小型水库雨水情测报设施、水库安全监测设施——水库信息化系统
应用背景
水库对防汛减灾、供水保障和农业灌溉等至关重要。而我国现有水库大多数修建于上世纪50至70年代，虽然近年来我国开展了大规模的病险水库除险加固，但随着岁月推移，仍有许多水库陆续进入病险行列。
党中央、国务院对水库安全工作高度重视。党的十九届五中全会提出要加快病险水库除险加固，国务院常务会议明确“十四五”期间水库除险加固和运行管护要消除存量隐患，实现常态化管理。
“十四五”病险水库除险加固和运行管护任务中，要求：2025年前，完成新出现病险水库的除险加固，配套完善重点小型水库水雨情和安全监测设施，实现水库安全鉴定和除险加固常态化。
整体解决方案
水库信息化系统解决方案由大坝安全监测、水雨情自动测报、闸门远程控制、水质在线监测4类测站构成。
该系统可帮助水利局和水库管理部门全面掌握大坝的变形、渗流、环境量等情况，实时监测水库水雨情，远程控制闸门开关、视频监控现场实况，实现水库防汛和大坝安全监测和预警，为水库安全鉴定、水库除险加固方案制定和防汛指挥调度提供数据依据，同时满足水库管理现代化的需要。
方案一：
LoRa转4G/5G/北斗组网。监控分站信息通过LoRa网络发送至监控主站，再由主站通过4G/5G/北斗网络上报至各级监控中心平台。
方案二：
4G/5G/北斗组网+软件对接。所有测站设备统一上报至水库管理部门监管平台，再通过WebService/OPC/数据库对接省级水利厅监管平台。
方案三：
4G/5G/北斗组网。各测站设备直接上报至各级监控中心平台。
系统功能
▊ 远程监测水库安全关键数据，实现信息化
• 大 坝：变形（水平位移、垂直位移、挠度、接缝位移、界面位移）
渗流（渗流压力、渗流量）
环境量（上下游水位、降水量、气温、水温）
压力（应力）
• 水雨情： 库区降雨量、水库水位
• 闸 门： 闸位、闸前后水位、瞬时和累计流量、每个启闭机的运行状态、机组电流和电压等
• 水 质： 色度、水温、电导率、浊度、PH值、溶解氧、氨氮等
▊ 视频监控现场实况
• 闸门运行状态、水库水雨情实况、大坝周边环境等。
▊ 智能控制闸门，三种控制方式可切换
• 远程手控：通过监管软件远程控制闸门的升、降，提高时效性；
• 逻辑自控：根据水库水位，自动升、降闸门，实现自动化运行；
• 本地手控：通过闸门控制终端的按键操控，方便闸门现场调试。
▊ 异常自动报警，及时发现安全隐患
• 监测数据越限、监测设备故障、供电异常、通信中断时，自动报警。
• 报警限值可通过软件设置。
▊ 自动定时巡测，特殊情况下主动选测
• 非汛期且水库大坝运行稳定时，系统自动定时测量，采集、上报周期可任意设置。
• 汛期或大坝出现安全隐患等特殊情况下，可通过中心软件对重点监测部位实施任意频次测量。
▊ 智能运算处理，综合统计分析，按管理要求生成各种图表
• 自动存储历史数据，统计日、月、年报表。
• 统计分析渗压、水位、雨量等物理量的历年最大值和最小值、变幅、周期、年平均值及年变化趋势等。
• 综合分析，生成物理量过程曲线、分布图和相关图等，方便直观分析与判断。
▊ 具备人工测量接口，可进行补测、比测
• 大坝变形观测频次少，也可采用人工监测，将观测数据输入监管软件；
• 重要的监测量（如渗压、雨量等）除了自动外，还需要人工比测，以检验自动化测量的正确性和准确性。
各测站设备
说明：
1. 上图以中小型土石坝为例，依据SL551-2012《土石坝安全监测技术规范》而设计。
2. 大坝主要分为土石坝和混凝土坝。
土石坝全监测必设项目：变形监测，渗流监测，压力/应力监测（中小型土石坝非必测），环境量监测。
混凝土坝安全监测必设项目：环境量监测，变形监测，渗流监测，应力、应变及温度监测。
3. 太阳能或市电两种供电方式可选。
系统软件
★ 成熟对接全部省水文监管平台
• 采用标准水文规约的省平台
• 在水文监测数据通信规约（SL651-2014）基础上做了扩展的四川、山西、湖南、河北省平台
★ 通过水利部权威检测
• 水文监测数据通信规约（SL651-2014）
• 四川省水文测报系统技术规约（SCSW008-2011）
• 特殊区域水文、水资源数据安全采集系统RTU追加测试
• 水文自动测报系统设备 遥测终端机（SLT180-2015）/（SLT180-1996）
★ 4G/5G、北斗双通道通讯，数据传输更可靠
• 4G/5G信号正常时，监测终端自动选用4G/5G网络与中心通信。
• 极端恶劣天气导致4G/5G信号差或网络中断时，监测终端启用北斗通信。
★ 多种上报协议可选
• 支持标准水文、水资源、MQTT、环保等对上通信规约/协议，其它通讯协议可定制。
部分典型案例
典型案例说明
云南
1、项目规模：1000+测站
2、建设内容：水位监测站、雨量监测站、图像监控站
3、数据上报平台：云南省平台
4、通讯协议：水文规约SL651-2014
5、项目特点：4G、北斗卫星双通道通信，保证信号稳定传输
内蒙古
1、项目规模：1000+测站
2、建设内容：水位监测站、雨量监测站
3、数据上报平台：内蒙古省平台
4、通讯协议：水文规约SL651-2014
5、项目特点：监测设备低功耗设计，工作电流≤10mA，大大降低太阳能供电成本
河北
1、项目规模：500+测站
2、建设内容：水位监测站、雨量监测站、图像监控站
3、数据上报平台：市水利局平台
4、通讯协议：水文规约SL651-2014
5、项目特点：VPN专线网络内传输监测数据，安全性较高