大坝安全监测项目技术方案

大坝安全监测项目技术方案大坝安全监测项目技术方案V3.0一、项目概况 5 52、水库及安全监测设施现状 5二、规划设计 6 6 7 7三、设计依据 7四、基础建设 10 2.2、渗流监测 六、安全监测数字化建设 23 2、总体架构 4.1功能模块一览 274.2信息管理系统 274.3健康监测系统 28 31 324.8工程巡检系统 334.9水雨情系统 七、原型监测及运行期观测 38 2、监测(观测)频次及监测服务周期 大坝安全监测项目技术方案V3.0一、项目概况小型水库量大面广点多，承担着防洪、灌溉、供水和生态等以公益性为主的多种功能，其安全运行事关防洪安全、供水安全、粮食安全和生态安全。省人民政府办公厅印发《***省小型水库系统治理工作方案》(***政办发〔2020)56号〕,明确提出：全面实施小型水库系统治理，加快推进水库治理体系和治理能力现代化，补齐水库运行管理短板，推动省域水库治理现代化走在全国前列。为此，***43座小型水库系统治理，主要工程措施除险加固、上坝道路及放水设施提升改造、水库安全监测等(包含醋下水库除险加固设计)。2、水库及安全监测设施现状***小型水库大坝数量众多，但是由于维护和管理的问题，很多小型水库大坝并没有进行科学合理的监测。绝大部分小型水库均采用人工方式进行水库安全进行定期观测，对于一些已经进行监测的小型水库大坝，监测方法相对简单，大多为安装传感器、视频监控等传统手段，缺乏科学系统的监测方式。在这种情况下，对于小型水库大坝的安全评估和管理存在不少缺陷。本次项目针对对***43座水库大坝安全监测设施提升改造，设置渗流量监测、渗流压力监测和表面大坝安全监测项目技术方案V3.0变形监测设施等。二、规划设计本次采购为***水库安全监测设施建设规划设计，规划建设内容为：对***43座水库大坝安全监测设施提升改造，设置渗流量监测、渗流压力监测和表面变形监测设施等。主要要求为：1、增设大坝安全监测设施及自动化改造对照***小型水库的综合评估结论，以及监测设施改造的需要，根据各水库特性，按照《***省人民政府办公厅关于印发***省小型水库系统治理工作方案的通知(***政办发库一策"方案编制导则(试行)》的通知》、《小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设与运行管理办法》等文件的要求，增设表面变形、渗流、渗流量监测设施自动化监测设施。结合小型水库工程实际现状，对***小型水库监测设施的增设内容为：1、小(1)型和坝高30.0m及以上的小(2)型水库增设水平和垂直位移监测设施，并升级为自动化；对于坝高小于30.0m的小(2)型水库，增设水平和垂直位移监测设施，采用人工观测方式。2、小(1)型和坝高15.0m及以上的小(2)型水库增设渗流压力监测设施，并升级为自动化。大坝安全监测项目技术方案V3.02、***小型水库工程安全分析及预警评价场景应用完成***小型水库工程安全分析及预警评价系统。要求工程安全分析及预警评价场景以水利一张图为基础，实现区域内所有水库基本信息和安全研判预警状态等汇总展示。支持区域所有水库监测统计情况的查询和导出，能实时展示单座水库大坝运行状态、安全预警汇总，支持对单座水库大坝安全监测进行实时研判预警及处置功能，实现对各类监测预警事件的处置流程的实时跟踪以及预警项目处置情况的汇总。***小型水库工程安全分析及预警评价场景应用要求完成后具备能实现与省、市水管理平台对接的条件。基础设施网络安全满足相关部门的安全防护的要求。3、编制小型水库运行期安全监测管理规程***地标通过本次项目建设小型水库运行期安全监测管理规程***地标的编制、专家评审、发布等工作。本次项目采用国家和行业主管部门颁布的现行技术规程、规范、标准和技术条例，包括(但不限于):1)《***省人民政府办公厅关于印发***省小型水库政办发(2020)56号);2)《***省水利厅***省发展和改革委员会***省财政厅***省自然资源厅***省生态环境厅关于印发***省小型水库综合评估指导意见的通知》(***水运管[2021]1号);大坝安全监测项目技术方案V3.03)《小型水利水电工程碾压土石坝设计规范》大坝安全监测项目技术方案V3.0年版);版);38)《***省控制性详细规划图集编制导则》(试行)。39)设计文件、图纸及其他相关资料等。大坝安全监测项目技术方案V3.0第10页主要依据《水利水电工程安全监测设计规范》1.2.1表面变形设施5、2、2的要求：4级、5级土石坝平行坝轴线的表面变形测线不宜少于1条，应与各条测点与监测横断面相交部位布置于300m时，测点间距宜取20~50m;坝轴线长度大于300m时，测点间距宜取50~100m。1.2.2坝体渗流监测设施布置要求5、2、2的要求：渗流监测宜采用渗压计、测压管、量水堰坝，心墙体内布置1~2条测线，心墙下游侧和排水体前缘各大坝安全监测项目技术方案V3.0第11页1条，排水体前缘布置1条。根据5、2、3的要求：渗流压(1)表面变形监测：小(1)型水库和坝高30.0m及以上的小(2)型水库采用GNSS监测系统，实现表面位移自动坝高小于30.0m的小(2)型水库包括水平位移和垂直(2)渗流压力监测：小(1)型水库和坝高30.0m及以上的小(2)型水库布置渗流压力监测，不论坝长，每座大坝均布置2个监测横断面，每个横断面布置3支测压管；坝大坝安全监测项目技术方案V3.0第12页高20.0m~30.0m小(2)型水库布置1个监测横断面，每个横断面布置3支测压管；坝高15.0m~20.0m小(2)型水库布置1个监测横断面，每个横断面布置2支测压管。测压管分别为：坝顶路缘石下游侧2m、排水棱体前缘4m及前述两支测压管的中间(2支断面不布置)。渗流监测通过钻孔埋设测压管，管内安装渗压计。坝顶路缘石下游的测压管管底宜深至最大坝高的3/4,排水棱体前缘的测压管管底宜深至建基面处，中间部位的测压管管底宜比其上游的测压管低2m。测压管内安装渗压计，实现自动化监测。(3)自动化系统：渗流监测、GNSS监测系统(表面位移监测)采用自动化监测，每支监测仪器配置1套采集装置，通过无线传输模块传至监测云平台，并通过监测软件对监测数据进行管理、整编分析等。2.1、表面变形监测(1)布置要求大坝表面变形监测包括水平位移和垂直位移，采用的人工监测方法。布置要求为：根据《水利水电工程安全监测设计规范》(SL725-2016)5.2.2的要求：4级、5级土石坝平行坝轴线的表面变形测线不宜少于1条，应与各条测点与监测横断面相交部位布置测点，并根据坝体结构、材料分区和地形、地质及坝后观测房布置等情况增设测点。监测横断面的布置，坝轴线长度小于300m时，测点间距宜取20~50m;大坝安全监测项目技术方案V3.0第13页坝轴线长度大于300m时，测点间距宜取50~100m。(2)本项目布置方式1、小(1)型水库和坝高30.0m及以上的小(2)型水库表面变形GNSS监测设施，布置1条测线(纵向，沿坝轴线方向),布置3个测站和1个基准站，副坝增加2个测2、坝高小于30m小(2)型水库1)土石坝：坝高15.0m及以上在坝顶及下游坝坡1/3坝高或者马道处各布置1条测线，坝顶测线布设3个测点，下游坝坡1/3坝高或者马道处布置2个测点，每条测线在两1条测线3个测点，在两岸基岩上各布置一个工作基点。垂1个水准基点。2)混凝土坝：在坝顶布置1条测线3个测点，在两岸山体设1个水准基点。(1)布置要求小(1)型水库和坝高30.0m及以上的小(2)型水库布置渗流压力监测，不论坝长，每座大坝均布置2个监测横断面，每个横断面布置3支测压管；坝高20.0m~30.0m小(2)型水库布置1个监测横断面，每个横断面布置3支测压管；坝高15.0m~20.0m小(2)型水库布置1个监测横断面，每个横断面布置2支测压管。测压管分别为：坝顶路缘石下游侧2m、排水棱体前缘4m及前述两支测压管的中间(2支断面不布置)。渗流监测通过钻孔埋设测压管，管内安装渗压计。坝顶路缘石下游的测压管管底宜深至最大坝高的3/4,排水棱体前缘的测压管管底宜深至建基面处，中间部位的测压管管底宜比其上游的测压管低2m。(2)渗流设施布置方式渗流监测采用自动化监测，每支监测仪器配置1套采集装置，通过无线传输模块传至监测云平台，并通过监测软件对监测数据进行管理、整编分析等。3、监测仪器设备基本要求及选型原则3.1、监测传感器要求1)保证其提供设备为全新的、先进的、成熟的、完整的和安全可靠的，且设备的技术经济性能符合招标文件的要2)所选监测仪器的国内制造厂家：有较强的设备制造质量保证，信誉好，且具有长期提供备件、维修和技术支持大坝安全监测项目技术方案V3.0第15页的能力，在10年内有备品备件支持。3)所选设备生产国内厂家获得国家质量技术监督局颁发的设备生产许可证，并在国内同类工程中成功应用。3.2、设备选型原则1)可靠性：系统应能长期稳定可靠运行；数据采集要求准确可靠；应有人工监测的接口，以保证即使自动化系统发生故障，也不会丢失监测数据；应用软件应运行稳定，确2)接口适应性(实用性):数据采集单元应能适应各种仪器的接口，以满足工作原理各不相同的监测仪器能方便3)先进性：由于自动化技术发展很快，安全监测自动化系统必须充分考虑技术的先进性和将来系统更新换代的4)开放性(可扩展性):能方便地进行升级、扩展、5)易维护：系统必须具有较强的自诊断能力，自动查出系统故障并发出信息，以便及时修复。系统维护操作应简6)对恶劣环境的适应性：能适应潮湿、露天等恶劣环7)防雷及抗电磁干扰：应具备防止感应雷电能力和抗大坝安全监测项目技术方案V3.0第16页8)冗余设计：应有各种类型的软、硬件作冗余，以备9)良好的抗干扰、防雷电能力强。10)符合国家或行业的技术标准和规程规范。1)遵循我国现行标准和条例，按照招标文件对监测项2)考虑到工程的总体要求和现有的条件，应选择经工3)自动测量监测仪器设备在满足准确度要求的前提下，4)系统选用的监测仪器设备，其品种、规格应尽量统5)自动化监测系统应做到组网灵活、安全可靠、稳定6)大坝安全监测管理软件应功能完善、界面友好，能大坝安全监测项目技术方案V3.0第17页提供B/S(浏览器/服务器)的网络用户平台；7)硬软件设备选择时应充分考虑生产厂商的专业技术水平和长期的技术支持能力。3.4、软件功能要求1)要求工程安全分析及预警评价场景以水利一张图为基础，实现区域内所有水库基本信息和安全研判预警状态等汇总展示。支持区域所有水库监测统计情况的查询和导出，能实时展示单座水库大坝运行状态、安全预警汇总，支持对单座水库大坝安全监测进行实时研判预警及处置功能，实现对各类监测预警事件的处置流程的实时跟踪以及预警项目处置情况的汇总。2)数据安全性***小型水库工程安全分析及预警评价系统需整合小型水库的工程管理信息，按照《数字水库建设要点(征求意见稿)》,该系统需对接省、市级管理平台，在网络安全、物理安全、数据安全和应用安全等方面需满足上级平台等级保护测评要求，取得计算机信息系统安全服务等级(三等及以上)证书，并保障应用和服务接口的可靠稳定安全运行。3)政务云或信创云部署***小型水库工程安全分析及预警评价系统建成后，要求满足***市政务云或信创云存储要求，能够统一部署在上级***市政务云或信创云专有云区。若政府有其他云服务部大坝安全监测项目技术方案V3.0第18页开孔：面积开孔率为10%~20%,孔呈梅花状布置、排列(2)渗压计精度：±0.1%F.S;分辨率：0.025%F.S。3)、电缆仪器电缆需采用专用的水工屏蔽电缆，绝缘电阻在50MQ以上，其击穿电压大于2000V,符合我国国家标准，满足(4)采集设备大坝安全监测项目技术方案V3.0第19页野外恶劣的环境下长期可靠地运行，低能耗，并备有备用电源，有可靠的防雷抗干扰保护措施。可采用多种通讯方式，便于系统组成和扩展。能接入振弦式、差动电阻式、电感式等各种类型的传感器。主要技术参数指标如下：可接传感器数：1~4支；具有实时采集、定时采集、离线采集功能；具备4G/5G无线通讯传输和RS485有线通讯传输；定时采集测量间隔：3分钟~30天；数据存储容量：≥7000条；数据保存方式：循环保存；系统平均无故障时间：≥10000小时；测温范围：-50℃~150℃;准确度：频率±0.05%F.S,温度：±0.5℃;分辨率：频率0.01Hz,温度0.1℃;供电方式：太阳能供电；系统防感应雷电强度：500W~1500W。1)技术要求GNSS基础：0.8m×0.8m×0.3m(长×宽×高)监测参数：可输出高精度地表位移、加速度和倾角观测值监测精度：水平位移：2.5mm+0.5ppm,高程位移：通讯方式：支持4G、NB-IOT,支持蓝牙、Lora(选配)边缘计算：支持RTK、后台和本机前端静态解算，可通过平台触发声光报警器报警传感集成：支持MEMS传感器触发，自动调节监测频率，可为485协议的传感器供电供网其他功能：定时休眠、电量监测、状态监控和远程升级电源特性：2W低功耗，通电自启简约设计：IP68防护，防尘防水，抗1米自然跌落。维护：组装简单，可维护性高。2)测站、基站技术参数监测精度平面：±(2.5mm+1*10-6D)RMS;高程：土RTK定位精度差分数据格式数据更新率标配10Hz,20Hz可授权天线一体化设计，内置抗多路径大地型天线无线通讯支持4G、NB-IOT、蓝牙有线通讯支持RS485输出其他支持LoRa通讯(选配)远程控制支持远程配置、诊断，定位跟踪电压输入9-36v,支持通电自启，反接保护，内置光电隔离电压读取支持读取外接电源电压解算方式支持接收机本地解算、服务器后台解算和RTK实时解算解算频次可自定义静态解算输出频次工业等级湿度100%无冷凝材质铝合金底座传感器接入支持外接多个传感器，如温度传感器、雨量大坝安全监测项目技术方案V3.0计等安装方式强制对中装置集成MEMS加速度传感器故障时间信号支持四星十一频芯片自主研发的全国产高精度GNSS芯片功能支持星基增强模式(5)观测墩观测墩基础尺寸0.8m×0.8m,上部结构0.3m×0.3m。强制对中基座材质为不锈钢，强制对中误差不超过 大坝安全监测项目技术方案V3.0门决策的制定，真正实现数据融合及价值，让***小型水库平台能够与传感器及采集设备无缝对接，并灵活接入视员提供可靠、实用、专业的监测预警解决方案。理公有云张●低成本免运维平台低成本免运维，基于SaaS的云计算架构实现。SaaS全称为Software-as-a-service,意思是“软件即服务”。SaaS是一种基于互联网提供软件服务的应用模式，它打破了传统软件概念，SaaS模式随着互联网技术的发展和应用软件的成熟不断完善，是软件科技发展的最新趋势。云平台可动态提供可伸缩的计算、存储、网络等虚拟化资源，并以服务的方式提供给用户。用户不需要关注底层的硬件资源，从而可让用户把重点放在数据整合、软件功能上，大大提高用户体验和软件的有用性。大坝安全监测项目技术方案V3.0云平台整套架构采用互联网技术中目前最先进的微服务架构进行设计，不仅保证系统的松耦合度，并且能够最大程度的保证系统的弹性。云平台整套系统采用模块化和分布式设计，为整个系统提供极大的扩展性。云平台兼容多种行业标准，软件采用标准接口协议，可方便用户与其他平台进行对接。对于大型系统及工程，可方便的实现在一个平台上进行统一管理。●轻松升级云平台负责管理所有的更新和升级，用户无需自行下载或安装补丁。同时，云平台还管理着应用程序的可用性，所以用户无需添加硬件和软件，也不必随着用户或业务的增长而增加网络资源。用户一旦应用了云平台，可轻松享有后续的升级服务，用户完全不需担心软件的后续维护、升级更新●安全可靠性基坑安全监测是关系国计民生的大事情，因此保障平台的安全性是云平台搭建的基础。云平台部署在与国内知名高校大学南京大学合作搭建的机房及服务器集群，采用运营商独享专线以及国外专业厂商安全认证系统进行加密，最大程度的保证系统的可靠性、数据的安全性。●数据实时性大坝安全监测项目技术方案V3.0在安全监测中，用户往往最关心的是监测数据。实时的获取监测数据，对安全监测情况做出预估，在安全监测中是至为关键的一环。云平台中运用以传感器和自动化采集系统为主体的在线采集系统，实现全天候不间断的从云端对工程进行实时监控，全方位的了解工程安全监测情况。用户可直接通过网页或小程序等多种方式查看监测数据，方便快捷。通过在云平台上设置的多种报警策略，用户可接收到短信、微信、邮件等不同方式发送的报警推送，方便用户实时排查问题。●支持大数据场景云平台数据库采用时序数据库、关系型和非关系型数据库结合的方式，适合大数据量、高并发、高吞吐量的数据场景，可完美支撑安全监测的不同场景。●弹性的服务和收费模式云平台采用即用即付，按需付费的形式，用户可随时在云平台上进行对资源的购买，这种收费方式不仅节省成本，并且十分灵活方便。并且，云平台提供定制功能，用户可在云平台上按需购买，以满足特定需求。大坝安全监测项目技术方案V3.04.1功能模块一览漏报数据自动补测漏报数据自动补测离线存储器管理水库洪水预报建模水库整体安全分析远程通信流量管理数据分析可视化展板其他数据统计分析数据变化趋势分析定时数据采集采集设备智能配置监测数据对比分析设备自检与调试远程在线召测数据稳定性分析数据差异性分析监测单项安全分析设备健康状态监测采集系统拓扑图工程信息管理915工程总览图数据报表管理监测设备管理测点信息管理测点数据管理设备数据管理数据建模预测设备应急监测采集策略调度设备异常报警测点分布图监测站管理文件中心专家评估4.2信息管理系统直百直百大坝安全监测项目技术方案V3.0统支持项目地理信息展示、权限管理、人员管理日志管理等功能，全方位多层次对项目工程信息进行查看、作116.42683397737999-3987大水库大双出sh项目信息查看联压力中◎时间：2019-06-11测应数量：15QG20009-100921094150CQ2000-10012109406500地理信息展示4.3健康监测系统健康监测系统主要包括数据监测：渗流量监测、大坝浸润线监测等模块，对水库安全健康状态进行全方位、实时监测，及时发现水库安全隐患，进行数据预警并推送消息给相大坝安全监测项目技术方案V3.0大坝浸润线监测数据系统进行数据自动采集、发送、实时传输。在云平台测点管理模块中将设备传感器接入并配置(智能识别一键配置)后，即可将采集数据实时传输至云平台，查看实时数据消息。系统还支持用户自定义传感器公式，满足多种采集需a测点管理配置大坝安全监测项目技术方案V3.0第30页 自定义传感器公式4.4数据分析系统系统提供多种分析方法，对采集数据进行二次分析比对，直观显示数据相互关联、未来走势等，主要分析功能如1)数据相关性分析：选取两支传感器，如气温与应变，通过计算得到两只传感器的相关性方程，绘制出相关性曲线。从曲线中可得出两支传感器相关性强弱关系，为以后数据分析提供参考。2)对比分析：选取不同位置同类型或不同类型传感器，进行对比分析。可了解某监测量在桥梁不同位置响应，亦可初步分析两监测量间的相互影响。3)时空分布图：对单支或多支传感器进行日分布、月分布、年分布绘图，直观查看传感器在每个空间内的数据对比4)数据缺失率、缺失时段统计图：根据统计信息及时排查数据缺失原因，保障监测工作持续稳定运行。数据分析可视化大屏4.6定制大坝浸润线监测云平台除基础浸润线监测绘图功能外，还支持用户自定义浸润线监测功能。水库浸润线监测项目属于水库自动化监测系统升级改造项目，基础的浸润线绘制功能无法满足客户需求，故凭借水库管理方提供的测压管施工图纸与测点分布图，定制了图纸浸润线绘图展示，让数据展示更为直观!大坝安全监测项目技术方案V3.0定制图纸浸润线绘制4.7报表报告系统云平台支持通用报表模块，也可根据用户的具体需求进行定设定好报表规则后，根据规则内容自动生成报表或手动生成报表，可在线查看也可将报表发送至指定用户邮箱。报表文件除发送到指定邮箱外，在云平台上也保留全部文件的生成记录，可进行下载查看。大坝安全监测项目技术方案V3.04.8工程巡检系统工程巡检支持自定义巡检表单(例如外观巡检、腐蚀巡检等),可将线下巡检记录到云平台上，也可使用云平台小大坝安全监测项目技术方案V3.0第34页业s4.9水雨情系统能查看最近24小时的降雨量与库水位数据，绘制变化关系最近24小时的实时数据图表，页面自动刷新滚动，方便用大坝安全监测项目技术方案V3.0雨情数据与库水位关系图表实时展示雨量与当前库水位的关系图表，便于掌握大坝安全状况。水雨情数据展示4.10预报预警系统预警系统会在监测量异常情况下向负责人发出预警信息。可以设置预警的内容、发送的时间间隔、接收人等信息。预警对象包括：应变应力预警、索力预警等。预警类别包括阈值报警、变化速率/变化幅值报警用户可通过平台对预警值、预警信息接收人、接收方式等进行管理。包括有：预警范围设置、预警信息接收人设置、预警统计设置等。大坝安全监测项目技术方案V3.04.11平台配套小程序测点分布(左)与数据绘图(右)“填写日期“第一次测“第二次测值“仅器是否设备电压监测(左)与表单填写(右)4.12二维码信息查看大坝安全监测项目技术方案V3.0第38页应为招标人提供仪器设备，配合招标人对观测资料进行校大坝安全监测项目技术方案V3.0测，发现资料异常，承包人应及时进行复测，必要时应全面复测，所发生的费用由承包人负担。2)、在整个合同工期内，承包人负责对已埋设安装并处于工作状态的监测仪器，按招标人批准的方法及测次定期监测，记录全部原始监测数据，随时对观测数据进行校核，发现异常及时复测分析，如果是工程异常应立即报告招标人，如果是其他原因，应记录原因。及时将监测数据换算为相应的温度、应力、开度、位移、渗压和水位等物理量，画出其时间过程线。应变监测须计算应力，且须对数据可靠性进行判断，对观测精度进行评价。每月一次将上一月的监测成果以月报的形式报送招标人验收，并送设计单位。3)、招标人有权要求承包人在汛期、测值出现异常或为施工提供必要的数据时，对部分仪器增加测次，并按招标人的要求及时提供经整理的监测资料。4)、承包人在发现监测数据确有异常时，应加密测次，并立即通知招标人，以便分析原因，并及时采取5)、承包人在进行日常监测的同时，还应记录监测设施相关的河道水位，开挖、掘进及混凝土浇筑的进度及相关的施工形象，供以后资料分析时参考。6)、承包人在做好埋设安装仪器设备的监测工作的同时，还应特别重视现场的巡视检查。收集施工现场与工程安全有关的信息，包括边坡表面裂缝、渗水等现象以及施工质大坝安全监测项目技术方案V3.0量事故情况。这些信息可为以后的资料分析提供参考。7)、用于现场监测的