調(diào)用應(yīng)急預(yù)案本體模型和監(jiān)測實時感知信息，實現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案與實景情境的同步反饋、動態(tài)評估、滾動優(yōu)化，輔助開展工程安全會商決策。

3.2.4 實現(xiàn)水庫安全運行管理

為保證工程安全運行，需及時掌握各類運行數(shù)據(jù)。通過整合全省水庫基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，打造基于貴州省特色的水庫安全運行及安全監(jiān)測監(jiān)管信息化平臺，實現(xiàn)全省水利工程安全監(jiān)測、雨水情、圖像視頻數(shù)字化管理，及時掌握工程運行安全狀況，提升水庫管理水平。

4 結(jié)語

隨著我國水利工程建設(shè)的不斷推進，小型水庫雨水情測報與大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)日益受到重視，小型水庫雨水情測報、大壩安全監(jiān)測及信息化建設(shè)等為貴州省水庫安全管理提供了參考。通過全面加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，使大壩安全監(jiān)管水平得到提升；通過水庫風(fēng)險隱患預(yù)警及水庫安全運行管理等方面措施的實施，提高了水庫大壩的安全性能，確保水庫運行安全。今后，貴州省應(yīng)繼續(xù)加大對水庫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入，推動科技創(chuàng)新，提升監(jiān)測與管理水平，通過加強人員培訓(xùn)和應(yīng)急預(yù)案制定來提高水庫大壩安全管理的人才素質(zhì)和應(yīng)對突發(fā)事件的能力。最后，各級政府和水行政部門應(yīng)高度重視水庫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與信息化管理，加強對水庫大壩的監(jiān)管，確保水庫大壩安全運行，為經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活水平提高提供有力保障。