大中型水闸安全监测系统解决方案

一、背景

随着科技的不断进步，水利工程的数字化转型已成为提升城市水资源管理和防洪能力的关键。今天，我们将带您了解我国大中型水闸安全监测管理系统的建设方案，探索如何通过先进技术保障国家水安全，提升水利工程的智能化水平。

二、政策

我国已建成的流量5m³/s及以上的水闸超过10万座，它们在防洪减灾、水资源配置、生态环境改善等方面发挥着巨大作用。然而，由于历史原因，许多水闸存在标准偏低、质量较差、配套设施不完善等问题。水利部于2024年10月14发布《水利部关于推进水库、水闸、蓄滞洪区运行管理数字孪生的指导意见》明确推进数字孪生平台建设及强化工程调度“四预”措施。

三、水闸安全监测内容

1、环境量监测

环境量监测包括水位监测、流量监测和气象监测，通过雷达水位计、雷达流量计和自动气象站等设备，实时获取气象信息、水位数据和水流情况，为水闸的科学调度和安全运行提供支持。

2、变形监测

变形监测包括枢纽建筑的表面变形（水平/垂直）监测，闸墩内部水平监测。采用人工和GNSS自动化观测结合的方式，通过连续观测得到各监测点的位移信息，展示在系统监测平台上，方便现场人员实时掌握结构状况。

3、渗流监测

渗流监测包括扬压力监测、闸墩渗流监测、绕渗监测等，通过布设测压管和渗压计等进行水闸结构的渗流情况监测，确保水闸结构的稳定性。

4、裂缝监测

裂缝监测包括各闸室段底板分缝处及闸室段与岸墙连接处结构缝的开合度和缝两边建筑物的不均匀沉降。通过安装测缝计对闸墩上已有的裂缝进行监测，分析裂缝变化规律，确保水闸结构的稳定和完整。

5、应力应变监测（新建水闸适用）

通过布设振弦式表面应变计测量结构物表面的应变量，并同步测量温度，确保结构物的安全运行。

四、闸门、启闭机在线监测系统

闸门和启闭机在线监测分析系统广泛应用于金属结构：弧形闸门、船闸、平面闸门、卷扬启闭机、液压启闭机等进行在线振动监测、分析、诊断。

该系统可自动连续地采集与设备安全有关地主要状态参数：金属结构的闸门动静应力、激振、声发射、运行姿态、倾角等数据采集;启闭机应力监测、钢丝绳探伤监测、电机/齿轮箱、油缸振动、油压脉动、温度监测等，并自动形成各种数据库。它能够自动识别设备的运行状态，预测和诊断设备的故障；能够促进设备维修方式向预测维修（状态维修）的转变，确保设备安全稳定地运行。

该系统具有极强地可扩充性和可维护性，可以组成一个强大的、综合的闸门和启闭机在线监测及故障分析系统。

五、闸门自动化控制系统

闸门自动化控制系统，以“无人值守”为设计原则，采用SCADA系统结构，通过传感技术、自动化控制技术、计算机软硬件技术、网络通信技术等，为用户提供了一套既可现地对闸门进行控制，也可远程通过计算机进行闸门启闭的自动化控制系统，该闸控系统可接入渠道水位信号、流量信号，或现场视频信号等，能够将水位、流量、视频画面等与闸控系统集中显示在一个软件画面中，使得远方操作更加可视，达到无人值守、统一调度的目标。

六、水闸数字孪生平台

1、三维模型

数字孪生水闸可视化解决方案基于数字孪生技术，通过构建水闸的三维模型 ，实现水闸运行状态、水流情况、水位变化等数据的实时采集、分析和可视化。该解决方案可以帮助管理者全面了解水闸的运行状况，提高管理效率和水闸的安全性。

2、实时处理

数字孪生水闸可视化解决方案通过物联网技术，实现水闸运行数据的实时采集和传输。数据采集内容包括水位、流量、闸门开度等关键信息，这些数居通过传感器进行采集，并通过网络传输到数字孪生模型中。这样，管理者就可以实时了解水闸的运行状态，及时发现异常情况并进行处理。

3、实时分析

数字孪生水闸可视化解决方案还具有强大的数据处理和分析功能。通过算法和数据分析四技术，可以对采集到的数据进行处理和分析，生成各种有用的信息，例如，可以分析水位变化趋势、流量分布情况等，为决策提供科学依据。同时，该解决方案还可以对水闸的安全状况进行监测和预警，及时发现潜在的安全隐患，提高水闸运行的安全性。

七、应用案例

郪江数字孪生项目作为遂宁市乃至四川省数字孪生流域/水利工程的示范点，建设范围郪江象山水文站-大英县城下游，建设内容包括数字底板、水利专业模型、三维可视化模型、知识平台、水灾害“四预”业务应用平台等，目标构建“多尺度-多分布-多层次”全面多维精细刻画及动态模拟物理流域全景过程的数字孪生流域系统，实现流域全要素可表达、全属性可分析、全编码可查询、全拓扑可追溯、全系列可演化，支撑流域的智慧化建设。

东风渠梁江堰灌区水量智能调度系统以IEHS的一维水动力模型和闸控模型为核心，集合渠道断面数据、外场监测数据以及水工程的调度规则等，实现整个灌渠的水位流量密集性获取、测站水流过程、水量过程演进以及闸阀调度的仿真模拟。