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中小型水库雨水情测报和大坝安全自动化监测系统方案

发布时间:2021-10-28

中小型水库雨水情测报和大坝安全自动化监测系统方案

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一、监测背景

水库安全度汛一直是我国防汛抗洪的难点和重点,中小型水库的安全度汛已成为当前全国防汛工作的一个薄弱环节,大部分水库缺少必要的安全监测等设施,检查手段落后,隐患很大。一旦发生局部暴雨洪水,极易引发溃坝事件,轻则造成财产损失,重则造成重大人员伤亡或毁灭性灾害。

目前,中国的大坝数量己居世界首位,但溃坝率亦居世界前列。截止2018年底,全国已建成各类水库98822座,然而大多数中小型水库建于六、七十年代,属“三边工程”,一方面大部分水库防洪标准低、工程质量差、淤积严重、有效库容萎缩,处于带病运行状态。另一方面不少水库已达到或超过设计服役年限、老化严重,水库工程潜在的安全隐患突出。

二、方案概述

武汉中地恒达科技有限公司凭借自身技术优势和实力,自主研发了专业型水库监测设备和水库安全预警系统。将传感器、物联网、云计算等技术相结合,综合分析各水库实际情况,开发了适用于水库大坝安全监测的各类监测站和监测系统。系统可对超过安全状态的测点进行现场声光报警及远程预警,实现水库安全管理的科学化、信息化、自动化和可视化。为防灾减灾决策提供科学依据,为防治工作质量、效率和管理水平的提高奠定基础。

三、方案设计依据

《小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设与运行技术指南》

《水文自动测报系统技术规范》(SL 61)

《大坝安全监测系统验收规范》(GB/T 22385)

《水利视频监控系统技术规范》(SL 515)

《降水量观测规范》(SL 21)

《水位观测标准》(GB/T 50138)

《大坝安全监测仪器检验测试规程》(SL 530)

《大坝安全监测仪器安装标准》(SL 531)

《水利视频监控系统技术规范》(SL 515)

《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》(GB/T 28181)《水利数据交换规约》(SL/T 783)

《水文监测数据通信规约》(SL 651)

《水利信息数据库表结构及标识符编制规范》(SL 478)

《实时雨水情数据库表结构与标识符标准》(SL 323)

《水利工程建设与管理数据库表结构与标识符标准》(SL 700)

《水利对象分类与编码总则》(SL/T 213)

四、监测内容

1.雨水情测报

1.1降水量监测

1.1.1小型水库应开展降水量监测,至少设置1个降水量监测点或采用临近可获得的雨量站信息。对流域面积超过20km²的可增加监测点,增加的监测点设置位置应具有流域代表性。

1.1.2降水量监测点应设置在平坦、空旷处,一般设置在坝上,避免地形、树木和建筑物的遮蔽影响或风力干扰。

1.1.3降水量监测宜采用遥测雨量计、自计雨量计等仪器设备。

1.1.4雨量计分辨力≤0.5mm,仪器分辨力选择应结合当地降水特点和面雨量计算精度要求。

1.1.5雨量计安装与降水量观测参照《降水量观测规范》(SL 21)。

1.2库水位监测

1.2.1小型水库应开展库水位监测,设置1个自动监测点和1个(套)人工观测水尺,满足自动测报、人工观测和校验要求。

1.2.2库水位监测方式应根据场地条件确定,监测范围应涵盖死水位到坝顶的水位变化区,一般要求如下:

1)自动监测可采用浮子式、雷达式、压力式等水位计,具备水位井设置条件的首选浮子式水位计;

2)水尺可采用直立式、矮桩式或斜坡式,对有直立面安装条件的应设置直立式水尺。

1.2.3库水位监测点应设置在水面平稳处,一般设置在上游坝面、稳固岸坡或其他永久建筑物上,避免泄流、风浪或淤积等干扰,便于安装、观测和维护。

1.2.4水位计分辨力≤1cm。

1.2.5库水位监测应符合《水位观测标准》(GB/T 50138)。

2.大坝安全监测

2.1 小型水库应开展大坝渗流量和渗流压力监测,根据需要开展大坝表面变形、岸坡稳定、接缝裂缝等变形监测。

2.2 存在渗漏明流的大坝应设置渗流量监测点,监测点设置一般要求如下:

1)小(1)型水库设置1个监测点,有分区监测需求的根据需要增加监测点;

2)小(2)型水库坝高15m以上的设置1个监测点,坝高15m以下影响较大的根据需要设置监测点。

2.3 渗流量一般采用量水堰计监测,量水堰型式根据渗流量大小和汇集排水条件确定。

2.4 渗流压力监测横断面根据工程规模、坝型坝高、下游影响等情况设置,一般要求如下:

1)小(1)型水库大坝应设置1~2个监测横断面,一般设置在最大坝高和渗流隐患坝段,对坝长超过500m的根据需要增加监测断面;

2)小(2)型水库坝高15m以上的应设置1个监测横断面,坝高15m以下影响较大的根据需要设置监测断面。

2.5 渗流压力监测点设置一般要求如下:

1)每个监测横断面一般设置2~3个监测点;

2)土石坝中均质坝、心墙坝、斜墙坝监测点一般设置在坝顶下游侧或心(斜)墙下游侧、坝脚或排水体前缘,必要时在下游坝坡增设1个监测点;

3)混凝土坝及砌石坝根据廊道、帷幕和渗流情况设置扬压力监测点;

4)面板堆石坝如需设置应根据情况确定;

5)下游水位或近坝地下水位监测点根据需要设置。

2.6 存在明显绕坝渗漏的,根据需要设置绕坝渗流量或渗流压力监测点。

2.7 渗流压力宜采用在测压管中安装渗压计的方式进行监测。

2.8 对坝高超过30米或下游影响较大的土石坝,或坝高超过50米或下游影响大的混凝土坝、砌石坝,应设置表面变形监测设施。其他小型水库,根据规范要求,结合本地实际,积极推进落实大坝变形监测设施设置。

土石坝以表面垂直位移监测为主,混凝土坝、砌石坝以表面水平位移监测为主。宜在坝顶下游侧设置一个变形监测纵断面,对土石坝必要时可增设一个监测横断面。

2.9 监测仪器安装前应进行检验测试,并符合《大坝安全监测仪器检验测试规程》(SL 530);安装埋设应符合《大坝安全监测仪器安装标准》(SL 531),做好测点标识、安装位置、仪器参数、初始读数等记录,及时填写考证表。

3.工程视频监视

3.1设置要求

具有有线互联网或移动互联网等通信条件的小型水库,应设置视频监视设备,采用网络摄像机进行视频图像采集传输,对大坝、溢洪道等现场情况进行现地监视和远程监视。其他情况根据需要设置。

远程监视应具备视频实时查看和图片定时推送功能。视频图像宜通过现地设备或监测平台融合降水量、库水位、渗流量、渗流压力等信息。

视频监视点设置数量一般要求如下:

1)小(1)型水库设置2~3个视频监视点;

2)小(2)型水库设置1~2个视频监视点;

3)坝长500m以上的根据需要增加视频监视点。

视频监视点设置位置宜在大坝、溢洪道等部位,重点监视大坝全貌,兼顾水尺、坝前水面、溢洪道进出口、坝体渗漏部位等。

3.2设备选型及配置

视频监视设备根据供电方式和监视需求可选择球机或枪机,摄像机应具备夜视功能且视距不小于50m。

视频监视设备应具备自动连续循环存储功能,视频图像存储时间不少于15天。

根据需要,视频监视设备可与语音广播实现联动报警。

视频监视设备应符合《水利视频监控系统技术规范》(SL 515)、《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》(GB/T 28181)。

五、监测平台

监测平台建设由省级水行政主管部门统一规划、分级落实,实现数据采集管理、汇集应用和信息共享。省级水行政主管部门应组织建立省级监测平台,用于监测信息汇集和应用;结合实际情况,可建立市县级监测平台,用于监测信息采集和管理。

水库雨水情测报、大坝安全监测和工程视频监视信息可由市县级平台传输至省级监测平台,也可直接传输至省级监测平台。

省级监测平台需要汇集的监测信息内容,由省级水行政主管部门确定,并能够与水利相关业务系统实现信息共享。

市县级监测平台一般具有如下功能:

1)数据采集与存储——采集水库监测数据,存储至监测信息数据库;

2)数据处理与管理——监测物理量换算处理,数据增加、删除、修改管理;

3)数据推送——将采集存储的数据按协议和频次要求推送至省级监测平台和相关业务平台。

省级监测平台一般具有如下功能:

1)平台管理——进行用户认证、权限管理,实现相关水行政主管部门、水库管理业务单位等用户分级分类管理;

2)数据汇集与存储——汇集市县级监测平台信息或水库监测数据,存储至监测信息数据库;

3)数据查询与管理——监测信息查询,数据增加、删除、修改管理,建立监测台账;

4)数据统计与分析——特征值统计、图形绘制、报表制作、数据异常提醒;

5)数据共享——按相关业务平台要求提供信息共享服务。

监测平台数据库用于存储管理降水量、库水位、渗流量、渗流压力、视频图像等监测数据,以及水库大坝基础信息、监测设施考证信息、巡视检查信息等。

数据库开发应符合《水利信息数据库表结构及标识符编制规范》(SL 478)、《实时雨水情数据库表结构与标识符标准》(SL 323)、《水利工程建设与管理数据库表结构与标识符标准》(SL 700)、《水利对象分类与编码总则》(SL/T 213)等,并满足相关业务平台间数据交换、共享要求。

监测平台软硬件条件包括应用软件、第三方服务及硬件设备等。

监测平台应采用安全可靠、技术成熟的数据库管理系统进行数据存储管理,采取安全认证、信道加密、加密存储、数据备份等安全措施,加强预警通报和防护处置,保障网络安全和信息安全。

六、设备选型

监测项目

设备名称

设备型号

设备主机

备注

渗流量

渗流量监测站

Guard-SL

量水堰计

根据渗流量大小和汇集排水条件,选测1个点

浸润线

水位/渗压监测站

Guard-SW01

投入式水位计/渗压计

设置1~2个监测断面,每个监测断面2~3个点

降水量

降雨量监测站

Guard-JYL

雨量计

至少设置1个降水量监测点

库水位

水位监测站

Guard-SW02

雷达式水位计

至少设置1个库水位监测点

视频图像

视频监测站

Guard-YSP

摄像头

小(1)型水库设置 2~3 个视频监视点

小(2)型水库设置 1~2 个视频监视点

表面变形

GNSS监测站

Guard-GNSS

GNSS接收机

坝高15m以上根据现场情况选测

沉降

沉降监测系统

ZDHD-CSZ

静力水准仪

坝高15m以上根据现场情况选测

裂缝

裂缝监测一体机

ZDHD-ZWLF

裂缝监测一体机

根据现场情况选测

深层水平位移

深层水平位移监测站

Guard-SWY

导轮式固定测

斜仪

根据现场情况选测

监测平台

GMS监测管理平台V1.0

ZDHD-GMS1.0

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软件平台使用权及系统集成调试

 

七、设备参数

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