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【摘要】根據水利部“水利工程補短板、水利行業強監管”的要求，緊密結合成都市水庫現狀，聚焦水利發展需求，加快科技創新步伐，充分應用大數據、云平臺和人工智等技術，以雙流區永安水庫為試點工程，介紹了小型水庫信息化管理平臺的構建思路、系統設計、建設內容、技術路線及建設模式，為實現成都市水庫群管理的智能化提供支撐。后期根據應用情況進行推廣，最終建立基于云平臺的成都市水庫安全監測群智慧管理網絡。
【關鍵詞】小型水庫;信息化;管理平臺;安全監測;智慧管理
1建設背景
我國現有水庫大壩9.8萬余座，大部分是小型水庫，有9.3萬余座。小型水庫在灌溉、供水、改善生態環境等方面發揮了巨大作用，效益顯著，是水利基礎設施的重要組成部分。但是小型水庫多建于20世紀50～70年代，工程標準低、質量較差，運行維修養護經費投入不足，管理待完善。據統計，我國小型水庫平均病險比例高達53.3%。國家對小型水庫安全十分重視，先后《小型水庫土石壩主要安全隱患處置技術導則》(水建管〔2014〕5號)和《小型水庫安全運行專項督查工作實施細則》(試行)(辦安監〔2018〕126號)。2018年12月10日至11日，水利部在北京召開了加強小型水庫運行管理座談會暨2018年水利工程運行管理督查工作總結會議。與會代表討論了《水利部關于加強小型水庫大壩安全運行管理三年行動方案》和《小型水庫病險問題審核工作方案》。2019年水利部進一步強化了小型水庫專項督查，督查比例增加至小型水庫總數的10%、即總數達到1萬座左右。專項督查以問題為導向、以整改為目標、以問責為抓手、以督查整改促進各地對小型水庫安全的重視程度，進一步提高風險意識，切實保障小型水庫安全運行。目前，成都市小型水庫工程數量多、規模小，普遍存在安全監測設施大多不完善、資金及管理力量弱的問題，導致大壩安全系統不能完全發揮作用甚至失效、監測空白等局面，給成都市中小型水庫的安全管理留下隱患，因此，亟需開展中小型水庫安全監測綜合管理分析評價平臺建設模式及技術探索。按照水利部“水利工程補短板、水利行業強監管”的要求和“水利科技進步對水利發展的實際貢獻率已經達到了53.5%”，為此，緊密結合成都市水庫現狀，聚焦水利發展需求，加快科技創新步伐，充分應用大數據、云平臺和人工智等技術，實現成都市水庫群管理的智能化。根據“總體規劃，分期實施”的原則，本項目以雙流區永安水庫為試點工程，后期根據應用情況進行推廣，最終建立基于云平臺的成都市水庫安全監測群智慧管理網絡。
2永安水庫概況
永安水庫位于雙流區永安鎮，水庫于1978年投入運行。該水庫是一座以灌溉經濟作物為主，兼有防洪等綜合利用效益的小(1)型水利工程，由大壩、溢洪道、放水設施等組成，水庫大壩為均質土壩，壩高16.45m，壩長207.14m，壩頂寬4m，壩頂高程477.07m(2010年整治后)，總庫容281.31萬m3。工程等級:樞紐工程為Ⅳ等工程，主要建筑物級別為4級。永安水庫距離永安鎮不到1km，下游工業及人口分布密集，安全監測設施落后、空白，水庫規模雖小，但是安全問題后果比較嚴重，屬于典型的需要重點關注安全問題的小型水庫。
3系統建設內容及技術線路
3.1總體任務
根據試點項目的特點，結合國內科技發展和水利管理要求，系統建設總體任務包括方案設計、系統實施和系統運維及分析評價。(1)方案設計:含監測項目(變形、滲流、環境量等監測項目)設置、測點優化布置、系統電源、通信設計、系統網絡構建和遠程平臺設計。(2)系統實施:系統儀器設備及附屬設施(電源、通訊、防雷接地)等組件的開發、研制、采購、率定、檢驗、配套土建施工、現場安裝、調試。(3)系統運維及大壩安全分析評價:系統建成后三年系統維護、資料整編、分析評價、預警、輔助決策等應用服務。
3.2監測項目及測點布置
3.2.1變形監測
在水庫上下游壩肩、下游馬道高程處布設3個監測斷面9個監測點(觀測墩+棱鏡)用以感應壩體位移，同時在右岸水庫管理所院內布置測量機器人1套，用測量機器人實現壩體表面水平及沉降位移的自動監測。
3.2.2滲流監測
分浸潤線觀測、繞壩滲流觀測、滲漏量觀測三個項目。(1)壩體浸潤線監測布設3個斷面9個滲流監測點(部位與變形監測點對應布置)，采用鉆孔測壓管的方式，在測壓管內安裝滲壓計接入微功耗測控裝置實現自動化監測。(2)繞壩滲流監測左右岸邊坡及壩體交界處沿流線方向各設立3個繞壩測點，采用鉆孔測壓管的方式，在測壓管內安裝滲壓計接入微功耗測控裝置實現自動化監測。(3)滲漏量觀測左壩角排水溝附近有明水滲漏，為監測滲漏變化，配置量水堰設施及量水堰儀接入微功耗測控裝置實現自動化監測。
3.2.3環境量監測
主要采集水位、氣溫、雨量等要素。(1)水位及雨量:為避免重復建設，水位雨量信息取自現場水庫動態監管系統。(2)氣溫:設置氣溫計及百葉箱1套實現氣溫自動化監測。
3.3體系網絡結構及技術支撐
系統采用基于現場總線和后方基于公網的云平臺的混合網絡結構，由現場測站、遠程中心、運維中心、終端用戶等部分組成。
3.3.1現場數據采集網絡
在水庫現場設置3處測站，就近接入滲流、環境量、位移監測傳感器及設備。
3.3.2云平臺及遠程監控中心
遠程監控中心托管設置在南京南水基地，由相關硬件、軟件、管理團隊組成，管理團隊分數據監視團隊(南水所)及水工安全資料分析團隊(南水所、河海大學)，負責數據采集、監視、整編、分析評價及預警等服務。
3.3.3近距離運維中心
運維中心負責現場水庫群智能網絡的硬軟件維護，運維中心由南水所成都辦事處負責，主要負責日常例行維護及異常緊急維護。
3.3.4終端用戶
采用移動APP技術，實現移動數據采集和移動信息展示。終端用戶為水務局各級管理人員，根據權限，通過各種方式接收相關推送報告及信息。
4建設成果
(1)研制了小型水庫典型安全管理信息感知系統，適應水庫現代化管理需要和水利行業發展要求。針對規范要求，對永安水庫進行了安全監測整體方案設計(含變形、滲流、環境量等項目及方案)，配置了全新的安全監測設施，采用國內比較成熟、前沿的監測技術，搭建了先進的自動化安全監測系統，改變了永安水庫安全監測空白的局面，實現了永安水庫水工安全監測信息采集與處理自動化、安全綜合信息管理數字化、安全分析與評價專業化、異常信息應急預警實時化。(2)搭建了基于云平臺的現場運維中心和遠程數據分析，綜合采用固定和移動數據采集及信息展示技術，初步完成了成都市區域水庫安全監測管理中心平臺(軟件、硬件)的搭建，其中中心軟件含采集軟件、管理、及分析評價軟件、信息預警等軟件，預留了相關接口，為后續其它水庫安全監測信息統一采集及監管創造了一定條件。(3)提出了小型水庫群管理模型，實現了示范工程的遠程產學研融合管理。通過搭建數據管理平臺、各分系統無縫整合和在線實時間數據分析，實現了監測系統和數據分析以及系統運行維護的一體化管理，創新了小型水庫安全管理模式，形成了一整套的線路及功能模板(包括技術線路、運行維護、資料整編及預警等)和方法體系。
5項目價值和意義
5.1提出了小型水庫安全監測標準化成套技術
小型水庫數量眾多，有著基本相同的條件(資金、技術)限制，本項目著手于探索實用、經濟、先進、容易推廣的小型水庫一體化監測技術及監測手段。如本項目的低功耗系統模塊、測量機器人等應用。
5.2搭建了小型水庫安全監測區域化管理平臺
本項目系統中心平臺建設，成都市水庫安全監測區域管理平臺，為成都市乃至省內、行業小型水庫安全監測區域化管理、統一監管模式進行了一定的探索。
5.3提出了小型水庫安全監測系統建設新模式
對系統前期建設及后期運行模式進行了一定的探索，著重于解決行業內重建設、輕管理、投資不能發揮效益的現象，傾向于和綜合實力較強的科研院所合作，采取設計、建設、運維評價統一打包的建設模式，加大對運維期系統整體運行狀態及運行效果考核，主要將承建方的回本及利潤周期控制在項目后期，最大程度保證系統建設及運行質量。
5.4為小型水庫安全監測管理做好了示范，具有良好的應用推廣價值
目前，該系統建成后，已良性運行一年多，各項技術指標和監測數據為大壩安全保駕護航，形成了良好示范;現已開始逐步將成都市范圍內的其他小型水庫納入監管，為全市小型水庫安全智能化管理奠定了良好基礎。
作者:曾逸 單位:成都市雙流區水務局
