物联网技术在水库管理中的应用研究

洪卫华，邵卓伟

1.中国铁塔股份有限公司衢州市分公司；2.中国铁塔股份有限公司舟山市分公司

近几年来，水库管理事业进入新的发展阶段，浙江省水利数字化发展“十四五”规划明确提出“构建统一的水利感知物联网平台，以实现重要水利感知设施智能化管理”，2021年下发《关于数字水库试点建设要点》，提出要加强感知体系建设，其中包括数据感知设备、数据采集、数据清洗、数据传输及数据存储等数据汇集过程。需加快水库信息化的建设，已成为提升水库管理现代化的重要途径。目前水库管理信息化建设中存在着监测自动化程度低、传输网覆盖不足等问题。不能适应水库高质量管理的需要，而物联网技术的出现和逐步成熟为水库管理信息化发展带来了新的机遇。

一、水库管理信息化技术发展现状调查

（一）水库管理信息网络的覆盖面迅速扩大

近几年，水库管理信息化网络建设有了长足的发展。国防部、江委、省政府、省政府、省气象局、省水文气象局等有关信息网络正在逐步完善，从而发挥其效益，为实现数据图像网络传输和“三网合一”奠定了基础[1]。

（二）信息存储服务能力不断提高

其配备了水库管理设施的库容有了显著提高。以湖南省为例，水库管理厅效益综合数据库一期工程数据包括1万多个大、中、小型水库，其中有135个海域大型电力排水系统，256个大堤等技术资料。大中型灌区及各类水库管理实时水文气象资料、统计资料和报表等，其建立了全省水库管理信息资源统一规范的数据中心平台[2]。

（三）新的感知信息技术应用逐渐扩大

在灾害性天气预报和水旱灾害监测中，遥感技术得到了广泛应用。在防汛抗旱工作中，视频传输技术起着咨询、订购、发送等重要作用。可视化技术正逐渐为人们所采用，而越来越多的流域和水体的模拟与管理以及越来越多的数学模型。

（四）水库管理业务支持应用显著加强

已有多种水库管理系统投入使用，覆盖水库管理运行的各个方面。尤其在防汛抗旱体系建设方面发展很快：为防范汛抗旱咨询系统、防汛抗旱报告系统、防汛地理信息系统，其先后部署了山区人口灾害预警系统和防汛抗旱系统。同时为各级政府及时了解防汛形势、科学决策提供了较好的平台，在抗灾救灾中发挥了重要作用[3]。

二、目前水库管理信息化存在的困难

我国多数中小型水库、山塘建于20世纪50-70年代，其管理监测自动化水平较低。但由于地理位置偏僻，传输网覆盖困难，通信能力差，电力供应困难，信息化管理建设成本相对较高。以浙江省衢州市为例，全市共448座小型水库，水雨情遥测覆盖率58.7%，大坝安全监测覆盖率仅14%，视频监控覆盖率仅29%，巡查责任人基本为当地村民。日常养护仅限于杂草清理和设施维护，每座小型水库年预算保障额度不到2万元，安全运营管理问题突出。尤其在台风暴雨等恶劣天气期间无法实时获取安全信息，难以对库容调度管理作出精准决策。

与此同时，由于分散式的行政管理，水库管理的信息资源分布在不同的责任部门，其形成了一大批信息孤岛。信息基础设施和共享机制不协调，信息开发和充分利用能力低，使有限的信息资源无法成为可共享的、可利用的、高效率的公共资源。

三、水库管理中的信息化技术与物联网技术

与传统网络相比，物联网具有突出的技术优势和适用场景。第一，各种传感器技术的广泛应用，而每一个传感器都是信息的来源。各类传感器采集的信息内容和格式各不相同，它们定期根据特定频率实时收集环境信息，并不断更新数据。第二，基于公用移动通信网络或光纤网，与因特网相结合，能够实时、准确地传输物体的信息。为确保数据准确、及时，必须适应各种异构网络和协议，物联网不仅实现了传感器的互联，而且还提供了智能处理能力，物联网将传感器与智能处理相结合，其利用云计算、模式识别等智能技术，扩大其应用范围，以满足不同用户的需求，探索新的应用领域和应用模式。

（一）物联网技术的演变过程

“物联网技术，是利用射频测量(RFID)、红外线传感器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感器，按照约定的协议，并将每个物体连接到因特网上，进行信息交换和通信的网络技术。物联网诞生于1999年，2005-2009年流行，“物联网”一词已被国内外广泛接受。在国际电信联盟(ITU)2005年发表的报告中，物联网的定义和范围已经改变，其覆盖面也大幅度扩大。自从2009年8月提出“感知中国”以来，物联网已经正式被列入中国五大新兴战略产业。并被写入政府报告，引起了中国社会的广泛关注。

（二）物联网与水库管理系统的结合

现代水库管理系统，早已广泛应用物联网技术，其运用雨量计、水位计、蒸发计、土壤湿度监测、泥石流、干旱预警等物联网监测设备，以实现各种类型水库管理信息的数字化、网络化，使传统的水库管理向现代化、可持续发展的管理转变。其中主要结合点包括：

水资源调节：可通过闸门、水泵、阀门等设施控制水库、河流流量和供水管网，在汛期和缺水期进行水资源调节；

储水设施监测：通过位移、渗漏、裂缝、应力等传感器。应用于水旱预警、水环境监测、水库运行监测和水资源调度等资源管理热点问题[4]。

感应监测网络：采用QR码、RFID和传感器来实现对“物体”的检测。主要有雨情监测、水库管理工程监测、水质监测、水土保持监测等。

四、物联网技术在水库调度管理中的应用

（一）物联网在智能储水管理的应用

现阶段，物联网在水库储水管理中的应用已经初具规模。水利部门以传感器网络为支撑，且开发了智能水资源管理平台。为储水管理的决策辅助、自动化作业等提供了有力的支撑。

系统其中包含通用操作系统、咨询与决策支持系统等功能模块，拥有水文自动预报、供水监测、山洪灾害预警、水管理工程基础信息管理、水环境监测等子系统。以此实现智能化感知、部署和管理，可显著提升水资源管理和水生态环境管理的信息化和智能化水平。

（二）物联网技术在水库大坝安全防控的应用

常规大坝安全监测手段，是采用人工观测浸润线的各点渗流水位，并进行坝体浸润线的安全分析。以无线物联网技术为平台的水库大坝安全监测系统，运用智能化检测仪器。以及数据采集网络的"无线网络"等技术，从环境感知、工程感知、控运感知三个方面进行安全监测，需结合大数据分析，对坝体的安全状况进行实时监管，有效提高水库大坝的管理效率，减少人工巡检，节省人力物力。

此外，安全监测系统基于数据库的WEB技术和野外太阳能后备电源为基础，使所建设的水库大坝安全监测系统达到无线、网络化，并通过互联网实现了数据共享，可以实现全天候24小时实时监测，及时掌握水库大坝情况，可保障人们生命财产安全。

（三）物联网技术在地方政府防汛管理中的应用-浙江舟山山塘水位监测系统

舟山地处沿海，台风强、梅雨多、雨量大，水文业态多样，水利和防汛、防台等工作一直面临严峻挑战。山塘通常为地处比较偏远的小型水库。通常情况下不通电、不通网，采用数字化、智能化管理在建设成本上压力比较大，其存在一定困难，物联网技术则可以在山塘管理上发挥立竿见影的效果。舟山水利部门将山塘水位“溢洪”作为重点管理监测的核心数据，可通过低成本采用太阳能+4G物联网+超声波的物联网技术实现水位的数据实时采样回传，并依托后端的智能分析平台，以实现水位即将溢洪情况下提前预警和派单，低功耗、低网络流量的物联网技术发挥了关键性的作用，后续也在探索通过现场雨量计、溢洪口流速等这些物联网感知设备，需结合当地气象数据，提前预判水位超警戒情况，给当地管理部门提供险情处理决策依据。

建设山塘水位监测系统，低成本、高成效地完成所有山塘全面覆盖，是舟山水利在全省数字化改革中，并按照“大场景、小切口”的思路，急用先行拿出的看得见、摸得着的成果，解决了实际问题，提高老百姓的获得感，也是“我为群众办实事”的一次成功实践。

五、物联网技术在水库管理领域的应用前景

利用物联网技术，可有效解决水库人工养护水平低下、自动化监测程度低、成本预算保障不足等管理难题。预计物联网技术将在防洪管理、水资源管理、水生态监测等领域发挥更大作用。基于水资源调控、水生态监测和水库管理设施监测的应用将日益广泛，将全面提高水资源管理和防汛抗旱决策的信息化、智能化水平。

六、结束语

物联网技术的发展，为我们开启了解决水库管理难题的新路径，并与各项其他信息技术的综合运用，使水库管理工作更加智能、高效。与此同时，新技术的可靠性、稳定性和安全性也应在选用中加以充分考虑，因此，必须加强知识库建设，做好信息共享，统筹运用好管理机制与先进技术。在实践中提升对新技术可靠性的认知，可提升效益规避风险，推动水库管理工作健康、有序地发展提升。