岳陽(yáng)市小型水庫(kù)雨水情測(cè)報(bào)和大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)芻議

陶也

（湖南省岳陽(yáng)水文水資源勘測(cè)中心，湖南 岳陽(yáng) 414000）

1 概述

1.1 岳陽(yáng)市自然地理?xiàng)l件

岳陽(yáng)市位于湖南省東北部，環(huán)抱洞庭，瀕臨長(zhǎng)江，北部是大平原。介于東經(jīng)112°10′3″至114°09′06″，北緯28°25′33″與29°48′27″之間，轄3個(gè)區(qū)，4個(gè)縣，代管2個(gè)縣級(jí)市，設(shè)有4個(gè)行政管理區(qū)，面積15019平方公里，耕地面積450萬(wàn)畝，總?cè)丝?59.51萬(wàn)。全市兩面環(huán)山，自東南向西北傾斜，東南為山丘區(qū)，西北為洞庭湖平原，中部為過(guò)渡性環(huán)湖淺丘地帶。水系發(fā)達(dá)，湖泊星羅棋布，河流網(wǎng)織，有大小湖泊165個(gè)，280多條大小河流直接流入洞庭湖和長(zhǎng)江。岳陽(yáng)市屬濕潤(rùn)的大陸性季風(fēng)氣候，其主要特征：溫暖濕潤(rùn)，四季分明，季節(jié)性強(qiáng)；熱量豐富，嚴(yán)寒期短、無(wú)霜期長(zhǎng)，春溫多變，盛夏酷熱；雨水充沛，雨季明顯，降水集中。年平均降水量為1289.8～1556.2mm，春夏雨量占全年的70%～73%，降雨年際分布不均，最多達(dá)2336.5mm，少的年份只有750.9mm。年平均氣溫在 16.5～17.2℃之間，極端最高氣溫為39.3～40.8℃，極端最低氣溫為-11.4～-18.1℃。年日照時(shí)數(shù)為1590.2～1722.3h，呈北部比南部多、西部比東部多的格局。年無(wú)霜期256～285天。

1.2 岳陽(yáng)市小型水庫(kù)現(xiàn)狀

全市有各類水庫(kù)1573座，面廣量大，其中小型水庫(kù)占全市水庫(kù)總數(shù)的98.47%。以注冊(cè)登記水庫(kù)為例，岳陽(yáng)市已在水利部門注冊(cè)登記的小型水庫(kù)1549座，其中小（1）型水庫(kù)160座，?。?）型水庫(kù)1389座，1998年大洪水以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾輪大規(guī)模的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固，取得了明顯成效，切實(shí)保障了水庫(kù)安全，有效發(fā)揮了水庫(kù)的綜合效益。當(dāng)前，岳陽(yáng)市小型水庫(kù)普遍存在建設(shè)年代早、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、服役時(shí)間長(zhǎng)、病險(xiǎn)隱患突出、后期運(yùn)行管護(hù)差，信息化、自動(dòng)化水平較低，設(shè)計(jì)防洪能力、調(diào)蓄庫(kù)容有限等問(wèn)題，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，是歷年防汛保安的薄弱環(huán)節(jié)，亟需建設(shè)先進(jìn)、成熟、可靠的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，迅速掌握有關(guān)信息，為防汛抗災(zāi)決策提供準(zhǔn)確及時(shí)的水文數(shù)據(jù)。主要表現(xiàn)為以下方面：

（1）水庫(kù)主體方面。①大壩：護(hù)坡厚度、斷面不足，面寬不滿足管理與通行要求，塊石風(fēng)化嚴(yán)重，架空、崩塌危及大壩安全，壩體、壩基滲漏，散浸嚴(yán)重，內(nèi)坡受風(fēng)浪沖刷破壞嚴(yán)重，大壩外坡無(wú)排水設(shè)施。②溢洪道：岸坡崩塌、底板沖刷損毀嚴(yán)重，裂縫、滲漏嚴(yán)重，表面缺少必要的襯砌，無(wú)消能防沖設(shè)施，尾水渠淤積嚴(yán)重。③輸水建筑物：低涵被沙淤塞，放水涵進(jìn)口段結(jié)構(gòu)形式老化，滲漏嚴(yán)重，啟閉設(shè)備陳舊銹蝕嚴(yán)重，經(jīng)常運(yùn)行失靈。④其它：管理設(shè)施欠缺，無(wú)管理房屋與上壩防汛公路。要素采集自動(dòng)化程度低，數(shù)據(jù)傳輸接收不統(tǒng)一，水庫(kù)監(jiān)測(cè)管理有待加強(qiáng)。

（2）運(yùn)行管理方面。①管理體制和運(yùn)行機(jī)制有待完善。大部分水庫(kù)主要由當(dāng)?shù)氐乃畡?wù)工作站管護(hù)，人員力量薄弱。②管理能力建設(shè)有待增強(qiáng)。對(duì)水庫(kù)一線管護(hù)人員的管理、培訓(xùn)還不到位，大部分水庫(kù)管護(hù)人員年齡偏大，業(yè)務(wù)水平較低，不熟悉水庫(kù)基本常識(shí)。③防洪調(diào)度策略有待優(yōu)化。岳陽(yáng)市大多數(shù)水庫(kù)的防洪調(diào)度方式為補(bǔ)償調(diào)度，在實(shí)踐中存在可操作性、靈活性偏低等弊端。④要素采集自動(dòng)化程度低。大多以人工監(jiān)測(cè)方式為主，不具備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集傳輸?shù)墓δ埽⑶也糠衷O(shè)施設(shè)備已經(jīng)失效損毀，不能有效進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)測(cè)。⑤數(shù)據(jù)傳輸接收不統(tǒng)一。已有的小型水庫(kù)雨水情監(jiān)測(cè)設(shè)備類型較多，來(lái)自不同生產(chǎn)廠家，各廠家多是使用自有通信協(xié)議和不同的通信規(guī)約，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸接收，為數(shù)據(jù)的采集、共享造成了極大障礙。

2 岳陽(yáng)市雨水情測(cè)報(bào)和大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)情況

2.1 建設(shè)思路

為適應(yīng)加強(qiáng)水庫(kù)除險(xiǎn)加固和運(yùn)行管理工作要求，岳陽(yáng)市2021年度對(duì)實(shí)施雨水情測(cè)報(bào)項(xiàng)目的108座小型水庫(kù)與大壩安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的76座小型水庫(kù)新建或升級(jí)改造監(jiān)測(cè)設(shè)施，同時(shí)配合移動(dòng)APP實(shí)時(shí)監(jiān)督巡查責(zé)任人的工作情況，在水庫(kù)大壩形成“上下游一體，監(jiān)測(cè)預(yù)警聯(lián)動(dòng)”的自動(dòng)化安全運(yùn)行管理體系。雨水情測(cè)報(bào)項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容包括降雨量、庫(kù)水位及視頻監(jiān)控三個(gè)子項(xiàng)的設(shè)施設(shè)備的安裝建設(shè)，大壩安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容包括滲流量監(jiān)測(cè)、滲流壓力監(jiān)測(cè)和變形監(jiān)測(cè)三個(gè)子項(xiàng)目的設(shè)施設(shè)備的安裝建設(shè)，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)入庫(kù)至省監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)小型水庫(kù)的在線監(jiān)管。雨水情測(cè)報(bào)和大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)專業(yè)技術(shù)性強(qiáng)，項(xiàng)目分布散、單項(xiàng)投資小、運(yùn)行維護(hù)難度大，我市在統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，決定采用全委托建設(shè)的模式開(kāi)展該項(xiàng)目，并積極探索規(guī)?；?、專業(yè)化、社會(huì)化運(yùn)營(yíng)機(jī)制，充分利用先進(jìn)信息技術(shù)，提升水庫(kù)運(yùn)行管護(hù)能力和水平。

2.2 典型建設(shè)方案

根據(jù)雨水情測(cè)報(bào)和安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目配置及技術(shù)要求，結(jié)合岳陽(yáng)市小型水庫(kù)集雨面積、壩型、壩高等特點(diǎn)提出典型方案分類如下：

（1）雨水情測(cè)報(bào)項(xiàng)目典型方案分類。壩址以上集雨面積小于20km2的水庫(kù)采用“1個(gè)一體化站點(diǎn)+若干單視頻站”的方式進(jìn)行建設(shè)；壩址以上集雨面積大于20km2的水庫(kù)采用“1個(gè)一體化站點(diǎn)+若干單視頻站+1個(gè)單雨量站”的方式進(jìn)行建設(shè)。本次將對(duì)一體化站點(diǎn)、單視頻站、單雨量站進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。水庫(kù)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)設(shè)施包括雨量計(jì)、水位計(jì)、視頻監(jiān)視設(shè)備、滲壓計(jì)、堰流計(jì)、表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)、數(shù)據(jù)采集儀、遙測(cè)終端、水準(zhǔn)點(diǎn)、水尺以及供電、防雷等設(shè)施，詳見(jiàn)圖1。

圖1 總體架構(gòu)示意圖

遙測(cè)終端機(jī)（物聯(lián)網(wǎng)終端）作為雨水情及大壩安全監(jiān)測(cè)站的總控制、總傳輸端；在遙測(cè)終端機(jī)的控制下，傳感器按照設(shè)定的要求自動(dòng)采集水文要素、大壩安全監(jiān)測(cè)要素及視頻圖像，通過(guò)遙測(cè)終端機(jī)將采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送到省、縣級(jí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，并本地存儲(chǔ)，省、縣級(jí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)負(fù)責(zé)處理和應(yīng)用，詳見(jiàn)圖2。

圖2 測(cè)站工作流程

通信方式：根據(jù)站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度采用4G作為主要通信方式，負(fù)責(zé)水雨情及大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸；測(cè)站圖像、視頻傳輸采用4G或光纖通信。工作體制：采用混合式的工作體制（定時(shí)自報(bào)和查詢-應(yīng)答兼容模式工作）。

供電方式：主要采用太陽(yáng)能浮充供電，部分條件便利的站點(diǎn)接入交流電補(bǔ)電。測(cè)站主要設(shè)備由遙測(cè)終端機(jī)（RTU或物聯(lián)網(wǎng)關(guān)）、傳感器（水位計(jì)、雨量計(jì)、滲壓計(jì)、GNSS、攝像頭等，按監(jiān)測(cè)要素配置）、通訊設(shè)備、供電系統(tǒng)等組成。

（2）安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目典型方案分類。安全監(jiān)測(cè)共分為8個(gè)典型，各監(jiān)測(cè)子項(xiàng)目設(shè)置情況詳見(jiàn)表1，本次針對(duì)各典型方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表1 典型方案監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3 項(xiàng)目建設(shè)前景展望

根據(jù)“十四五”規(guī)劃要求，5年內(nèi)建成覆蓋岳陽(yáng)市所有小型水庫(kù)的雨水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，完成?。?）型水庫(kù)和拔高10m且?guī)烊?0萬(wàn)m3以上的重點(diǎn)?。?）型水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)。健全水庫(kù)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析研判，及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。建立完善統(tǒng)一的水庫(kù)管理信息填報(bào)、審核、更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固和運(yùn)行管護(hù)等信息動(dòng)態(tài)管理。積極推廣應(yīng)用第五代移動(dòng)通信（5G）、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，促進(jìn)系統(tǒng)融合、信息共享，為水庫(kù)安全運(yùn)行提供技術(shù)支撐，為各級(jí)管理部門、社會(huì)公眾提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)管理工作的互聯(lián)互通、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同。

充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能傳感器技術(shù)以及無(wú)線通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段，基于新建的省級(jí)水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)，建成以信息采集為基礎(chǔ)、系統(tǒng)智能預(yù)警、大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)為支持的小型水庫(kù)自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有小型水庫(kù)水位、雨量、視頻圖像、大壩安全監(jiān)測(cè)信息的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、分析、上報(bào)，實(shí)現(xiàn)巡視檢查情況的在線監(jiān)管，為小型水庫(kù)安全運(yùn)行和水資源合理利用提供數(shù)據(jù)支撐，以滿足水庫(kù)大壩安全運(yùn)行與管理、水旱災(zāi)害防御應(yīng)急管理等技術(shù)需求，為岳陽(yáng)市水安全戰(zhàn)略實(shí)施提供基礎(chǔ)保障，夯實(shí)“智慧水網(wǎng)”的構(gòu)建。此項(xiàng)工作對(duì)提高小型水庫(kù)的安全管理能力和日常管理水平、確保水庫(kù)安全運(yùn)行和效益發(fā)揮具有重要意義。

4 啟示與建議

（1）適時(shí)開(kāi)展項(xiàng)目運(yùn)行后續(xù)評(píng)估維護(hù)工作，及時(shí)查漏補(bǔ)缺。在項(xiàng)目竣工驗(yàn)收開(kāi)始運(yùn)行后，應(yīng)及時(shí)跟蹤監(jiān)督檢查，制定應(yīng)急預(yù)案，2021年是實(shí)施該項(xiàng)目的第一年，要堅(jiān)持以問(wèn)題為導(dǎo)向，及時(shí)調(diào)整水庫(kù)運(yùn)行管理機(jī)制，為接下來(lái)項(xiàng)目推進(jìn)開(kāi)好局起好步，積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（2）加大培訓(xùn)力度，提高項(xiàng)目工程技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平。目前，項(xiàng)目參與人員普遍存在專業(yè)水平較弱、知識(shí)結(jié)構(gòu)不完善、職稱水平偏低等不足，適時(shí)開(kāi)展教育培訓(xùn)，嚴(yán)格考核把關(guān)，有利于提高從業(yè)人員的理論水平、專業(yè)素養(yǎng)及項(xiàng)目高質(zhì)量推進(jìn)。

（3）加強(qiáng)業(yè)務(wù)工作探討與經(jīng)驗(yàn)交流。該項(xiàng)目由湖南省水利廳主導(dǎo)，各市州水文中心都有具體建設(shè)任務(wù)，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中工作方法各具特色。適時(shí)開(kāi)展交流探討，可將先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)做法推廣開(kāi)來(lái)，博采眾長(zhǎng)、相互借鑒，提升項(xiàng)目綜合效益。

5 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)是促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全運(yùn)行與效益發(fā)揮關(guān)系著人民對(duì)美好生活的向往。雨水情測(cè)報(bào)和大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)運(yùn)行推進(jìn)了岳陽(yáng)市小型水庫(kù)運(yùn)行管護(hù)科學(xué)化、規(guī)范化、信息化、智慧化程度整體提升，在探索、實(shí)踐過(guò)程中解決了水利工程存在的部分問(wèn)題。岳陽(yáng)市將深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平總書記重要講話精神，以“十六字”治水思路為指導(dǎo)，不斷提升小型水庫(kù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性、時(shí)效性。