小型水庫作為水利工程體系的基礎單元，在防洪、灌溉、供水等領域發揮關鍵作用。然而，其規模小、分布廣、管理力量薄弱的特點，使得安全監測體系建設成為防汛抗旱和工程安全管理的重點環節。小型水庫雨水情測報和大壩安全監測系統通過整合傳感技術、通信網絡與智能分析平臺，構建覆蓋水雨情實時監測、大壩變形與滲流狀態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、系統總體架構與技術框架

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

二、雨水情監測子系統：多維度水情感知體系（一）水位與雨量實時監測

1. 水位監測技術采用調頻連續波（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）實現定時上報，滿足《水文自動測報系統設備 遙測終端機》（SL180-2015）標準要求。
2. 雨量監測裝置翻斗式雨量計以 0.2 毫米分辨率采集降水數據，通過脈沖輸出方式接入 RTU，雨強監測范圍覆蓋 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，適應多雨地區長期運行。

遙測終端機作為現場重點單元，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。數據按 “定時上報 + 閾值觸發” 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，確保險情數據實時傳送。

三、大壩安全監測子系統：結構性態評估重點（一）位移變形監測

1. 表面位移監測采用 GNSS 接收機結合基準站組網方案，水平位移監測精度達 ±3 毫米，垂直位移精度 ±5 毫米，實現壩體三維變形實時監測。對于無 GNSS 信號覆蓋區域，可部署全站儀自動化監測系統，通過極坐標法測量標點位移，監測頻次可設為 1-2 次 / 天。
2. 內部變形監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，通過電纜接入數據采集單元，實時監測孔隙水壓力變化。
2. 滲流量監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、數據管理與智能預警平臺（一）云平臺重點功能

云平臺作為系統中樞，集成多源數據接入、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，關聯監測設備臺賬與拓撲關系；
• 實時監控：以儀表盤形式展示水位、雨量、滲壓等實時數據，支持數據曲線生成；
• 預警預報：內置預警閾值，當超設定閾值時系統會顯示預警。
• 數據分析：提供歷史數據導出、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，現場 RTU 存儲 1 年以上歷史數據，云端實現備份。數據傳輸遵循《特殊區域水文、水資源數據安全采集系統 RTU 追加測試》標準，通過 AES 加密與數字簽名確保傳輸安全性，滿足水利行業數據保密要求。

五、工程應用與效益分析

某小型水庫應用案例顯示，系統部署后實現：

• 監測效率提升：人工巡檢頻次從每日 1 次降至每周 1 次，數據采集覆蓋率達 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，為除險加固提供數據支撐。
• 經濟效益方面，系統年均運維成本較人工監測降低 60%，而災害損失預防效益達投入成本的 3-5 倍，充分體現 “科技防災” 的性價比優勢。

小型水庫雨水情測報和大壩安全監測系統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，隨著物聯網、人工智能技術的深度融合，該系統將向 “智能感知 - 自主診斷 - 協同防控” 方向升級，為水庫安全運行提供更可靠的技術保障，助力鄉村振興與水安全戰略實施。