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小型水库水雨情与大坝安全监测设备配置及应用

小型水库安全运行依赖精准的监测体系,其中水雨情与大坝安全监测设备是核心支撑。这些设备需遵循 “因库制宜、实用有效” 原则

小型水库安全运行依赖精准的监测体系,其中水雨情与大坝安全监测设备是核心支撑。这些设备需遵循 “因库制宜、实用有效” 原则,结合水库规模(小(1)型、小(2)型)、坝型及通信条件配置,确保数据实时采集、可靠传输,为防汛调度与大坝安全管控提供依据。

一、水雨情监测设备

水雨情监测聚焦降水量、库水位与现场视频图像,设备配置需满足 “自动为主、人工为辅” 的要求,关键参数与布设需符合水利行业规范。

1.1 降水量监测设备

布设原则:小型水库至少设 1 个监测点;流域面积超 20km² 的水库,需增加具有流域代表性的监测点,点位需选平坦空旷处,避开树木、建筑物遮挡及风力干扰。

设备类型与参数:优先选用翻斗式雨量计(分辨率 0.2-0.5mm 可选,测量准确度≤±3%,雨强范围 0-4mm/min,工作温度 0-50℃),也可根据降水特点选声波式、称重式设备;设备需通过《降水量观测规范》(SL21)校验。

采集频率:数据采集与定时发信间隔不超过 5 分钟,确保降水过程实时捕捉。

1.2 库水位监测设备

布设原则:设 1 个自动监测点、2 组人工水尺与 1 组水准点;自动监测点选水面平稳处(如上游坝面、稳固岸坡),可与降水量监测点合并建站;人工水尺一组沿上游坝面、一组在溢洪道进水渠,且需在视频监视范围内;水准点选水库影响区外,用 1985 国家高程系统。

设备类型与参数:自动监测常用雷达水位计(测量范围 40m,精度 ±1cm,分辨率 1mm,工作温度 - 25-70℃,防护等级 IP68)或浮子式水位计(适合有水位井的场景);人工水尺选直立式、矮柱式或斜坡式,整体监测分辨率≤1cm,符合《水位观测标准》(GB/T50138)。

采集频率:自动采集与发信间隔≤5 分钟,人工水尺用于校验自动数据,确保准确性。

1.3 视频图像监视设备

布设原则:具备 4G 或有线互联网条件的水库需配置,小(1)型不少于 2 个监视点,小(2)型不少于 1 个,坝长超 500m 可增加点位;需覆盖大坝迎 / 背水坡、溢洪道控制段等关键区域。

设备类型与参数:视频监视用网络摄像机(支持实时查看,存储≥15 天),图像监视用可拍照摄像机,两者均需具备夜视功能(视距≥50m),输出画质 1080P(1920×1080 像素),可叠加水位、雨量等数据;汛期图像采集间隔≤1 小时,非汛期≤3 小时。

二、大坝安全监测设备

大坝安全监测针对渗流、变形两类核心风险,设备配置需区分坝型(土石坝、重力坝、拱坝)与水库规模,重点保障渗流量、渗流压力、表面变形的精准监测。

2.1 渗流量监测设备

布设原则:存在渗漏明流的大坝需设监测点,小(1)型水库至少 1 个,坝高 15m 以上或影响较大的小(2)型水库至少 1 个,有分区监测需求可增加点位。

设备类型与参数:采用 “水位仪 + 量水堰” 组合,水位仪可选振弦式、激光式(分辨率≤1mm),量水堰型式根据渗流量大小确定;设备安装前需通过《大坝安全监测仪器检验测试规程》(SL530)校验。

采集频率:自动采集与发信间隔≤1 小时;自动设备失灵时,人工观测每周不少于 1 次。

2.2 渗流压力监测设备

布设原则:土石坝中,小(1)型及坝高 15m 以上小(2)型设 1-2 个监测横断面(选最大坝高或渗流隐患坝段),每个断面设 3 个监测点(上游坝体、坝脚、排水体前缘);重力坝、拱坝按廊道、帷幕情况设扬压力监测点,存在绕坝渗漏需加设绕坝监测点。

设备类型与参数:用渗压计(振弦式、压阻式为主,分辨率≤1cm),安装需符合《大坝安全监测仪器安装标准》(SL531),做好点位标识与初始读数记录。

采集频率:自动采集与发信间隔≤1 小时,人工观测每周不少于 1 次,同步开展渗流计算辅助分析。

2.3 表面变形监测设备

布设原则:小(1)型、坝高 15m 以上或重点小(2)型水库需开展,土石坝以垂直位移监测为主,重力坝、拱坝以水平位移为主,均需在坝顶下游侧设 1 个监测纵断面,必要时加横断面;设基础稳固的工作基点与校核基点。

设备类型与参数:人工观测用全站仪、水准仪(每季度 1 次);有条件地区用 GNSS 或全自动全站仪(自动监测每天≥1 次),符合《土石坝安全监测技术规范》(SL551)与《混凝土坝安全监测技术规范》(SL601)。

三、辅助保障与数据传输

3.1 供电与防雷设备

供电:以 “太阳能板 + 蓄电池” 为主,蓄电池需保证雨水情设备 30 天、视频设备 7 天阴雨正常工作(电压推荐 12V,电流为设备最大工作电流 1.5 倍);市电作备份,输入电压 220V±20%,需做好安全防护。

防雷:立杆安装设备需在杆顶装避雷针(地阻值≤10Ω),遥测终端机(RTU)、监测数据采集装置(MCU)需配避雷器,避免雷击损坏设备。

3.2 数据传输配置

通信信道:优先用 4G、有线互联网或北斗卫星,公共通信未覆盖的用超短波或人工报送;所有监测数据需汇集到 1 台物联网终端,实现 “一站多发” 至省监测平台。

通信规约:遵循《水文监测数据通信规约》(SL651-2014)、《水利数据交换规约》(SL/T783),确保与省、市、县水利平台互联互通。

四、设备配置核心原则

不同规模水库设备配置需差异化:小(1)型水库需全面覆盖降水量、库水位、渗流、变形监测,视频监视点≥2 个;小(2)型水库重点保障水位、雨量监测,坝高 15m 以上需加渗流监测,视频监视点≥1 个。所有设备需选用技术成熟、稳定可靠的产品,有条件地区可探索 GNSS 自动变形监测、视频智能识水位等新技术,提升监测效率。