百色水利枢纽安全监测工作发展方向研究

王 伟 马建新 周少良

(广西右江水利开发有限责任公司，广西 南宁 533000)

百色水利枢纽建成投运至今已逾15年，为流域、区域经济社会发展做出了巨大贡献，但工程安全监测和智慧管理技术应用却相对滞后，不能满足新阶段水利高质量发展的要求。加快推进工程安全监测工作信息化、智能化建设，既是信息社会对水利工程管理提出的客观要求，也是新阶段水利发展的重大任务。作为流域重要控制性水利工程，百色水利枢纽安全监测工作需要进行全面技术升级，本文从该工程实际出发，认真剖析现阶段安全监测工作存在的问题，结合云计算、大数据等现代化信息技术手段，研究探讨百色水利枢纽工程安全监测工作的发展方向。

1 工程概况

百色水利枢纽位于珠江水系郁江流域右江干流，坝址距离广西百色市约22km，是集防洪、水资源配置、水力发电等综合效益于一体的大型水利枢纽工程。工程总库容56.6亿m3，防洪库容16.4亿m3，正常蓄水位228m，汛限水位214m，水库死水位203m(水库初期运行死水位195m)，电站装机容量540MW，多年平均年发电量16.9亿kW·h。枢纽工程由主坝、地下厂房、副坝和通航建筑物四部分组成。主坝为全断面碾压混凝土(RCC)重力坝，坝顶高程234m，坝顶总长720m，最大坝高130m。地下发电厂房布置在左岸，由主机洞、交通洞、通风疏散洞等建筑物组成。副坝包括银屯、香屯两座副坝，均为均质土坝，坝顶高程为235m，坝顶宽8m，其中银屯最大坝高39m，坝顶长375m；香屯副坝最大坝高26m，坝顶长96m。通航建筑物一期工程已完成了受库区蓄水水位影响的上游引航道部分。工程于2001年10月开工建设，2005年8月下闸蓄水，2006年12月4台机组全部投产发电，2016年12月通过工程整体竣工验收。

2 安全监测简况

根据《混凝土坝安全监测技术规范》(SL 601—2013)、《土石坝安全监测技术规范》(SL 551—2012)等要求，百色水利枢纽安全监测工作以工程安全监测数据为依据，结合工程结构特点及地质条件，准确分析工程的运行状况，给出调度运行的合理化建议，在确保工程安全的前提下，尽可能地发挥工程的综合效益。工程投运以来，一直按照规定开展巡查、观测、整编、分析等工作，有效保障了枢纽工程的安全稳定运行。

百色水利枢纽安全监测系统包括RCC主坝、引水发电、副坝及引航道监测系统。监测项目包含变形、应力应变、温度、渗流、水位、环境量等。监测系统随主体工程同步施工，监测仪器于2002年11月开始埋设，2008年5月31日完成完工移交现场，共计埋设各类传感器2202支，接入自动化系统1885支。经过近15年的不间断运行，安全监测系统出现传感器老化失效、自动化系统软件功能落后、稳定性及可靠性降低，网络安全防护不到位等情况，副坝监测项目未实现自动化，难以满足百色水利枢纽工程实际监测需求。2018年起，按照百色水利枢纽实际情况，参照国家有关规程规范，以全面提升监测自动化水平为主旨，根据大坝运行情况、安全监测设施的完好情况和存在的问题，本文对现有设施设备进行合理有效的整合，对百色水利安全监测系统进行了升级改造，以充分利用和发挥原有监测仪器设施的功能及作用，重点保证及提升变形与渗流渗压监测仪器设施完好率。系统已于2021年改造完成并投入使用，改造后的安全监测信息管理系统采用全B/S模式运行，可跨平台使用，并且提供手机APP客户端。

3 存在问题剖析

3.1 信息资源匮乏

目前百色水利枢纽安全监测系统仅接入了水工建筑物的传感器监测信息，但要全面分析并保障百色水利枢纽安全运行，却需要掌握工程地质条件、工程建筑质量、设计基础资料、运行调度情况、安全管理规定以及水雨情等多元信息。上述各类信息采集的时空间隔、数据类型、数据精度与信息表达方式具有多样性特点，并且各信息系统分属不同的职能部门或行业，各系统间相对独立，信息的标准化、统一化程度非常低，信息种类不全。

3.2 信息共享困难

由于各类数据交互渠道缺失，数据共享机制不健全，导致原本就有限的信息资源共享更加困难。百色水利枢纽工程建设了水雨情遥测、闸门在线监测、水调决策辅助等多个应用系统，获取了大量的宝贵数据信息，但由于各应用系统服务目标单一，各自的专用数据库和软件技术水平、开放程度各异，导致出现条块分割的特征，形成了以专业为边界的信息孤岛。由于已建成的各应用系统数据库与具体业务紧密绑定，数据库规范性较差，基本自成体系，未严格按照现行的水利数据库表结构执行，在共享环境中数据库内的信息很难理解，客观上形成了难以逾越的数字鸿沟。各系统基本是委托开发，在开发建设之初未考虑数据共享需求，后续很难进行数据共享的二次开发，人为产生了信息壁垒。从客观上讲，目前百色水利枢纽网络基础设施薄弱，从各水工建筑物现场至数据中心的通信网络保障率低，数据中心的网络安全防护等级低，难以有效支撑信息资源共享需求，导致信息交流不畅、效率不高、安全缺乏保障，阻碍了信息共享。

3.3 现代信息技术应用不足

目前BIM、云计算、大数据、AI、VR等技术蓬勃发展，但在百色水利枢纽工程中的应用却很少，不仅表现在应用的范围和水平上，还表现在对各类现代信息技术的认知上。当前阶段，在电力、交通、航运等行业，智能感知、模式识别、机器学习等信息技术已经全面应用，遥感、卫星导航定位、合成孔径雷达、BIM等多种先进技术手段也不断升级，但水利工程监测仍然停留在传统水利层面，对新技术、新手段的应用捉襟见肘。数字孪生工程建设推进缓慢，由此导致安全监测工作向智慧水利阶段转变的思路及方向仍不清晰。

4 发展方向研究

按照水利十四五规划要求，2025年基本实现水利工程数字孪生建设，百色水利枢纽安全监测工作迎来了难得的发展机遇。但安全监测的未来绝不是简单的将工程对象数字化、信息化，它应该是在实现监测工作数字化、信息化的基础上，高度融合信息技术，形成以深度感知、广泛共享、全面整合为特征且具备自动预判、自主决策、自我演进、智慧管理能力的监测工作模式。

4.1 深度感知

百色水利枢纽需要建设全方位、全对象、全指标的监测感知体系，为工程运行管理提供多种类、精细化的数据支撑。既需要不断升级完善传统监测手段，又需要卫星遥感、GNSS、视频监控等新技术；既采集工程的主要运行数据，又采集与其相关的水文、环境量等数据，构建标准统一的“深度感知”网络。未来三年，百色水利枢纽需要不断提升监测覆盖范围，建立全面覆盖主坝、副坝、汪甸防护工程、剥隘滑坡治理工程以及近坝库岸的监测系统，以卫星遥感、GNSS等技术为支撑，实时感知各建筑物的变形、渗流、应力应变等信息，并以统一格式传输至百色水利枢纽数据中心，建设智能视频巡视检查系统，提升缺陷隐患感知能力，建立隐患缺陷数据库，弥补常规传感器感知的不足；此外，还要提升感知系统的可靠性，强化数据感知保障能力，采用边缘计算、增量传输、云存储、云计算等技术，对感知系统采集装置、传输存储系统、数据自动分析评级系统进行优化。

4.2 广泛共享

广泛共享包含网络互联和信息共享两个层面。在网络互联层面，要实现感知对象和其他各平台之间的互通互联，既需要光纤、微波、RS485等传统通信技术的支撑，又需要物联网、移动互联网、蓝牙、zig-bee、卫星通信等现代技术支持，建设覆盖百色水利枢纽整个工程区域的数据传输通信网络，重要节点建设由局域网、广域网、卫星网、移动网组成的数据传输保障体系，确保数据传输畅通无阻。在信息共享层面，需要通过制定统一的信息交换渠道和数据交换格式，利用异常数据自适应识别技术、异构数据融合技术、BIM+技术等，使各类数据能全参与、全交换，实现百色水利枢纽安全监测、巡视检查、水雨情、工程运行调度等深度感知数据的共用、复用和再生，为各类工程应用提供丰富的数据支撑。

4.3 全面整合

全面整合现有的监测数据和工程业务数据，充分考虑结构化与非结构化数据并存的多

源异构信息，利用机器学习算法、大数据等技术，对百色水利枢纽长期运行累积的多源异构数据进行有效整合，弥补因仅依据单一数据信息造成的工程性状评估偏差。同时建立环境变量与变形、渗流等效应量同类和异类信息融合的感知模型，实现枢纽工程多尺度、多维度、异构、多源信息数据层和特征层的深度融合，进一步建设基于BIM的多源异构数据融合智能可视化分析系统乃至数字孪生百色水利枢纽，为百色水利枢纽工程运行调度决策提供技术支持。

5 结 语

百色水利枢纽安全监测工作在工程安全运行中扮演着极其重要的角色，深度感知、广泛共享、全面整合是其发展方向，但是目前尚停留在思考和设想阶段。如何将物联网、云计算、大数据等现代化技术融入到监测工作中，全面感知枢纽工程多源信息，通过广泛共享和全面融合，科学优化资源配置，增强风险识别能力，实现大坝安全智能监测和智慧管理，充分发挥百色水利枢纽工程综合效益，保障工程安全，提升管理水平，是当前及今后一个阶段的重要任务。