淤地坝安全自动监测预警系统解决方案

一、方案背景

淤地坝是在水土流失地区各级沟道中，以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物。其主要作用为：滞洪、拦泥，淤地、蓄水、减轻黄河泥沙，保持水土不流失、建设农田、发展农业生产等。我国黄土高原地区现有淤地坝58776座，存在量多面广，建设标准低，泄洪设施不完善，在汛期暴雨天气下极易发生水毁事件等问题。同时，管理手段特别是信息化手段落后，导致防汛任务重、管理压力大、监管责任落实难。

为深入贯彻落实《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》，提升黄土高原淤地坝安全运用管理能力和水平，支撑淤地坝安全度汛和精准监管，按照水利部安排部署，各省市陆续启动淤地坝安全监测及信息管理系统建设工作。

二、系统组成

淤地坝安全自动监测预警系统项目包括：降雨、水位、渗压、变形、位移、应力、视频监控这7个参数。在每座淤地坝上独立布设雨量计、水位计、渗压计、应力计、地表位移站、视频站、太阳能等供电系统等监测设备；每座淤地坝的监测设备由该坝体安装的太阳能供电系统进行供电。各淤地坝监测设备通过传感器系统与全省监控调度中心进行系统集成，从而实现全省淤地坝监测数据的自动化实时监测。可以把淤地坝安全自动监测预警系统分为四层：感知层、网络层、平台层、应用层。

感知层：实时感应淤地坝监测参数传感器的状态，如雨量计、水位计、渗压计、变形、位计移、GNSS接收机、高速高清摄像机、孔隙水压计、雷达物位计、拉线式位移计、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、PSTN、超短波等通信方式。感应设备M21F2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、系统功能

数据实时监测：实现在线监测的地图显示、查看，包括监测设备的快速查询显示、监测数据展示、报警情况显示及监测数据曲线图的实时展示，通过系统主界面的显示功能，可以查看设备的位置、运行状态，掌握其淤地坝体浸润线及坝体内孔隙水压力、库内水位、水库出入入流量、降雨量、坝体位移的实时监测。

及时报警：通过布设在淤地坝体内部和表面的各种类型的传感器，获取淤地坝变形、渗流、沉降、位移、水文、气象等相关数据。传输到相关软件系统，实现对整个坝体的全方位实时监测。等数据超过告警上限时系统自动根据该预警数据发布不同级别的报警信息。可设置多级报警，支持弹出软件窗口报警、邮件报警、短信报警及声光报警等功能多种方式传达至相关领导和责任人。

视频远程监控：包括对淤地坝上和周围的实时视频监控，用户可以从监控终端中实时的看到现场的视频图像，同时还可以通过软件控制现场摄像机镜头以及云台，根据需要调整光圈大小、焦距远近、变倍高低以及视频角度等，满足用户对现场多方位视频图像的监控需要，确保淤地坝运行安全。

数据分析预判：对大坝浸润线、坝水位、实时雨量、大坝渗流量及坝体位移历史数据等相关数据进行综合比较分析，推算出各类坝体运行数据的时间和空间的相关性，综合判断坝体健康状况。

GIS模拟建模：在适用前提下将水库大坝安全管理过程中的新思想、新方法融入到系统开发，做到数据和图形相融合、GIS与数学模型相结合，把科学计算的结果通过三维情景表现和动态的形式直观表现。

操作便捷：具备LCD液晶显示屏以及多功能输入键盘，用于现场参数设置、人工置数、安装调试、状态显示等功能，以及串口配置方式。 支持多种工作模式（包括自报式、查询式、兼容式等），最大限度降低功耗。

四、系统意义

淤地坝智能监测预警管理系统主要针对淤地坝特征及监管需求开发的可视化平台，综合展示了实时视频监控概况、预警信息、设备在线数量等，为淤地坝安全运行防治提供及时、准确、全面的数据支撑和可视化快捷查看，为水利工作人员针对具体事件作出应对措施，增强应对突发事件的能力，更提高了运管效率。可为制定精准化的流域水土流失治理方案、淤地坝智慧监测与运行方案、淤地坝系洪水风险图等提供技术支撑，从而进一步提高淤地坝综合利用率与智能化监管水平，实现淤地坝治理水土流失、改善黄河流域生态环境、更好地满足当地人民生产、生活的作用。