中大型水闸安全监测系统建设实施方案

一、方案背景

随着科技的不断进步，水利工程的数字化转型已经成为提升城市水资源管理效率和增强防洪能力的关键。今天，我们将引导您深入了解我国大中型水闸安全监测管理系统的构建方案，探讨如何运用先进技术确保国家水安全，提升水利工程的智能化水平。我国已建成的流量达到5m³/s及以上的水闸超过10万座，它们在防洪减灾、水资源配置、生态环境改善等方面发挥着至关重要的作用。然而，由于历史遗留问题，许多水闸存在标准偏低、质量较差、配套设施不完善等问题。2024年11月12日，水利部运行管理司发布了《关于编制“十五五”重要堤防安全监测实施方案和大中型水闸安全监测实施方案的通知》（运管函〔2024〕22号），要求各省级水行政主管部门和各流域管理机构认真做好“十五五”期间大中型水闸安全监测实施方案的编制工作。

二、系统介绍

中大型水闸安全监测系统是一套集成了传感器技术、数据采集与处理、远程监控与预警等功能的综合管理系统。该系统旨在实时监测水闸的运行状态，及时发现潜在的安全隐患，确保水闸的安全稳定运行。

█传感器网络：部署在水闸的关键部位，如闸门、启闭机、支铰等，用于实时监测水闸的变形、应力、振动等参数。

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█数据采集与处理系统：负责收集传感器网络传输的数据，并进行预处理、存储和分析，提取关键信息用于后续的安全评估。

█远程监控平台：提供直观的用户界面，展示水闸的实时监测数据、历史数据以及安全评估结果，支持远程操作和预警功能。

█预警与报警系统：根据预设的安全阈值，对实时监测数据进行实时分析，当数据异常时触发预警或报警，及时通知相关人员采取措施。

三、监测内容

█环境量监测：主要监测包括水位、过闸流量、降雨量和气象监测。通过雷达水位计、雷达流量计和翻斗雨量筒等设备，实时获取气象信息、水位数据和水流情况，为水闸的科学调度和安全运行提供支持。

█渗压监测：渗流监测包括扬压力监测、闸墩渗流监测、绕渗监测等，通过布设测压管和渗压计等进行水闸结构的渗流情况监测，确保水闸结构的稳定性。

█应力应变监测：通过布设振弦式表面应变计测量结构物表面的应变量，并同步测量温度，确保结构物的安全运行。

█变形监测：变形监测采用人工和GNSS自动化观测结合的方式，通过连续观测得到各监测点的位移信息，展示在系统监测平台上，方便现场人员实时掌握结构状况。

█裂缝和结构缝监测：通过安装测缝计对闸墩上已有的裂缝进行监测，分析裂缝变化规律，确保水闸结构的稳定和完整。

█闸门、启闭机状态监测：实时监测闸门的开度和启闭机的电压电流，及时发现运行中的异常情况和安全隐患。

█视频AI监控：通过高清摄像机和智能识别技术，自动识别异常行为，及时发出预警信号，防止潜在的安全隐患。

█无人化自动巡测：无人机自主巡检系统，实现对水工建筑物、滑坡体全自动、不间断的巡检需求，满足日常与应急监测需求。

四、系统功能

█实时监测：系统能够实时监测水闸的各项参数，如水位、流量、闸门开度、应力、位移、渗流以及振动等。通过实时监测，工作人员可以及时了解水闸的运行状态，为水闸的调度和运行提供依据。

█数据分析：系统能够对采集到的数据进行深入分析，提取出有用的信息。通过对数据的分析，可以了解水闸的结构健康状况、运行状态以及潜在的安全隐患等，为水闸的安全评估和维护提供科学依据。

█预警报警：当监测到异常情况时，系统能够及时发出预警或报警信号，提醒工作人员采取相应的措施进行处理，避免事故的发生或扩大。

█远程监控：系统支持远程监控功能，工作人员可以通过网络远程访问监控中心，实时查看水闸的运行状态和数据。这有助于提高工作效率和减少人力成本。

█三维可视化：通过构建水闸的三维模型，实现水闸运行状态、水流情况、水位变化等数据的实时采集、分析和可视化。这样，管理者可以更加直观地了解水闸的运行状态，提高管理效率。

█历史数据查询：系统能够记录并存储历史数据，方便工作人员随时查询和比对，了解水闸在过去一段时间内的运行状态和变化趋势，为未来的运行和维护提供参考。

█账号管理与数据安全：系统具备账号分别授权管理功能，根据工作人员的职责授予不同级别的管理权限。数据之间的传输采用加密机制，确保数据安全。

五、主要相关设备

█遥测终端机集传统水文遥测终端机功能、2G/3G/4G全网通/NB-IoT短报文无线长距离传输功能、LoRa无线短距离传输功能于一体，实现水文/水资源/地灾监测/气象等数据的采集、存储、传输、显示、控制、报警及传输等综合功能，同时支持GNSS定位功能。该产品采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供翻斗式雨量计接口、RS232、RS485、SDI、有线网口、4~20mA及0~5V模拟量输入、开关量输入、继电器输出和开关量输出接口，可满足各种不同应用的需求。该产品可广泛应用于各种水利信息化建设领域，如水文、水资源、水环境、水污染、山洪灾害、水库安全、大坝安全的远程测控领域。

█雷达水位计基于精确时间测量的电磁波测距技术 。传感器发射电磁波照射水面并接收其回波，由此获得水面至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达水位计，是工业测距雷达在水位测量领域的创新应用，实现了水位计向高精度（毫米级），大量程(70米)，高可靠，安装简便，免维护的技术跨越。雷达水位计通过标准信号接口，与计算机、PLC等连接，也可以与相应的显示、记录、控制装置（如RTU）连接，构成水位监测系统。

█雷达流量计主要应用于灌区的明渠的量水，用作远程测量或检测的数据终端，通常选用在标准的断面进行测量。本流量计采用高精度的雷达测量水位以及流速，采用自有灌渠模型进行量水的计算，并考虑明渠周围环境影响进行修正。应用范围：渠道或河流的流量计量，适合各种水质:城市污水、工业废水、灌溉用水、饮用水、海水。

█振弦式渗压计是一款全不锈钢结构设计全密封投入式智能化测量仪表。该产品选用高性能的处理芯及高精度的智能化变送器处理电路，采用精密数字化温度补偿技术及非线性修正技术，是一款高精度渗压测量产品。防水电缆与外壳密封连接，通气管在电缆内，可长期投入使用。一体化的结构和标准化的输出信号，可满足各种复杂的应用需求。该产品可广泛应用于水利、环保、水务等信息化建设领域，如灌区、水文、水资源、水环境、水污染、山洪灾害、水库、大坝安全的远程测控领域。

█GNSS接收机是一种将来自全球导航卫星系统的信号接收、解算以及定位导航处理的设备。它能够接收全球范围内多颗卫星发射的信号,通过对这些信号进行解算和处理,提供高精度的位置、速度、时间等信息。GNSS接收机广泛应用于航空航天、地理测量、资源勘探、地质灾害监测、智能交通等领域。

█北斗数传终端是针对北斗通信和4G通信应用推出的一款支持北斗RDSS/RNSS和4G通信功能的一体化终端。M20C-V31北斗数传终端内部集成了北斗多频天线、射频、基带以及主控等功能单元，可实现RDSS定位、短报文通信和RNSS导航定位等功能。同时M20C-V31型北斗数传终端内置4G模块，支持通过4G传输数据。除此之外，本产品内置RTU芯片，因此具有RTU的功能，如支持定时采集、上报数据；支持程序版本升级，且配置不丢失，完美兼容旧版本配置。

六、系统价值

中大型水闸安全监测系统的重要性体现在确保水闸的安全运行、优化水资源的配置、增强防洪减灾的能力以及促进水利工程管理的现代化。该系统的实施对于提升水利工程的安全性和效益具有深远的意义。通过实时监控水闸的结构状态、水文数据以及环境变化，能够及时识别潜在的风险和问题，并采取相应的预防措施，确保水闸的稳定性和耐久性。进一步地，利用数据分析和模型预测，可以更加科学地进行水资源调度，合理地分配水资源，减少资源浪费，提升水资源的利用效率。在防洪领域，监测系统能够提供精确的水位、流量等关键信息，为防洪决策提供坚实的数据支持，有效降低洪水灾害造成的损失。最终，这一系统将推动水利工程管理朝着智能化、信息化的方向发展，提升整个水利行业的管理水平和应对紧急情况的能力。