大坝安全自动监测系统

一、项目背景

为贯彻落实《国务院办公厅关于切实加强水库除险加固和运行管护工作的通知》（国办发〔2021〕8号），全面完成“十四五”小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设任务，推进和规范设施建设与运行管理，提升信息化管理水平，为落实水库预报、预警、预演、预案措施提供技术支撑，保障水库安全运行。

二、产品概述

大坝安全自动监测系统充分利用现代检测技术、通信技术、网络技术和计算机技术，通过相应传感器感知大坝的变形(表面位移、内部位移、不均匀沉降)、渗流(渗压力、渗漏)、应力应变、水位(长观水位、地下水位等)、气象(降雨量、风速风向、环境温度等) 等数据，现场的远程监测终端单元通过无线或有线的方式采集前端传感器的信号并进行预处理和存储。水库大坝常见监测内容包括:坝体表面位移监测、坝体内部水平位移监测、渗压力监测 (浸润线监测)、库水位监测、渗漏量监测、降雨量监测、视频监控等。

三、系统总体设计

3.1 设计原则

本系统设计严格遵循“合规性、可靠性、实用性、扩展性、智能化”原则，完全契合国办发〔2021〕8号文件要求，适配小型水库监测场景，兼顾设施建设规范性与运行管理便捷性，确保监测数据精准、传输稳定、预警及时，为水库“四预”措施落地提供坚实技术支撑；同时预留接口，可根据后续管理需求扩展监测参数与功能模块，适配“十四五”建设任务的长效推进。

3.2 系统架构

系统采用“前端感知层-数据传输层-终端处理层-应用服务层”四层架构，各层协同工作，实现大坝安全数据的全流程采集、传输、分析、预警与管理，整体架构简洁高效，适配户外无人值守场景，可结合太阳能供电系统（如65SH太阳能专用蓄电池）保障长期稳定运行：

1. 前端感知层：由GNSS、测斜仪、静力水准仪、渗压计、水位计、量水堰计、雨量计及视频监控设备组成，是数据采集的核心，负责精准捕捉大坝各类安全相关参数；

2. 数据传输层：采用无线（4G/5G/北斗）+有线双重传输模式，可根据水库现场信号条件灵活切换，远程监测终端单元对传感器信号预处理后，将数据实时传输至终端处理层，确保数据不丢失、不延迟；

3. 终端处理层：由数据服务器、存储设备组成，负责接收、存储、校验采集到的各类监测数据，对异常数据进行初步识别，为后续分析预警提供数据支撑；

4. 应用服务层：包含监测管理平台、预警系统、数据查询统计模块，可实现数据可视化展示、异常预警、历史数据查询、报表生成等功能，方便管理人员实时掌握大坝安全状态，规范运行管理。

四、核心监测设备详情

本系统核心监测设备包含GNSS、测斜仪、静力水准仪、渗压计、水位计、量水堰计、雨量计，各设备精准匹配大坝监测需求，性能稳定、适配户外恶劣环境，具体参数与功能如下：

4.1 GNSS（全球卫星定位系统）

用于坝体表面位移监测，核心捕捉大坝表面水平、垂直位移数据，反映坝体整体变形趋势，为稳定性判断提供依据：

• 核心功能：实时采集监测点三维坐标，计算位移量与速率，支持多点位同步监测，适配各类坝型；

• 适配场景：安装于坝顶、坝肩，可配合太阳能供电，无线传输数据，无需人工值守。

4.2 测斜仪

用于坝体内部水平位移监测，捕捉坝体内部不同深度水平变形，及时发现内部滑移、倾斜隐患：

• 核心功能：测量深度方向水平位移及变化速率，定位变形集中区域，预判内部失稳风险；

• 适配场景：嵌入坝体钻孔，分层监测，电缆传输数据，适配土石坝、堆石坝等。

4.3 静力水准仪

用于坝体不均匀沉降监测，通过液面高度差计算沉降量，判断不均匀沉降隐患：

• 核心功能：同步监测多点位相对、绝对沉降量，生成沉降曲线，支持异常报警；

• 适配场景：安装于坝顶、坝坡、坝基，多点组网，为结构安全评估提供支撑。

4.4 渗压计

用于坝体、坝基渗压力（含浸润线）监测，测量渗透压力，反映防渗性能，发现渗流异常：

• 核心功能：采集渗压力数据，监测浸润线变化，判断防渗系统完好性，预防管涌、流土险情；

• 适配场景：埋置于坝体、坝基等点位，配合渗流监测断面，支撑渗流控制。

4.5 水位计

用于库水位、长观水位、地下水位监测，精准测量水位数据，支撑水库调度与安全评估：

• 核心功能：采集各类水位实时值及变化速率，可设上下限预警，适配日常与汛期监测；

• 适配场景：安装于库岸、测压管、观测井，数据实时同步至管理平台。

4.6 量水堰计

用于大坝渗漏量监测，通过堰槽水位差计算渗漏量，判断渗漏是否超标：

• 核心功能：采集堰槽水位数据，自动计算渗漏量，生成变化曲线，反映渗漏趋势；

• 适配场景：安装于渗漏排水沟、集水井，支撑防渗性能评估与隐患排查。

4.7 雨量计

用于水库区域降雨量监测，测量降雨量、降雨强度，支撑汛期防洪与雨水情测报：

• 核心功能：采集降雨量、降雨强度，统计小时/日/累计雨量，支持暴雨预警；

• 适配场景：安装于开阔点位，避免遮挡，支撑汛期调度与安全防控。

五、系统核心功能

5.1 数据采集与预处理

现场远程监测终端单元通过有线/无线方式，同步采集各传感器（GNSS、测斜仪等）的监测数据，对数据进行滤波、校准、校验，剔除异常数据，确保采集数据的精准性；同时支持数据本地存储（存储时长≥1年），避免因网络中断导致数据丢失，适配户外无人值守场景。

5.2 数据传输与存储

采用无线（4G/5G/北斗）+有线双重传输模式，可根据水库现场网络条件灵活切换，确保监测数据实时传输至终端处理层；数据服务器对传输的数据进行分类存储，支持历史数据永久存储，可根据监测点位、监测参数、时间范围，快速查询调取历史数据，为大坝安全分析提供数据支撑。

5.3 数据可视化与分析

应用服务层监测管理平台采用图表化展示方式，将位移、渗压、水位、降雨量等数据以曲线、柱状图、表格等形式呈现，直观反映大坝安全状态；同时具备数据趋势分析、异常识别功能，可自动分析监测数据变化规律，预判大坝安全隐患，为管理人员决策提供技术支撑。

5.4 预警提示功能

系统可根据各类监测参数的安全阈值（可自定义设置），对异常数据进行实时识别，当监测数据超出阈值时，通过平台弹窗、短信、声光报警等多种方式，及时向管理人员发送预警信息，明确预警点位、预警参数、预警等级，确保管理人员快速响应、及时处置，防范大坝安全险情。

5.5 运行管理与报表生成

系统支持监测设备状态管理，可实时监测各传感器、传输设备的运行状态，发现设备故障（如传感器损坏、传输中断）及时报警，方便管理人员及时维护；同时支持自动生成监测报表（日报、周报、月报、年报），报表内容涵盖各类监测数据、数据变化分析、设备运行状态等，可直接导出，规范大坝安全监测运行管理，契合国办发〔2021〕8号文件中“规范设施运行管理”的要求。

六、系统运行保障

6.1 供电保障

针对水库户外无市电场景，系统可适配太阳能供电系统，推荐搭配65SH太阳能专用蓄电池（65Ah额定容量，深循环性能好、浮充寿命长、耐户外恶劣环境），实现“白天太阳能充电、夜间/阴雨天放电”的循环供电模式，保障系统24小时不间断运行；同时配备备用电源，应对极端阴雨天、恶劣气象条件，确保供电稳定。

6.2 环境适配保障

所有前端监测设备均采用防水、防尘、抗腐蚀、抗高低温设计，防护等级不低于IP65，可适应水库户外高低温、潮湿、暴雨、强风等恶劣环境；传输设备采用抗干扰设计，避免水库周边电磁、地形等因素影响数据传输稳定性。

6.3 维护保障

系统设计遵循“免维护、少维护”原则，前端传感器采用密封式设计，无需频繁加液、校准；监测管理平台具备设备状态监测功能，可精准定位故障设备，方便管理人员针对性维护；同时提供技术培训、售后运维服务，确保系统长期稳定运行，全面落实“十四五”小型水库安全监测设施建设与运行管理要求。

七、项目意义

本大坝安全自动监测系统的建设，严格落实国办发〔2021〕8号文件要求，圆满完成“十四五”小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设任务，通过精准、实时、全面的大坝安全监测，提升水库信息化管理水平，为水库“预报、预警、预演、预案”措施落地提供坚实技术支撑；有效防范大坝变形、渗流等安全隐患，保障水库安全运行，保护下游人民群众生命财产安全，推动小型水库运行管理规范化、智能化发展。