一、方案概述:

目前，全国有各类水库9.7万多座，其中小型水库9.2万多座。水库是我国防洪广泛采用的工程措施之一。在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库，利用水库库容拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，达到减免洪水的目的。水库对洪水的调节作用有两种不同方式，一种起滞洪作用，另一种起蓄洪作用。

水库大坝安全监测系统是一种用于实时监测水库大坝结构、环境和运行状况的综合性技术手段。通过收集、处理和分析各种监测数据，为决策者提供科学依据，以确保水库大坝的安全运行。以下是一个水库大坝安全监测系统的解决方案：

1、系统组成：

数据采集设备：包括位移传感器、应力传感器、渗流传感器、温度传感器等，用于实时采集大坝的各项监测数据。

数据传输设备：包括无线传输模块、光纤通信模块等，用于将采集到的数据实时传输至数据处理中心。

数据处理中心：负责接收、存储、处理和分析监测数据，生成监测报告和预警信息。

预警系统：根据监测数据和预设的安全阈值，对可能发生的安全隐患进行预警，提醒相关人员采取相应措施。

监测设备选择：根据水库大坝的特点和需求，选择合适的监测设备。常见的监测设备包括位移传感器、应变计、压力传感器、温度传感器等。这些设备可以实时监测大坝的位移、应力、温度等参数，为大坝的安全评估提供数据支持。

数据采集与传输：监测设备采集到的数据需要通过有线或无线的方式传输到数据处理中心。可以选择使用光纤、无线网络等方式进行数据传输，确保数据的实时性和准确性。

2、监测内容：

大坝变形监测：通过位移传感器监测大坝的水平位移、垂直位移和倾斜角度，评估大坝的稳定性。

大坝应力监测：通过应力传感器监测大坝的应力变化，评估大坝的受力状况。

渗流监测：通过渗流传感器监测大坝的渗流量和渗流速度，评估大坝的防渗性能。

温度监测：通过温度传感器监测大坝的温度变化，评估大坝的工作状态。

环境监测：包括降雨量、水位、地震等环境因素的监测，评估外部环境对大坝安全的影响。

3、数据处理与分析：

将采集到的数据传输到数据处理中心后，需要进行数据清洗、处理和分析。可以使用专业的数据处理软件对数据进行处理，提取出有用的信息，并进行数据分析，判断大坝的安全性。采用先进的数据处理算法，对采集到的监测数据进行实时处理和分析。根据历史监测数据和工程经验，建立大坝安全评价模型，对大坝的安全性能进行定量评估。生成监测报告和预警信息，为决策者提供科学依据。

4、预警与应急响应：

根据预警信息，及时采取相应的应急措施，确保大坝的安全运行。

定期对预警系统进行维护和更新，提高预警的准确性和及时性。

根据数据分析的结果，建立大坝安全的预警系统。当监测数据超过预设的安全阈值时，系统会自动发出预警信号，提醒相关人员采取相应的措施，防止事故的发生。

5、系统维护与管理：

建立完善的系统维护和管理机制，确保系统的正常运行。

对系统进行定期检查和维护，及时发现和解决系统故障。

对系统进行持续优化和升级，提高系统的技术水平和应用效果。

综上所述，水库大坝安全监测系统解决方案需要综合考虑监测设备的选择、数据采集与传输、数据处理与分析、预警系统的建立、定期巡检与维护以及培训与技术支持等方面，以确保大坝的安全运行。

二、系统组成

水库大坝安全监测系统由水库智能感知、物联网技术信息网络通信（RTU）、云端智慧监控管理工作平台组成。水库在线监测具有自动采集、分析和报告水库水位、降雨、图像、渗流等运行数据的功能，自组织网络和数据终端具有采集和通信各要素的功能，水库安全监测预警系统的云平台具有监测数据的智能分析和预警功能，实现了水库运行状态的感知和监测、运行情况分析、安全管理、巡检在线管理等综合运行支撑，有效辅助相关部门制定防汛抗旱调度方案和应急预案，实现水库的信息化管理。可以把水库大坝安全监测系统分为四层：感知层、网络层、平台层、应用层。

感知层：实时感应水库大坝监测参数传感器的状态，如变形监测、地表沉降、土体位移、土壤含水率、土压力、渗压计、水位计、雨量计、GNSS接收机、固定式测斜仪、渗压计、高速高清摄像机、孔隙水压计、雷达物位计、拉线式位移计、土压力计、表面应变计、埋入式应力计等前端感知设备。

网络层：支持数据通信，可上、下双向通讯，支持无线蜂窝网络、短信、北斗、等通信方式。RTU设备可通过监测预警平台的通讯方式，上行发送至监测控制中心平台。

平台层：整合各层设备和系统功能，通过信号的连接，下发平台对前端感应器的命令，上传监测数据的采集、处理、存储和分析，实时联动前端各大监控设备。

应用层：监测中心通过实时数据接收汇集管理及监测预警平台可以实现各种监测数据的共享，对各种监测数据进行查询、分析、预警和管理。开启信息发布途径，实时展示信息数据和预警信息。

三、设备详情

HC1000 遥测终端机集传统水文遥测终端机功能GPRS/CDMA/WCDMA/EVDO/LTE/NB-IoT 无线长距离及 LoRa 无线短距离传输功能于一体，实现水文/水资源等数据的采集、存储、显示、控制、报警及传输等综合功能。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、模拟量输入、开关量输入和开关量输出(继电器驱动)接口，可满足水文/水资源及其它应用的各种需求。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。实物如图一所示。

                             图一               图二

HC1001遥测终端机 2G/3G/4G/5G/Ethernet/NB-IOT/LoRa 等通信功能于一体，实现水文/水资源/TCP Modbus 等数据的采集、存储、显示、控制、报警及传输等综合功能。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、以太网、TF 卡、SDI-12、模拟量输入、开关量输入、开关量输出和继电器接口，可满足各种不同水文/水资源及其它应用需求。同时配备4.3 寸 TFT 触摸屏，方便现场调试和参数配置。该产品可广泛适用于智慧城市项目建设中的城市内涝积水，污水水质监测，城市管道监测，雨量站监测和压力点监测等；适用于现有水利项目的雨量点监测，河道水雨情监测，水库水雨情监测，流量站，灌区，明渠监测等；适用于智慧水务项目的水厂自动化监测，水质在线监测，供水管网监测，大用水户监测，二次供水监测等；适用于地质灾害项目的崩塌、滑坡点监测，泥石流监测，表面、深部位移监测，土壤含水率监测，地声监测，孔隙水渗压自动监测，雨量、地表水位检测等。实物如图二所示。

HC8007 气泡水位计运用场景：中小河流水位监测量；海洋、地下水水位的测量；发电厂调压井水位、大坝上下游水位的测量；化工、煤矿、污水处理、自来水厂等处的水位及液位的监测。实物如图三所示。

HC8006SLF雷达液位计天线发射及窄的微波脉冲，这个脉冲以光速在空间传播，遇到被测介质表面，其部分能量被反射回来，被同一天线接收。发射脉冲与接收脉冲的时间间隔与天线到被测介质表面的距离成正比。由于电磁波的传播速度极高，发射脉冲与接收脉冲的时间间隔很小（纳秒量级）很难确认，HC系列26G雷达液位计采用一种特殊的解调技术，可以准确识别发射脉冲与接收脉冲的时间间隔，从而进一步计算出天线到被测介质表面的距离。实物如图四所示。

雨量传感器（加热）是一种水文、气象仪器，用于测量自然界降雨量，同时将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出，以满足信息传输、处理、记录和显示等的需要。本仪器由承雨器部件、计量部件和加热装置等组成。承雨口采用口径Φ200mm。计量组件是一个翻斗式机械双稳态秤重机构，其功能是将以mm计的降雨深度转换为开关信号输出。加热装置，可以在诸如下雪天等寒冷天气情况下接上220V，启动加热装置。实物如图五所示。

                图三                   图四                    图五

四、系统价值

水坝是一种特殊的建筑物，它的安全性与其他建筑物有着本质上的区别，一旦发生安全事故，就会对下游地区的生命财产和环境造成严重的损失。因此形成一套先进实用，高效可靠，高度自动化的大坝安全监控体系势在必行。在对各类信息进行采集、整理与分析的基础上，对大坝的安全性进行评估，此外还要对大坝的安全性进行检验计算参数的精度、计算方法的实用性以及对施工方法的有效性进行反馈，协助管理者对灾情进行准确、快速的预警预测，保障人民群众的生命和财产安全。