一、背景

隨著科技的不斷進步，水利工程的數字化轉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測管理系統的建設方案，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、生態環境改善等方面發揮著巨大作用。然而，由于歷史原因，許多水閘存在標準偏低、質量較差、配套設施不完善等問題。水利部于2024年10月14發布《水利部關于推進水庫、水閘、蓄滯洪區運行管理數字孿生的指導意見》明確推進數字孿生平臺建設及強化工程調度“四預”措施。

三、水閘安全監測內容

1、環境量監測

環境量監測包括水位監測、流量監測和氣象監測，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、水位數據和水流情況，為水閘的科學調度和安全運行提供支持。

2、變形監測

變形監測包括樞紐建筑的表面變形（水平/垂直）監測，閘墩內部水平監測。采用人工和GNSS自動化觀測結合的方式，通過連續觀測得到各監測點的位移信息，展示在系統監測平臺上，方便現場人員實時掌握結構狀況。

3、滲流監測

滲流監測包括揚壓力監測、閘墩滲流監測、繞滲監測等，通過布設測壓管和滲壓計等進行水閘結構的滲流情況監測，確保水閘結構的穩定性。

4、裂縫監測

裂縫監測包括各閘室段底板分縫處及閘室段與岸墻連接處結構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測，分析裂縫變化規律，確保水閘結構的穩定和完整。

5、應力應變監測（新建水閘適用）

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

四、閘門、啟閉機在線監測系統

閘門和啟閉機在線監測分析系統廣泛應用于金屬結構：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測、分析、診斷。

該系統可自動連續地采集與設備安全有關地主要狀態參數：金屬結構的閘門動靜應力、激振、聲發射、運行姿態、傾角等數據采集;啟閉機應力監測、鋼絲繩探傷監測、電機/齒輪箱、油缸振動、油壓脈動、溫度監測等，并自動形成各種數據庫。它能夠自動識別設備的運行狀態，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（狀態維修）的轉變，確保設備安全穩定地運行。

該系統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測及故障分析系統。

五、閘門自動化控制系統

閘門自動化控制系統，以“無人值守”為設計原則，采用SCADA系統結構，通過傳感技術、自動化控制技術、計算機軟硬件技術、網絡通信技術等，為用戶提供了一套既可現地對閘門進行控制，也可遠程通過計算機進行閘門啟閉的自動化控制系統，該閘控系統可接入渠道水位信號、流量信號，或現場視頻信號等，能夠將水位、流量、視頻畫面等與閘控系統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、統一調度的目標。

六、水閘數字孿生平臺

1、三維模型

數字孿生水閘可視化解決方案基于數字孿生技術，通過構建水閘的三維模型 ，實現水閘運行狀態、水流情況、水位變化等數據的實時采集、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

數字孿生水閘可視化解決方案通過物聯網技術，實現水閘運行數據的實時采集和傳輸。數據采集內容包括水位、流量、閘門開度等關鍵信息，這些數居通過傳感器進行采集，并通過網絡傳輸到數字孿生模型中。這樣，管理者就可以實時了解水閘的運行狀態，及時發現異常情況并進行處理。

3、實時分析

數字孿生水閘可視化解決方案還具有強大的數據處理和分析功能。通過算法和數據分析四技術，可以對采集到的數據進行處理和分析，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。同時，該解決方案還可以對水閘的安全狀況進行監測和預警，及時發現潛在的安全隱患，提高水閘運行的安全性。

七、應用案例

郪江數字孿生項目作為遂寧市乃至四川省數字孿生流域/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，建設內容包括數字底板、水利專業模型、三維可視化模型、知識平臺、水災害“四預”業務應用平臺等，目標構建“多尺度-多分布-多層次”全面多維精細刻畫及動態模擬物理流域全景過程的數字孿生流域系統，實現流域全要素可表達、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。

東風渠梁江堰灌區水量智能調度系統以IEHS的一維水動力模型和閘控模型為核心，集合渠道斷面數據、外場監測數據以及水工程的調度規則等，實現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度的仿真模擬。