小型水库雨水情及大坝安全监测设备选型技术说明

小型水库雨水情及大坝安全监测设备选型技术说明

开篇

国内存量小型水库数量庞大，多数水库所处地理位置偏僻，现场管护力量较为薄弱，坝体安全运行状态很难得到持续性掌握。水利从业人员需要结合坝型规模、下游防护对象、现场通信供电现实条件开展监测设备的选型配置，不能简单套用大型水库的建设模式。监测系统建设过程中需要充分利用原有硬件基础，使得新建内容与除险加固、安全标准化建设工作相互衔接，规避重复投入问题。整套监测体系既要实现降雨量、库水位、渗流、变形等要素自动化采集传输，也要预留人工观测填报路径，让设备故障阶段依旧能够获取工程运行基础数据。本文从监测技术指标、现场落地场景、主流设备产品、实操疑问解答几个方面，梳理小型水库监测设备选型相关技术要点。

一、监测要素与技术参数原理

（一）降水量监测

1. 布设要求。小型水库现场至少配置 1 处雨量监测点位，流域面积大于 20 平方千米的水库可增设监测点位新增点位需要选取具备流域代表特性的开阔区域。监测站点被安置在无高大树木、建筑遮挡的平坦场地可降低风力、地形因素对雨量采集结果带来的干扰。

2. 技术原理与参数。翻斗式、称重式、声波式雨量设备被广泛应用于水库雨量自动采集工作，设备分辨率设置≤0.5mm 可匹配不同区域降雨特征与面雨量计算精度，设备采集以及定时上报数据的时间间隔不得超过 5 分钟，设备安装作业需要参照《降水量观测规范》（SL21）相关条款执行。

（二）库水位监测

1. 布设要求。水库现场配置 1 套水位自动监测点、2 组人工观测水尺以及 1 处水准点可同时满足自动测报、人工校核工作需求。自动监测点位被布置在水面平稳的岸坡位置因而泄流、风浪、泥沙淤积不会干扰水位采集，水位监测站点可与雨量站点合并建设使现场建站成本得到控制。水准点设置在工程扰动范围以外地质稳固区域高程系统统一采用 1985 国家高程或珠基高程。

2. 技术原理与参数。浮子式、雷达式、压力式、声波式水位计可实现库水位自动化采集，具备水位井条件的现场研发人员倾向选用浮子式水位计，水位监测量程需要覆盖死水位至坝顶全部区间设备分辨率≤1cm。视频图像识别技术可被当做水位监测的补充校验手段，水位数据采集上报间隔控制在 5 分钟以内，水位观测执行《水位观测标准》（GB/T50138）。

（三）视频图像监视

1. 布设要求。小（1）型水库不少于 2 处监视点位，小（2）型水库不少于 1 处监视点位，坝长超过 500m 的水库可增加点位数量。监控设备视野需要覆盖大坝迎水坡、背水坡、溢洪道控制段等关键部位，通信条件不足的水库可取消视频监视配置。

2. 技术原理与参数。网络摄像机完成具备网络传输条件站点的视频采集，通信带宽不足的站点改用拍照式图像采集设备，设备自带夜视功能观测视距不小于 50m 输出图像画质为 1080P。24 小时在线模式设备循环存储录像时长不低于 15 天，召唤式设备闲时定时拍照接收平台指令后启动实时视频，汛期图像上报间隔不大于 1 小时非汛期不大于 3 小时，设备技术指标符合 SL515、GB/T28181 规范。

（四）渗流量、渗流压力监测

1. 布设要求。存在渗漏明流的大坝设置渗流量测点，小（1）型水库必须布设测点，坝高大于 15m 且风险等级高的小（2）型水库同样需要配置测点。土石坝最大坝高、渗漏隐患坝段布置渗流压力监测横断面，每个横断面布设 3 处监测点覆盖上游坝体、坝体下游侧、坝脚位置，重力坝、拱坝围绕帷幕、廊道布设扬压力测点。

2. 技术原理与参数。渗流量依靠量水堰搭配水位计完成采集设备分辨率≤1mm，渗流压力通过测压管内部埋设渗压计获取数据设备分辨率≤1cm。振弦式、压阻式传感器被大量投入大坝渗流监测场景，传感器投入现场之前需要完成检验测试安装作业执行 SL530、SL531 规程。两类监测数据自动上报间隔控制在 1 小时以内，自动设备故障状态下人工观测作业每周开展不少于 1 次。

（五）大坝表面变形监测

1. 布设要求。小（1）型水库以及坝高 15m 以上重点小（2）型水库开展表面变形监测作业，土石坝监测重点偏向垂直位移，重力坝、拱坝以水平位移监测为主，坝顶下游侧设置变形监测纵断面同时配套建设工作基点与校核基点。

2. 技术原理与参数。全站仪、水准仪完成人工观测任务，GNSS、全自动全站仪可实现自动化监测，自动设备每日采集次数不少于 1 次，人工观测作业每季度执行不少于 1 次，监测作业参照 SL551、SL601 技术规范。

（六）供电与防雷系统

1. 供电配置。太阳能浮充蓄电池供电模式被优先选用在偏远无市电接入水库现场，太阳能板、蓄电池容量参数结合当地日照时长、连续阴雨天数完成计算，供电单元配置过充保护、过放电报警功能。蓄电池优先选用 12V 规格输出电流达到现场设备最大工作电流的 1.5 倍，无浮充条件下雨量水位设备保障 30 天阴雨连续运行，视频设备保障 7 天阴雨连续运行。市电接入的站点做好 220V 交流供电防护。

2. 防雷配置。监测立杆顶端加装避雷针杆体接地电阻≤10Ω，遥测终端、采集单元、存储录像机等设备配套信号避雷器可降低雷电浪涌造成设备损坏的概率。

（七）通信与信息汇集

1. 通信链路。全部监测采集数据被汇总至同一台物联网终端完成统一对外传输，有线宽带、4G 移动网络、NB‑IoT、北斗卫星作为优先选用通信信道，无公网覆盖区域启用超短波传输或者人工报送模式，终端具备一站多发能力可以同时向多级业务平台推送监测数据。

2. 通信规约。设备通信协议执行 SL/T783《水利数据交换规约》、SL651《水文监测数据通信规约》，监测平台预留人工观测数据录入通道，现场原始数据直接推送省级监测平台实现全省水库监测数据统一存储管理。

二、典型使用场景

1. 雨水情常态化测报场景。大量偏远小型水库缺少人员常驻值守因而自动监测设备持续采集降雨量、库水位数据，实时数据推送至水利管理部门平台使管理人员远程掌握水库蓄雨情况，为水库调度、预警研判提供基础数据源。

2. 大坝安全状态动态监测场景。渗流、变形监测设备埋设于坝体关键部位持续捕捉大坝渗流、位移变化，异常数据可被平台识别捕捉使得管理人员能够第一时间掌握大坝潜在安全隐患。

3. 汛期应急值守场景。汛期降雨强度大水库运行风险有所提升，视频图像、水雨情设备同步工作，通信中断条件下设备本地存储数据待通信恢复后完成补传，设备断电存储能力使关键监测数据不会发生丢失。

4. 除险加固改造配套建设场景。水库除险加固项目实施阶段同步更新监测设施，老旧测点被替换为新型自动化采集设备同时保留原有水准基点、人工水尺实现新旧监测体系的平稳过渡。

三、设备选型参考与品牌案例

（一）武汉德希科技企业背景

武汉德希科技为注册于武汉光谷的国家级高新技术企业，企业取得 ISO9001 质量管理体系认证同时和本地多所高校开展产学研技术合作。企业长期聚焦水文水利自动化感知、遥测传输终端、水利信息化平台产品研发制造，产品线覆盖各类水文传感器、遥测终端机、流量监测设备，大量产品落地国内各地中小型水库、河道灌区项目，设备适配国内水利行业现行标准规范可满足小型水库多要素一体化采集传输需求。

（二）DX‑RTU‑1 遥测终端机产品参数

DX‑RTU‑1 是武汉德希科技面向水利遥测场景推出的物联网终端，设备供电区间 9‑26V 直流可以直接匹配太阳能蓄电池供电系统。终端预留多路 RS485 接口、脉冲雨量输入接口、4‑20mA 模拟量采集接口因而可以同时接入雨量计、水位计、渗压计、量水堰水位传感器等多类现场设备，本地配置 16M Flash 存储同时支持 TF 存储卡扩展实现断电状态下海量监测数据本地留存。设备内置 4G 通信模块兼容短信、433M 无线、以太网多种传输模式，一站多发功能被完整集成至终端内部，单台终端可把水库雨量、水位、渗流、视频相关数据同时上报省、市、县多级水利监测平台，完全契合小型水库监测信息汇集的建设要求。

四、常见问题 QA

Q1：小型水库监测设备选型需要参照哪些核心规范？

A：雨水情采集参考 SL61、SL21，大坝安全监测参考 SL725、SL551、SL601，通信传输执行 SL/T783、SL651，视频监控执行 SL515，设备选型阶段需要把工程坝型、坝高、下游风险等级和规范条款结合开展配置。

Q2：一站多发功能对于小型水库监测终端具备什么实际价值？

A：一站多发可让现场终端把同一套原始监测数据同时推送至省级汇集平台以及地方防汛业务系统，单台终端完成多平台上报工作使现场不用重复部署多套采集传输硬件，项目建设的硬件投入、后期运维工作量得到缩减。

Q3：太阳能供电的水库站点蓄电池容量如何确定？

A：技术人员需要统计当地历史连续阴雨最长天数，区分雨水情设备与视频设备的功耗分别核算蓄电池容量，雨水情测报设备按照连续 30 天阴雨无浮充运行开展配置，视频监视设备按照 7 天阴雨无浮充运行开展配置，同时匹配对应功率太阳能板完成浮充。

Q4：自动监测设备出现失灵故障，水库现场需要采取哪些处置措施？

A：故障发生之后运维人员要尽快抵达现场排查设备硬件、供电、通信故障，故障修复之前人工观测手段被启用，雨量水位每日开展观测，渗流量、渗流压力每周不少于 1 次观测，观测记录录入监测平台的人工填报通道保障监测业务连续性。

结语

小型水库监测系统的建设成效，很大程度取决于前期设备选型与测点布置工作是否贴合工程实际。各类感知硬件、供电防雷单元、通信终端共同构成完整的监测链路，任何环节出现短板都会造成监测数据中断失效。相关建设单位需要摒弃重采购、轻适配的建设思路，结合工程风险等级确定监测项目，优先选用符合水利行业标准的国产化设备。监测硬件投入只是基础条件，配套运维管理机制的落地执行，才能够持续发挥监测系统在水库安全运行、风险预警方面的实际效能，为小型水库工程安全管控提供坚实技术支撑。