小型水庫作為水利工程體系的基礎單元，在防洪、灌溉、供水等領域發(fā)揮關鍵作用。然而，其規(guī)模小、分布廣、管理力量薄弱的特點，使得安全監(jiān)測體系建設成為防汛抗旱和工程安全管理的重點環(huán)節(jié)。小型水庫雨水情測報和大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)通過整合傳感技術、通信網(wǎng)絡與智能分析平臺，構建覆蓋水雨情實時監(jiān)測、大壩變形與滲流狀態(tài)評估的一體化安全管控體系，為水庫標準化管理提供技術支撐。

一、系統(tǒng)總體架構與技術框架

小型水庫監(jiān)測系統(tǒng)以 “感知 - 傳輸 - 分析 - 預警” 為技術主線，采用分層分布式架構設計。感知層由水雨情監(jiān)測設備、大壩安全傳感器網(wǎng)絡組成，實現(xiàn)多要素數(shù)據(jù)的實時采集；網(wǎng)絡層通過 4G/5G、北斗衛(wèi)星等通信鏈路，構建天地一體的數(shù)據(jù)傳輸通道；應用層依托云平臺實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合、可視化展示與預警決策。系統(tǒng)遵循《水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約》（SL651-2014）、《土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》（SL551-2012）等行業(yè)標準，確保數(shù)據(jù)采集、傳輸與應用的規(guī)范性。

二、雨水情監(jiān)測子系統(tǒng)：多維度水情感知體系（一）水位與雨量實時監(jiān)測

1. 水位監(jiān)測技術采用調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達水位計，測量范圍 0-40 米，精度達 ±1 厘米，通過非接觸式測量避免水體腐蝕與漂浮物干擾。設備支持 RS485 通信接口，可接入遙測終端機（RTU）實現(xiàn)定時上報，滿足《水文自動測報系統(tǒng)設備 遙測終端機》（SL180-2015）標準要求。
2. 雨量監(jiān)測裝置翻斗式雨量計以 0.2 毫米分辨率采集降水數(shù)據(jù)，通過脈沖輸出方式接入 RTU，雨強監(jiān)測范圍覆蓋 0-4 毫米 / 分鐘，誤差≤±3%。設備刃口銳角設計（40°-45°）確保雨水導流效率，適應多雨地區(qū)長期運行。

遙測終端機作為現(xiàn)場重點單元，集成 2 路 4-20mA 輸入、3 路 RS485 接口及 4G 通信模塊，支持太陽能與市電雙電源備份。數(shù)據(jù)按 “定時上報 + 閾值觸發(fā)” 機制傳輸：正常工況下每 5 分鐘采集一次，水位超警或降雨強度≥2 毫米 / 分鐘時啟動加密上報，確保險情數(shù)據(jù)實時傳送。

三、大壩安全監(jiān)測子系統(tǒng)：結構性態(tài)評估重點（一）位移變形監(jiān)測

1. 表面位移監(jiān)測采用 GNSS 接收機結合基準站組網(wǎng)方案，水平位移監(jiān)測精度達 ±3 毫米，垂直位移精度 ±5 毫米，實現(xiàn)壩體三維變形實時監(jiān)測。對于無 GNSS 信號覆蓋區(qū)域，可部署全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)，通過極坐標法測量標點位移，監(jiān)測頻次可設為 1-2 次 / 天。
2. 內(nèi)部變形監(jiān)測在壩體關鍵斷面埋設測斜儀導管，搭配伺服加速度計式測斜儀，分辨率達 0.02 毫米 / 0.5 米，可監(jiān)測壩體深層滑動趨勢。測斜管沿壩軸線方向布置，間距一般為 20-50 米，深度需穿透潛在滑動面。

1. 滲壓水位監(jiān)測在壩體上下游及壩基布設振弦式滲壓計，儀器埋設于測壓管內(nèi)，通過電纜接入數(shù)據(jù)采集單元，實時監(jiān)測孔隙水壓力變化。
2. 滲流量監(jiān)測在壩后排水溝設置量水堰槽，搭配超聲波液位計測量堰上水頭，通過伯努利方程計算滲流量。監(jiān)測精度達 ±5%，適用于滲流量≥1 升 / 秒的場景；對微小滲流可采用容積法配合稱重式流量計，精度提升至 ±1%。

四、數(shù)據(jù)管理與智能預警平臺（一）云平臺重點功能

云平臺作為系統(tǒng)中樞，集成多源數(shù)據(jù)接入、GIS 可視化與預警模型。平臺支持：

• 站點管理：通過電子地圖標注水庫位置，關聯(lián)監(jiān)測設備臺賬與拓撲關系；
• 實時監(jiān)控：以儀表盤形式展示水位、雨量、滲壓等實時數(shù)據(jù)，支持數(shù)據(jù)曲線生成；
• 預警預報：內(nèi)置預警閾值，當超設定閾值時系統(tǒng)會顯示預警。
• 數(shù)據(jù)分析：提供歷史數(shù)據(jù)導出、多站對比分析及趨勢預測功能，支持 Excel 報表與 PDF 圖表輸出。

平臺采用 “邊緣計算 + 云端存儲” 模式，現(xiàn)場 RTU 存儲 1 年以上歷史數(shù)據(jù)，云端實現(xiàn)備份。數(shù)據(jù)傳輸遵循《特殊區(qū)域水文、水資源數(shù)據(jù)安全采集系統(tǒng) RTU 追加測試》標準，通過 AES 加密與數(shù)字簽名確保傳輸安全性，滿足水利行業(yè)數(shù)據(jù)保密要求。

五、工程應用與效益分析

某小型水庫應用案例顯示，系統(tǒng)部署后實現(xiàn)：

• 監(jiān)測效率提升：人工巡檢頻次從每日 1 次降至每周 1 次，數(shù)據(jù)采集覆蓋率達 100%；
• 預警能力強化：2024 年汛期成功預警 3 次強降雨過程，水位預警提前量達 2-3 小時；
• 安全評估優(yōu)化：通過大壩位移 - 滲壓相關性分析，識別出上游坡體輕微滲透變形隱患，為除險加固提供數(shù)據(jù)支撐。
• 經(jīng)濟效益方面，系統(tǒng)年均運維成本較人工監(jiān)測降低 60%，而災害損失預防效益達投入成本的 3-5 倍，充分體現(xiàn) “科技防災” 的性價比優(yōu)勢。

小型水庫雨水情測報和大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)是水利信息化建設的基礎工程，其技術應用需兼顧實用性與前瞻性。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術的深度融合，該系統(tǒng)將向 “智能感知 - 自主診斷 - 協(xié)同防控” 方向升級，為水庫安全運行提供更可靠的技術保障，助力鄉(xiāng)村振興與水安全戰(zhàn)略實施。