一、背景

隨著科技的不斷進步，水利工程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為提升城市水資源管理和防洪能力的關鍵。今天，我們將帶您了解我國大中型水閘安全監(jiān)測管理系統(tǒng)的建設方案，探索如何通過先進技術保障國家水安全，提升水利工程的智能化水平。

二、政策

我國已建成的流量5m3/s及以上的水閘超過10萬座，它們在防洪減災、水資源配置、生態(tài)環(huán)境改善等方面發(fā)揮著巨大作用。然而，由于歷史原因，許多水閘存在標準偏低、質(zhì)量較差、配套設施不完善等問題。水利部于2024年10月14發(fā)布《水利部關于推進水庫、水閘、蓄滯洪區(qū)運行管理數(shù)字孿生的指導意見》明確推進數(shù)字孿生平臺建設及強化工程調(diào)度“四預”措施。

三、水閘安全監(jiān)測內(nèi)容

1、環(huán)境量監(jiān)測

環(huán)境量監(jiān)測包括水位監(jiān)測、流量監(jiān)測和氣象監(jiān)測，通過雷達水位計、雷達流量計和自動氣象站等設備，實時獲取氣象信息、水位數(shù)據(jù)和水流情況，為水閘的科學調(diào)度和安全運行提供支持。

2、變形監(jiān)測

變形監(jiān)測包括樞紐建筑的表面變形（水平/垂直）監(jiān)測，閘墩內(nèi)部水平監(jiān)測。采用人工和GNSS自動化觀測結(jié)合的方式，通過連續(xù)觀測得到各監(jiān)測點的位移信息，展示在系統(tǒng)監(jiān)測平臺上，方便現(xiàn)場人員實時掌握結(jié)構(gòu)狀況。

3、滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測包括揚壓力監(jiān)測、閘墩滲流監(jiān)測、繞滲監(jiān)測等，通過布設測壓管和滲壓計等進行水閘結(jié)構(gòu)的滲流情況監(jiān)測，確保水閘結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4、裂縫監(jiān)測

裂縫監(jiān)測包括各閘室段底板分縫處及閘室段與岸墻連接處結(jié)構(gòu)縫的開合度和縫兩邊建筑物的不均勻沉降。通過安裝測縫計對閘墩上已有的裂縫進行監(jiān)測，分析裂縫變化規(guī)律，確保水閘結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和完整。

5、應力應變監(jiān)測（新建水閘適用）

通過布設振弦式表面應變計測量結(jié)構(gòu)物表面的應變量，并同步測量溫度，確保結(jié)構(gòu)物的安全運行。

四、閘門、啟閉機在線監(jiān)測系統(tǒng)

閘門和啟閉機在線監(jiān)測分析系統(tǒng)廣泛應用于金屬結(jié)構(gòu)：弧形閘門、船閘、平面閘門、卷揚啟閉機、液壓啟閉機等進行在線振動監(jiān)測、分析、診斷。

該系統(tǒng)可自動連續(xù)地采集與設備安全有關地主要狀態(tài)參數(shù)：金屬結(jié)構(gòu)的閘門動靜應力、激振、聲發(fā)射、運行姿態(tài)、傾角等數(shù)據(jù)采集;啟閉機應力監(jiān)測、鋼絲繩探傷監(jiān)測、電機/齒輪箱、油缸振動、油壓脈動、溫度監(jiān)測等，并自動形成各種數(shù)據(jù)庫。它能夠自動識別設備的運行狀態(tài)，預測和診斷設備的故障；能夠促進設備維修方式向預測維修（狀態(tài)維修）的轉(zhuǎn)變，確保設備安全穩(wěn)定地運行。

該系統(tǒng)具有極強地可擴充性和可維護性，可以組成一個強大的、綜合的閘門和啟閉機在線監(jiān)測及故障分析系統(tǒng)。

五、閘門自動化控制系統(tǒng)

閘門自動化控制系統(tǒng)，以“無人值守”為設計原則，采用SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過傳感技術、自動化控制技術、計算機軟硬件技術、網(wǎng)絡通信技術等，為用戶提供了一套既可現(xiàn)地對閘門進行控制，也可遠程通過計算機進行閘門啟閉的自動化控制系統(tǒng)，該閘控系統(tǒng)可接入渠道水位信號、流量信號，或現(xiàn)場視頻信號等，能夠?qū)⑺?、流量、視頻畫面等與閘控系統(tǒng)集中顯示在一個軟件畫面中，使得遠方操作更加可視，達到無人值守、統(tǒng)一調(diào)度的目標。

六、水閘數(shù)字孿生平臺

1、三維模型

數(shù)字孿生水閘可視化解決方案基于數(shù)字孿生技術，通過構(gòu)建水閘的三維模型 ，實現(xiàn)水閘運行狀態(tài)、水流情況、水位變化等數(shù)據(jù)的實時采集、分析和可視化。該解決方案可以幫助管理者全面了解水閘的運行狀況，提高管理效率和水閘的安全性。

2、實時處理

數(shù)字孿生水閘可視化解決方案通過物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)水閘運行數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括水位、流量、閘門開度等關鍵信息，這些數(shù)居通過傳感器進行采集，并通過網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)字孿生模型中。這樣，管理者就可以實時了解水閘的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并進行處理。

3、實時分析

數(shù)字孿生水閘可視化解決方案還具有強大的數(shù)據(jù)處理和分析功能。通過算法和數(shù)據(jù)分析四技術，可以對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，生成各種有用的信息，例如，可以分析水位變化趨勢、流量分布情況等，為決策提供科學依據(jù)。同時，該解決方案還可以對水閘的安全狀況進行監(jiān)測和預警，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，提高水閘運行的安全性。

七、應用案例

郪江數(shù)字孿生項目作為遂寧市乃至四川省數(shù)字孿生流域/水利工程的示范點，建設范圍郪江象山水文站-大英縣城下游，建設內(nèi)容包括數(shù)字底板、水利專業(yè)模型、三維可視化模型、知識平臺、水災害“四預”業(yè)務應用平臺等，目標構(gòu)建“多尺度-多分布-多層次”全面多維精細刻畫及動態(tài)模擬物理流域全景過程的數(shù)字孿生流域系統(tǒng)，實現(xiàn)流域全要素可表達、全屬性可分析、全編碼可查詢、全拓撲可追溯、全系列可演化，支撐流域的智慧化建設。

東風渠梁江堰灌區(qū)水量智能調(diào)度系統(tǒng)以IEHS的一維水動力模型和閘控模型為核心，集合渠道斷面數(shù)據(jù)、外場監(jiān)測數(shù)據(jù)以及水工程的調(diào)度規(guī)則等，實現(xiàn)整個灌渠的水位流量密集性獲取、測站水流過程、水量過程演進以及閘閥調(diào)度的仿真模擬。