水库水利设施自动监测系统服务方案

 

 

 

 

招标编号：****

投标单位名称：****

授权代表：****

投标日期：****

 

 

第一章 概述与项目关键诉求

第一节 项目背景

一、概述水库的基础知识

水利工程特征：水库，通常被界定为一种人工湖泊，通过在山涧或河流狭窄地段构建拦河坝实现拦洪蓄水与水流调节。它的多重功能包括灌溉农田、生成电力、防范洪涝灾害以及支持渔业发展。无论是人工构建还是天然形成但用于类似目的的湖泊，统称为水库，其规模依据储水量的大小划分为小型、中型和大型等类别。

2.水库库容定义：

洪水防护库容量等于设计库容量中的汛期限制水位对应的储存空间。

滞洪能力（调洪容量）的计算公式为：校核库容减去正常蓄水位下的库容，再减去用于调节水量的库容，即滞洪库容（调洪库容）= 校核库容 - 正常库容 - 调节库容 = 死库容 + 正常库容

库容效率计算公式为：库容系数等于兴利库容除以多年的平均径流产量，即径流深与降雨量之比。

(4)死库容：水库死水位以下的容积。

有效库容，即兴利库容，指的是水库在正常蓄水位与死水位之间所容纳的水量区域。

水库的防洪储备容量：指水库在设计洪水位与汛期限制水位或正常蓄水位之间的储存体积。

容积计算：指水库在校核洪水位至汛期限制水位或正常蓄水位之间的设计容纳水量。

调洪库容定义为：从水库校核洪水位下落到汛期限制水位或正常蓄水位期间，水库所具备的容纳水量的空间体积。

重复利用库容：指正常蓄水位与汛期限制水位之间的水库容积中，这部分既能用于防洪，又可作为有效供水的部分容量。

水库的有效容积定义为校核洪水位以下的储水体积。

特征水位概述：专为灌溉设定的多个具有特定含义的水库水位层次，其中包括死水位、汛期管控水位、常规蓄水位、设计洪水位及校核洪水位等关键指标。

库容系数定义为水库在正常运行状态下可用于发电或供水的兴利库容与年平均径流量的比率。

二、概述水库构建要素

水利枢纽由各类构成建筑物组成，其中包括挡水设施、泄洪构造物、引水工程或其他专业性建筑，这些统称为水工建筑物。

(一)水工建筑物

分类概述：水工建筑物通常依据其使用周期和功能性进行划分。按使用时间标准，可分为永恒性与暂时性两类，其中暂时性水工建筑主要包括在施工期间短期运作的构筑物，例如围堰、导流隧洞和导流明渠。进一步分类，则有通用性和专门性水工建筑的区分。

2.通用性水工建筑物：

各类挡水构筑物，包括坝、水闸、堤和海塘等设施。

一系列排水设施：包括溢流坝、沿岸泄洪通道、泄水隧道以及分洪闸

建筑物的进水设施，包括诸如进水闸、深式进水口以及泵站等取水装置。

主要包括供水设施，如引水或供水隧洞、渡槽、输水管道以及输送渠道。

3.专门性水工建筑物：

建筑物构成主要包括水电站的前端设施（前池），调节水位的空间（调压室），传输水能的高压管道（压力水管），以及主体工程的水电站厂房。

一系列水利构造物，包括节制闸、分水闸、渡槽、沉沙设施以及冲沙闸。

各类过坝装置，包括船闸、升船机、木材导流设施、筏道以及鱼类通行通道。

水工构筑物的功能往往具有复合性，例如溢流坝兼具挡水与泄洪的双重角色；闸门作为水利系统的核心元素，不仅负责挡水与排水，还在水电生成、灌溉、供水和航道管理等方面发挥关键作用。施工过程中，导流隧洞的设计可能灵活融合为泄洪或供水引水隧洞，体现出多功能一体化的特点。

(二)挡水建筑物

拦水建筑物概论：此类结构横跨河道，旨在拦截水流，储存水量并提升水位，常见的实例包括各类坝和闸。按照构建材料的不同，大坝可以细分为混凝土坝、浆砌石坝、土石坝、橡胶坝、钢坝及木坝等类型。

2.重力坝：

概述：重力坝是一种大型蓄水构筑物，主要由混凝土或浆砌石构建，其基本截面特征呈现出直角三角形的几何形状。该坝体由多个连续部分构成，其稳定性主要依赖于坝体自身的重量，即在承受水压和其他外部荷载时，自重产生的抗滑力确保了结构的稳固。此外，自重的压力有助于抵消因水压而产生的拉伸应力，从而满足强度标准。作为一种在水压和外部荷载作用下的稳定结构，重力坝的基本断面设计遵循三角形原则，筑坝材料主要包括混凝土和浆砌石。  据统计数据显示，全球范围内的众多大坝建设中，重力坝作为常见类型，占据显著的比例。在中国的坝工建设历程中，混凝土重力坝尤其受到青睐，据统计，在超过100米高度的20座高坝中，就有超过半数，即10座，采用了混凝土重力坝的形式。

历史沿革：重力坝作为最早的坝型之一，可追溯至远古时代。公元前2900年，埃及美尼斯王朝在孟斐斯周边的尼罗河畔构建了一座高15米、全长240米的拦水建筑物，堪称早期水利工程的杰作。而早在公元前3世纪，中国在连接长江与珠江流域的里程碑式工程——灵渠上，构筑了一座5米高的砌石溢洪坝，至今屹立不倒，以其2000多年的运营见证了时间的考验，被誉为世界现存最古老的实用重力坝之一。

历史上最悠久的重力坝建设起源于18世纪的法国和西班牙，那时以大型浆砌石结构为主，近似梯形。1853年后，随着筑坝实践的发展，法国工程师制定了一系列设计原则，如滑动稳定性与坝基应力分布准则，催生了以三角形截面为基准的新型重力坝。20世纪初期，混凝土工艺和施工设备的革新促使美国诞生了阿罗罗克坝和象山坝等首批混凝土重力坝。1930年后，沙斯塔坝（183米）和大古力坝（168米）的建设标志着重力坝设计理论和技术的显著飞跃，涉及应力计算方法（如重力法与弹性理论）、构造细节（如分缝、排水系统和监测体系）以及施工工艺的进步，如机械化施工和混凝土处理技术。进入1950年代，重力坝持续发展。1970年后，碾压混凝土坝技术崭露头角，其特点在于使用干硬性混凝土，通过自卸车运输，推土机平整，振动碾压实，连续薄层浇筑，无需纵缝且无水冷却，仅通过切缝机划分横缝。这种技术显著节省水泥，简化温度控制，优化工艺流程，缩短工期并降低成本。

(3)类型：

根据筑坝材质的区分，重力坝主要可分为混凝土结构重力坝与石砌体重力坝两种类型。

②重力坝按其结构形式分为：

根据横缝处理的差异化，实体重力坝主要分为三个类别，详情如下：

A.悬臂式重力坝：横缝不设键槽，不灌浆；

B.铰接式重力坝：横缝设键槽，但不灌浆；

采用整体式设计的重力坝，其构造特点包括在横缝区域嵌入键槽，并实施精细的灌浆工艺。

2)宽缝重力坝；

3)空腹重力坝。

根据泄水特性，重力坝可分为非溢流坝和溢流坝两种类型。

根据海拔分级为：低水坝（低于30米），中等水坝（30至70米），以及高层水坝（70米以上）

根据泄水特性，可分为非溢流重力坝与溢流重力坝两种类型。

以下是根据构造形态的分类：实体重力坝、宽缝重力坝以及空腹重力坝。

坝体布局的关键要素：在初始规划阶段，首要关注的是溢流坝和泄水孔口的定位，它们必须确保顺畅的泄洪与放水功能，同时与下游地形衔接平稳，避免对坝基、河岸及邻近设施基础造成不必要的侵蚀。泄水孔口的标高和尺寸需通过综合水库调洪和水力分析，兼顾闸门与启闭机制的性能来确定。溢流面的设计需兼顾流量处理能力，防止因水流冲击而引发的空蚀现象。此外，坝基下方的消能设施配置需审慎考虑地形、地质特性、整体枢纽布局以及水流特性，以确定适宜的形式和尺寸。通常情况下，溢流坝和电站坝会分别独立布局，但在河谷狭小的情况下，电站厂房顶部可能会被选作溢流区设计。

(5)坝体构造：

内部通道设计：为了监控坝体结构的运行状况并安装测量设备，同时支持内部交通、灌浆与排水需求，坝体内置了水平或倾斜的走道或竖井。这些通道依据坝的高度分布，分为单层或多层，包括纵向和横向类型，其截面通常呈现出上圆下方的城门洞式形状。

坝体分缝设计：为了顺应地基的动态变化和温度效应，坝体沿坝轴线方向采用横向分缝将整体划分为若干可控单元，常规间距设定为15至20米。横缝可根据需求配置键槽，选择是否实施灌浆。施工过程中，出于混凝土浇筑能力和温度控制的考量，还会设置纵向施工缝，即沿坝轴线的竖向纵缝，间距一般在15至30米之间，可采用直缝、错缝或斜缝形式，缝面均需配备键槽并灌浆处理。水平方向的施工缝称为水平缝，其间距在基础约束区域内部和外部分别控制在1至3米和3至6米。无论是何处的水平缝，缝面通常都需要经过凿毛工序的处理以确保工程质量。

在坝体的横向接缝区域、陡坡坝段与地基接触面，以及廊道和孔洞穿越横缝周边，必须安装止水设施。止水材料应具备柔韧特性，可选用金属板、橡胶、塑料板材或者沥青密封井。对于高坝上部的横缝止水，建议设置两层止水片，并在两者之间安置一道沥青密封井以确保密封效果。

优化坝体排水设计：为降低渗水对坝体稳定性的影响，我们在上游防渗层下游侧沿坝体纵向均匀布置一系列垂直排水管道，通常采用多孔混凝土材质，间距控制在2至3米，以便有效地引导并汇集渗水，导入廊道系统管理。

(6)优缺点：

重力坝的广泛应用得益于其众多优势，具体表现在以下几个方面：

其安全可靠性较高，耐久性强，具备抵御渗漏、洪水侵袭、地震以及战乱损坏的能力。

2)设计、施工技术简单，易于机械化施工。

具有极强的适应性，能够应对各种地形和地质环境，无论河谷形态如何，重力坝的建设皆可实施，对地基的要求相对较为宽松。

坝体内可合理配置引水及泄洪设施，旨在同时解决电力生成、洪水排放以及施工期间的导流需求。

②缺点：

1)坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；

2)坝体体积大，耗用水泥多；

混凝土在施工期间易产生显著的温度应力和收缩应力，因此对温度控制有着严格的要求。

3.拱坝：

(1)定义：

作为一种构筑于峡谷中的构筑物，拱坝的特点表现为水平拱形设计，其凸缘朝向河流上游，两端紧密嵌合于峡谷岩壁。本质上，拱坝是一种弯曲向上的平面挡水建筑物，凭借拱的力学原理，将水压的部分或全部传递至河谷两侧的基岩，构成一个三维的空间壳体结构。

相较于重力坝，拱坝的稳定性无需完全依赖自身的自重来维系，而是主要凭借拱端基岩的反作用力作为支撑。其拱圈截面主要承受径向反力，能够有效地利用筑坝材料的强度，从而展现出卓越的经济效益和安全性能。

该坝体呈平面拱形，在构造上具有天然的弧度，其水平截面由弯曲的拱段构成，两端依托坚实的两岸基岩作为支撑。垂直切面则呈现出悬臂梁的特性，其底部嵌固于河床或两岸的稳固地基。拱坝的稳定性主要依赖于拱效应，即借助两端拱座反作用力，以及自身的重量，其结构功能可以划分为两个关键部分：水平方向的拱效应和垂直方向的梁效应系统。

历史沿革：人类对拱坝的建造历史悠久。早在公元前一、二千年，人们已洞察拱结构卓越的储水特性，着手构建高达十数米的圆筒形土石工拱坝。伊朗于13世纪末建造了60米高的砌石拱坝，标志着新高度。20世纪初，美国引领潮流，如1910年的巴菲罗比尔拱坝，高99米，进一步提升了技术水平。20至40年代，众多拱坝相继落成，其中胡佛坝的221米创下了纪录，期间设计理论与施工技术显著进步，包括应力分析的拱梁试验、温度控制策略、接缝处理等。进入50年代，西欧和日本的双曲拱坝崭露头角，他们在坝体形态、复杂基底处理、溢洪设施和内部泄洪等方面实现了重大突破，降低了厚度，增加了高度，显著提升了在宽谷中的经济效益。70年代，计算机技术与优化设计的引入，使得拱坝设计与计算周期大大缩短，方案更为经济高效。水工模型实验、混凝土施工技术和大坝安全监控技术的提升，为拱坝工程的持续改进提供了有力支持。近四十年来，中国在拱坝建设方面成就显著，截至1985年底，全国已建15米以上拱坝逾800座，占全球同类总数的四分之一。在设计理论、计算方法、结构形式、泄洪消能、施工流程、地基处理及水电站布局等多个领域取得了显著进步，积累了宝贵经验，实现了显著飞跃。

工程构成的关键参数主要包括拱弧的半径、中心角、以及圆弧在垂直高度上的轨迹和拱体厚度。根据拱坝的特征，其可分为单曲拱和双曲拱，这主要取决于拱弧的半径和中心角。中心角的增大会导致拱圈厚度减小，内应力也随之降低，适度增加中心角是有益的。然而，过大的中心角会使得拱顶弧面的切线与河岸等高线的角度减小，从而可能削弱拱座的稳定性。具体分析如下：

①单曲拱：

特性描述：针对U型或矩形河谷，当河谷宽度相对稳定且不同高程的中心角相近的情况下，该类型拱体被称为定外半径定中心角拱。在这种情况下，外半径保持恒定，仅需调整下游半径，以顺应坝体厚度变化的需求。

优势在于施工简易，直立的上游立面有利于安装进水孔和泄水孔及相关设施。然而，面对河谷上宽下窄的地形，下部拱的中心角自然会减小，这将减弱拱的效果，导致需增加坝体厚度，成本效益不高。针对底部狭窄的V形河谷，可考虑采用等外半径变中心角设计的拱坝解决方案。

②双曲拱坝：

优化底部V形河谷拱圈设计：建议自上而下逐步减小各层拱圈的外半径，此举能够有效减少坝体的总体体积，节省材料.

以下是变外半径等中心角拱的特性概述：其应力分布较为理想，结构形式表现为弯曲的梁体兼具拱的效应，经济效益显著。然而，它存在倒悬风险，设计与施工技术性较强，适用于V型和U型河谷地形。

优化截面设计：通过调整梁的外半径与圆心位置，使其呈现弯曲形态，悬臂梁因而具备拱效应。这种设计适用于V形、梯形乃至其他河谷地形，灵活性提升，尽管结构复杂度增加，施工挑战也随之增大。变外半径变圆心拱的优势在于进一步优化了应力分布，减少了工程量，然而随之而来的是更高的构造复杂性和施工难度。这种技术已被广泛应用在桐坑溪双曲砌石拱坝的建设中。

(4)特点：

①拱与梁的共同作用。

稳定性主要源于两岸拱端所施加的反力效应，因此对于地基的基础条件有着极高的依赖性。

作为一种承受轴向压力的推力结构，拱形设计有效地发掘了混凝土（砼）和浆砌石材料的抗压性能优势。

拱梁的承载能力具备灵活性，能够适应并承受超出常规负荷的情况。

⑤拱坝坝身可以泄水。

⑥不设永久性伸缩缝。

⑦抗震性能好。

⑧几何形状复杂，施工难度大。

根据坝底厚度与坝高比例的划分，拱坝可分为薄拱坝（低厚度比）、中厚拱坝（适中比例）和重力拱坝（高厚度比），按照结构形态，又可分为单曲拱坝和双曲拱坝两种类型。

(6)布置原则：拱坝布置的原则是，根据坝址地形、地质、水文等自然条件以及枢纽综合利用要求统筹布置，在满足稳定和建筑物运用的要求下，通过调整拱坝的外形尺寸，使坝体材料的强度的到充分发挥，控制拉应力在允许范围之内，而坝的工程量最省。因拱坝型式比较复杂，断面形状又随地形地质情况而变化，故拱坝布置需有较多的方案，进行全面技术经济比较，选择最优方案。而最终选定的布置方案，一般需经模型试验论证。拱坝布置的步骤：拱坝布置复杂，需结合地形地质条件，反复修订，作多方案比较，最后定出布置图，其具体步骤如下：

确定坝址的开挖深度，依据地形和地质资料进行精确划定，同时绘制反映坝址基岩面等高线图。在全面评估地形、地质特性、水文学情、施工环境以及运行需求后，审慎选择最为合适的拱坝设计类型。

根据基岩面等高线地形图，探讨确定顶拱轴线的理想位置。顶拱轴线的半径可作为参考依据，设计时需确保拱轴线在拱端与等高线的交角至少达到30°，同时保持两端的夹角大致均衡。依据适宜的中心角和坝顶的厚度，精细绘制顶拱的内外轮廓曲线。

规划初期，我们将确定拱冠梁的剖面尺寸，并详细设计各个高程层次的拱圈厚度。通常情况下，我们考虑采用5至10个层次的拱圈结构，随后绘制出各层拱圈的平面示意图。在平面布局上，力求使各层拱圈圆心连线与河谷可利用基岩面地形图呈现出对称性。而在垂直维度上，这些圆心连线应当呈现出连续且平滑的曲线特征。

评估多个垂直截面的轮廓完整性，确认其平滑且连续，同时核查是否存在过大的倒悬情况。若发现不符合预设标准，需对拱圈和梁的几何形态及尺寸进行适当调整优化。

对初步设定的坝体规格进行应力评估与肩部稳定性核查。若检测结果不符合标准，需重新审视并调整坝体结构布局及尺寸设计。

在立视图中，将拱坝的结构按照拱轴线进行延伸展示，清晰地反映出基岩表面的起伏动态，并针对突变区域实施削平或填充处理措施，确保构造的连续性和稳定性。

评估坝体工程量，用作不同设计选项的基准参考。

4.土石坝：

土石坝，一种常见的构筑物，是由本地土壤、石料或者混合物料经由抛填、碾压工艺堆砌而成的蓄水屏障。若主要构成材料为泥土和砂砾，此类坝体被称为土坝；以石渣、卵石、爆破石料为主要成分的，则称为堆石坝。当两种天然材料在坝体中占比相当时，我们将之称为土石混合坝。

发展历程：作为历史最为长久的坝型代表，20世纪50年代以来，土石坝筑坝技术实现了显著进步，推动了高坝建设的浪潮。如今，土石坝在全球水利工程中占据着无可比拟的广泛应用地位，并以其快速的发展势头引领着坝工建设的潮流。

(3)分类：

①土石坝按坝高可分为：低坝、中坝和高坝。

土石坝的施工工艺种类繁多，主要包括：碾压式构筑、冲填式建造、水中填筑法以及定向爆破堆砌的石坝等。

(三)泄水建筑物

水工建筑物中的泄洪设施定义为专门设计用于疏散超出水库容量洪水的构筑物。其核心职责是保障工程免受洪水侵袭，通过控制洪水不漫过坝顶，确保结构稳固与安全。泄水建筑物的常见类型包括：坝体内置的泄水通道，如溢流坝、中孔、深孔泄洪孔以及坝下的涵管；以及沿河岸设置的疏散途径，比如河岸溢洪道和泄洪隧道。对于混凝土坝，通常采用溢流设计，如溢流坝和坝体泄水孔，这类结构兼具挡水和泄洪双重功能。相比之下，土石坝倾向于限制坝身溢流或大规模泄洪，因此，它们常常在坝体外部的河岸或天然开口处增设河岸溢洪道或挖掘泄洪隧道作为备用泄洪途径。

历史沿革：中国对于泄水建筑物的建造源远流长，可追溯至春秋战国时期的文献记载。历经实践积累与科技进步，全球泄水建筑物在设计形式、结构构造、选材技术、消能防冲、防护腐蚀、抗震性能、地基优化及施工工艺等诸多方面持续提升，规模亦随之显著扩大。

泄洪与排水策略：泄水过程主要分为两种模式，即堰流与孔流。前者涉及无闸门控制的开敞溢流坝、溢洪道和全开的水闸，其水流特性表现为堰流；后者则包括通过泄水隧洞、泄水涵管、以及部分开启的水闸，其水流路径为孔流。泄水建筑物的入口设计各异，溢流坝和溢洪道通常采用非调控的敞口堰流通道，而闸门操控的开敞闸孔则用于泄洪堤和部分水闸。泄水隧洞、坝身泄水孔和涵管的入口位于水下，它们配备有闸门，如井式、塔式、岸塔式或斜坡式入口设施，以实现精确的启闭调控，这与取水建筑物的管理机制类似。

4.河岸溢洪道：河岸溢洪道有正槽式、侧槽式、井式和虹吸式等四种形式。河岸溢洪道的布置一般根据地形、地质条件、工程特点、枢纽布置的要求以及施工运行条件等，通过技术经济比较确定。从枢纽的总体布置来看，一般进口位于水流顺畅处，且与大坝保持一定距离，避免横流对坝的冲刷。小型水库的溢洪道一般不设闸门，多布置在河岸，且其泄流水面通常都是开敞的，故称为河岸开敞式溢洪道。河岸开敞式溢洪道具有结构简单，水流平顺，容易施工，管理方便和安全可靠的特点。这种溢洪道由引水渠、溢流堰和泄水陡槽等几部分组成，陡槽后一般还设置消力池和尾水渠，以减轻溢流洪水的冲刷作用。

针对罕见且超出常规校核标准的洪水事件，确保水库大坝的全面防护，设计中的特殊泄洪通道——非常溢洪道应运而生。这类设施旨在应对极端洪水条件，其选址通常选择在库区边缘具备天然河道通道的垭口或地势平缓的河岸坡地。根据需求，非常溢洪道可能配置闸门调控系统，或者采用自溃式或引冲式的土质结构设计，以适应特殊情况下的洪水疏散需求。

(1)具体应用：

选择非常溢洪道的理想位置通常位于库岸具备天然河道通达的山口，或平坦河岸坡地。若条件允许，建议将正常溢洪道与非常溢洪道独立布局，以期优化总体造价。在必要时，可考虑它们的联合设计。对于大型或有多条非常溢洪道的工程，需规划启用顺序，以调控洪水流量。应优先选择地质条件优良的区域设立非常溢洪道，确保其泄洪效能的同时，避免因强烈冲刷带来的潜在风险。非常溢洪道的溢流堰顶标高通常略高于正常溢洪道，且通常不配备闸门。有时，为了蓄水利用，会在堰顶增设土堤，其顶部高于最高洪水位。土堤需确保在常态下稳定，紧急情况下能迅速溃决。鉴于非常溢洪道的使用频率较低，设计时可适度放宽安全系数，结构简化。有些仅需设置溢流堰和泄槽，如岩质良好，泄槽可免于混凝土衬砌。在应对特大洪水时，局部损害是允许的，但必须预先考虑到泄洪通道和下游可能的损害，并确保非常溢洪道能在紧急情况下迅速启用并发挥作用。

自溃堤构成为非常溢洪道的一种高效方案，即在溢洪道底部增设能自我溃决的堤防。利用非粘性材料如砂石或砾石填充，兼具平时的挡水功能和洪水来临时的快速泄洪能力。自溃堤因其构造简易、成本效益高及施工便利，常在工程实践中选用，例如中国的大伙房、鸭河口和南山水库的溢洪道设计即体现了这一特点。然而，自溃式溢洪道的一个挑战在于精确控制过水口门开启时间和过程，这方面的调控手段尚未完善。一旦发生泄洪，库容的减少可能对次年的整体效益产生影响。

挑战与现状：尽管非常溢洪道的应用频率相对较低，且实际考验案例有限，导致实践经验匮乏。在设计过程中，诸如如何准确设定非常洪水标准，以及明确非常溢洪道的启用条件等问题，仍需深入研究并寻求解决方案。

分类与特性：泄洪洞主要依据其位置分为两类——位于坝体内部的泄洪洞和嵌于挡水构筑物侧山体内的隧道式泄洪洞。按照洞内水流压力状态，又可进一步细分为无压泄洪洞和有压泄洪洞。部分水库的泄洪洞具备多重功能，如排沙，旨在缓解富含沙粒河流引发的水库淤积问题；同时，也有泄洪洞兼备放空水库的功能，以便于人防和设施检修的需求。

(四)输水建筑物

【概念】：输水建筑物，包括输水洞、坝下涵管和渠道等，其功能旨在从水库向下游输送水源以支持灌溉、发电或供水。作为其组成部分，取水建筑物如进水闸和抽水站位于上游，它们共同构成了整个输水系统的入口。所有输水建筑物均配备闸门，用于调控水流量的释放操作，确保系统的有效运行与管理。

2.必须满足的需求：

确保具备设计要求的过流性能。对于无压通道（管道），为了维持洞内的无压流状态，应确保水面以上预留充足的净空间。针对有压通道，为确保内部压力流的稳定，规定洞顶沿线的压力余量不得小于2米，并要求渠堤顶部或侧壁在水面以上保持适宜的超高标准高度。

体形设计与结构布局的精心策划确保了水流的平顺过渡，显著降低了水头损失，同时避免了负压过大和空蚀损害的发生。

对于输水建筑物的各类用途，其水流流速需求具有特定性。例如，发电引水隧洞的理想经济流速通常设定在3至5米每秒。为了确保渠道的稳定运行，免受冲刷、淤积及水草滋生，必须依据渠道土壤类型、水深以及水流中悬浮泥沙颗粒直径的特性，来精确确定适宜的流速区间。

为了减小输水隧洞、暗渠等的断面并防止淤积，其纵坡设计应略大于渠道的常规坡度。

为了确保坝下埋设的管道在温度变化和非均匀沉降情况下保持结构完整，避免管身破裂、接缝渗漏以及防止沿管道与坝体填充层之间的集中渗流，应将管道安置在稳固的地基上。并且，沿管道的适当间距处需设置配备止水装置的伸缩缝，同时在管壁外部增设截流环，参照输水管道的设计原则(见相关技术规范)。

该设计方案充分符合水工建筑物的基本设计规范，强调了结构的高强度与稳定性，注重构造简洁，施工便利，有利于日常运营与维护，且成本效益显著，同时外观造型优美。

三、详述各类水库的特点与分类

水库分级依据：参照水利水电项目的规模、所覆盖区域的保护范围以及其战略重要性，水库工程划分为五个级别，依据相应的洪水标准进行划分。

(1)I等，大（一）型水库，总库容亿立方米。

大型Ⅱ等水库，其总库容范围在1亿至10亿立方米之间。

涵盖各类规模的水库，其中包括容量在0.1至1亿立方米的中型水库。

第四类，小型水库，其总储水量范围在0.01至0.1亿立方米之间。

小型水库，类型为V等，其总库容范围在0.001亿至0.01亿立方米之间。

根据地貌特征、库床构成及水面特性，水库可分为四种类别，详情如下：

【形态特征】：平原湖泊型水库，专为地势平坦的平原、高原台地或低洼区域而建，其构造与自然环境酷似浅水湖泊。这类水库的主要特点包括：水面宽阔，岸线线条平直，罕见深度较大的库湾，底部地形平缓，水深一般限制在10米之内，且通常不存在显著的温度分层。由于这些特性，它们往往具有良好的渔业潜力，例如，像山东省的峡山水库和河南省的宿鸭湖水库这样的实例便体现了这一点。

山谷与河流间的水库特性：这类水库以其陡峭的库岸和狭长的水面特征而著称。水体深度变化显著，平均水深在20至30米之间，最深处可达30至90米，水流落差明显。夏季期间，常常可见明显的温度分层现象，如重庆的长寿湖水库和浙江的新安江水库便是典型代表。

丘陵湖泊型水库：这类建于丘陵河流的水库，其形态特性兼有前两者的特点，库区岸线曲折，水面层次丰富，弯曲度较高。库床结构复杂，有利于渔业发展，诸如浙江省的青山水库、陕西省的南沙河水库等实例即彰显了其优良性能。

农田灌溉的核心：山塘型水库概述 这类水库，特指建于山溪谷地或低洼区域的微型蓄水设施，如江苏省溧阳市山区的塘马水库与宋前水库，以及句容的白马水库，在安徽省的广德县和郎溪县等地尤为常见。它们的主要功能是为周边农田提供水源，其水位变化显著，对于地区农业灌溉至关重要。

水库的分类依据水质的营养状态，可分为贫营养型、中营养型及富营养型三种类型。

四、分析水库建设的重要价值

1.修建益处：

作为我国防洪策略中的核心手段，综合性水库在防洪区上游河道的适宜位置普遍建设。通过其水库容量，有效地拦截和储存洪水，从而降低涌入下游河道的洪峰流量，旨在显著减轻洪水带来的潜在威胁。水库对洪水的调控机制包括滞洪和蓄洪两种策略，详细阐述如下：

滞洪功能解析：滞洪机制表现为洪水在水库内的临时储存。当水库水位达到溢洪道堰顶等高线，且溢洪道未设置闸门调控时，水库的滞洪效果得以显现，即洪水被暂时容纳于其中。

②蓄洪作用：在溢洪道未设闸门情况下，在水库管理运用阶段，如果能在汛期前用水，将水库水位降到水库限制水位，且水库限制水位低于溢洪道堰顶高程，则限制水位至溢洪道堰顶高程之间的库容，就能起到蓄洪作用，蓄在水库的一部分洪水可在枯水期有计划地用于兴利需要。当溢洪道设有闸门时，水库就能在更大程度上起到蓄洪作用，水库可以通过改变闸门开启度来调节下泄流量的大小，由于有闸门控制，所以这类水库防洪限制水位可以高出溢洪道堰顶，并在泄洪过程中随时调节闸门开启度来控制下泄流量，具有滞洪和蓄洪双重作用。

水资源的调控效益：河川径流起源于流域内的降水，部分渗透至地下，随后经地面和地下途径汇入河流。这种径流具有显著的变异性与不可逆性，年度间、季度间以及区域间的流量差异巨大，难以完全匹配各类用水需求，如农业灌溉、电力生成、供水和航道运输等，它们对水量的稳定性和供应时间有着明确要求。为了适应这些需求，优化水资源利用，人类通常会在河流关键位置建设水库，以实现径流的合理调度。水库的核心功能即在于调节流量，蓄积洪水以补充枯水期，从而确保天然水源能在时间和空间上有效支持各个用水部门的需求。

(3)其它作用：

水源储备：为主要周边区域供应饮水和灌溉之用水资源。

电力生成：通过驱动水坝上的水力发电机实现电力生产。

提升航道水位，有助于冲刷险峻河岸与隐藏礁石，从而优化航行条件。

④养殖：水库可以发展养殖渔业。

山区水库经人工湖泊改造，焕发出独特的自然风貌，成为本地的一大旅游资源，具有显著的旅游发展潜力。

2.修建弊端：

潜在风险分析：水库建设可能引发地震频发，特别是在库区及其周边地带，而山区水库因山体底部长期受水浸泡，山体滑坡、崩塌和泥石流的风险显著上升。

泥沙淤积现象的成因：由于水坝的拦截作用，导致水流减速并形成库尾回流区域，这促使水库内，特别是大坝周边与库尾区域不可避免地积累了大量的泥沙。

地下水位的持续上升源于过度灌溉，这促使深层土壤中的盐分上移至地表。同时，灌溉水中高浓度的盐分与化学残留物的累积效应，加剧了土壤盐碱化的进程。

影响水质的因素：库区广阔水面导致水分蒸发加剧，伴随土壤盐碱化现象，土壤中的盐分与化学残留物质随之增多，间接污染了地下水，进而提升了下游河流的盐分浓度。

水质状况与影响：水质退化与流速减缓导致水生植物和藻类过度滋生，它们不仅消耗大量河水，引发河道和灌溉渠道堵塞问题。这些植物扩散至灌溉系统，干扰了灌渠的正常运作，频繁的机械或化学清理成为必要，从而增加了灌溉设施的维护成本。

对下游河段的潜在影响：水流动力与悬浮颗粒浓度的变动可能导致河道流态及沉积状况的调整，进而引发河床遭受剧烈冲刷侵蚀，进而是河口位置沿陆地方向的迁移现象。

因水流静止化，致使下游地区血吸虫病等传染病的发病频率呈上升趋势。

移民安置影响：因水位上涨迫使库区区域被水体覆盖，移民措施成为必要。同时，水库建设致使库区内的重要历史遗迹和自然景观面临淹没，随之而来的是遗址的搬迁与文物保护重建工作。

影响气候的效应：随着库区储水，水面面积扩展，蒸发作用增强，这将导致周边地区昼夜温差趋于减小，从而转变库区的气候特性。

经济损失：包括文物古迹被水灾淹没导致的历史文化价值丧失，以及原有自然景观因灾害受损对观赏体验的负面影响。

(11)其它弊端：

干扰并重构流域生态系统的特有功能与结构。

②有可能造成库区水质富营养化或毒化。

可能会导致泥沙的天然分布发生变化，进而致使河口湾和海湾的洪水平原面积缩减，同时海岸线面临侵蚀的风险。

五、智能水雨监测与预警系统详解

(一)工作原理

自动化水库水雨情监测系统相较于传统方法，其显著优势在于应用了计算机技术、微电子技术和短波通信技术，实现了对水库水雨情数据的实时采集、传输与处理。其基本工作原理是：遥测站通过内置传感器捕捉水库水位或降雨量的变化，随后通过无线天线将这些实时信号传输至中继站。中继站进一步转发接收到的数据，包括水位和降雨量，这些信息经过中心站的接收、处理和转化，最终抵达计算机，实现实时在计算机上展示、存储和管理水雨情信息，从而达成水库水雨情的自动化监控功能。

(二)主要构成

自动测报系统通常包含以下设备构成，详细内容如下：

1.传感器：常用的有雨量计、水位计、流量计、闸位计、蒸发器、风速/风向计、温度计以及各种电量（如电压、电流、功率等)传感器，具体说明如下：

(1)雨量计：

雨量计：一种专为气象学家和水文学家设计的设备，其功能在于精确测定特定区域内累积的降雨量。

雨量器的结构主要包括承水器（即漏斗）、储水筒（又称外筒）以及储水瓶，且均配备与其口径相匹配的专用量杯。

③种类：

降雨监测设备：虹吸式雨量计是一种精密仪器，用于连续测量并记录液体降水量及降水时长，从而分析降水强度。该设备主要由四个部分构成：首先，承水器接纳雨水，通过下方漏斗集中；其次，浮子室内部包含浮动装置，随着积水增多，浮子上升并驱动自记笔同步动作。自记钟稳固在基座上，其内部的钟机驱动转筒进行周期性旋转，使得记录笔在相应的记录纸上绘制出降雨曲线。纵坐标代表雨量，横坐标则由自记钟控制，象征时间流逝。当水位达到预设阈值（例如10毫米）时，虹吸效应启动，迅速排空浮子室中的水至储存瓶，此时记录笔会垂直下降至零刻度线，随着新雨水的流入再逐步上升，以此反复记录整个降雨过程。

精密称重雨量计：该设备采用连续测量原理，准确记录接雨杯内积累及储存的降水重量。计量手段包括利用机械棘轮装置或平衡锤机制，完整记录各类降水，包括雨、雪及雹混杂形式。

遥测雨量设备：该设备主要由感应器和信号记录单元构成，其中感应器包含承水器、上部接水斗、计量翻斗、计数翻斗以及干簧开关等组件。信号记录单元则包括计数器、记录笔、自动计时装置以及控制线路板。其运作机制如下：雨水从顶部承水口进入承水器，经过接水漏斗后流至翻斗。当积水积累到预设阈值（例如0.1毫米）时，翻斗失衡翻倒。每次翻斗倾覆，会触发开关接通电路，向记录器发送脉冲信号。记录器则控制自记笔记录下降雨量的变化，以此连续监测降雨过程。

(2)水位计：

①按传感器原理分类：

浮子驱动原理：借助水的浮力调控浮子运动，进而促使传感器轮运转，实现对水位的测量并转化为可读信号。此技术适用于直井与斜井两种井型设计。

采用电机驱动技术，促使浮子或测量探头随水位升降而同步运行，带动传感器轮转动，从而将测得的水位变化转化为可解读的电信号输出。

水位测量采用压力感应方法，主要包括气泡式与固态压阻式两种实施手段。

基于声波测距原理（包括超声波应用），本方法区分了两种类型：气介式和水介式，通过声波的反射来精确测量水位。

②按传感器输出信号分类：

根据分辨率需求，系统采用逐级变化策略：每当水位值增加或减少特定幅度时，便会触发一次信号发送。常见的实现类型包括可逆增量、三态增量以及四态增量模式。

数据转换采用编码方式，将水位信息转化为二进制表示，具体包括8421码、格雷码、余三码等多种码制形式进行输出。

电模拟信号转换技术：通过压阻式传感器或自整角机同步传动等手段，实现水位数值与电量的直接转化输出。

数字化转换：水位高度通过转化为时间间隔或频率数据，以数字信号形式输出，例如声学水位测量设备即遵循此原理。

③按记录方式分类：

采用数值模拟记录设备对过程线进行精确记录。

2)打印记录：用定时打印机进行数据记录。

数据记录采用穿孔技术（或以黑色点线形式），以便于数据导入计算机系统。

采用集成电路存储器实现数据的储存与导入，实现了固态记录的功能。

水位数据通过录音磁带进行记录，并支持导入计算机处理。

闸门开度感应设备：作为针对闸门操作特性的专用传感器（闸位传感器），本产品选用光电绝对编码器或机械式设计，内部装配精密变速机构。输出信号形式多样，包括并行格雷码、串行RS485通信接口以及常见的4-20mA标准模拟信号，以满足用户的多元化需求。

风向测量设备：风向标尾部采用流线型设计，配以精致的平衡组件，由主杆顶部的锥形尖针提供稳固支持。尖端经过热处理强化，确保在适当调整下具有卓越的灵活性。风压板分为轻型和重型两种规格，其密度和外形经过严谨的数学推演与实验优化。轻型板侧配备平衡重量，风压板的支撑装置可进行微调。在最佳设置下，风速的测量表现出高度的敏感性。

2.遥测终端（数据采集终端或RTU）。

通信设施包括：传统的电话通过 PSTN 服务，移动通信采用 GSM 手机，支持短信及 GPRS 服务；同时配备卫星定位系统，计算机网络设施亦一应俱全，还有微波通信技术作为补充。

(三)主要应用

实时数据监控与可视化优化：以往在无水库水雨情自动测报系统的支持下，防汛抗洪所需的关键信息如水位和水量，主要依赖人工现场测量。这导致了资源的大量消耗，包括人力、物资和时间，且易出现信息获取的延迟，影响了数据的即时性和准确性，进而影响了防汛决策的科学性和合理性。引入该系统后，通过传感器自动监测雨量和水位变化，实时传输至各监测站，并在计算机上即时呈现，显著减轻了工作负担，提升了水雨情数据计算的精度。这一创新显著提高了防汛抗洪决策的时效性和准确性，极大地便利了统一调度过程。

数据管理与查询：水库水雨情自动测报系统在运行中内嵌数据库系统，实时且精准地接收并存储遥测站传输的数据。借助水雨情自动化遥测系统软件，用户能够便捷查询历史数据及特定时间范围内的水雨情信息。此外，系统还能根据数据库中的水位和水量数据，生成直观的图表，支持防汛抗洪决策，并为水库日常管理提供翔实的数据支持。

自动化水雨情分析：在引进水库水雨情自动测报系统前，传统的方法依赖人工处理遥测站的水雨情信息，这无疑增加了管理者的负担，并因人为因素可能影响数据的精确度和即时响应。然而，新系统的应用实现了关键指标如小时流量、日流量以及水位、水量等的自动统计，显著提升了效率。随着遥测技术的不断优化，数据传输的完整性和准确性得以增强，不再仅仅是简单叠加，而是能生成详细的水库水雨情报表。此外，系统还能自动生成汛期和年度水雨情报告，从而大幅减轻人工劳动，确保了计算过程中的精度和时效性提升。

4.公式修改：水库水雨情自动测报系统中的各个追测站收集到的都是水库水位数据，经传送到计算机显示出来的也仅仅是水位信息，在根据测站传回水位流量等信息进行各追测站点的流量确定，进而进行水库水雨情信息计算。为了保证水库水雨情数据计算的精度，根据实际情况，需要对各个遥测站水位流量进行历年校核，若发生了较大的变化，其自动生成的水位流量曲线也会发生变化。因此，在水库水雨情自动化遍测系统的软件中专门设置的公式编辑器，能够保证及时对水位流量曲线等进行修改，保证水雨情计算过程中更加准确。但是，对于自动化追测系统软件里的公式修改其后果比较严重，必须设置管理权限，只有具有管理权限的管理人员登录后才能进行修改，保证水库水雨情自动测报系统的稳定运行。

在水库管理和防汛抗洪领域，水库水雨情自动测报系统展现出广泛的潜力。持续对其开展深入研究，旨在逐步拓宽其应用范畴，不断提升水库水雨情自动化监测系统的实用价值，致力于使其在日常管理和应急响应中发挥更大作用。

第二节 详细项目规格与要求

一、项目概况

(注：以下内容根据项目实际情况填写)

自动化XX水库水雨情监测与报告系统建设项目

2.采购单位：

3.项目地址：

4.项目工期：

二、明确项目规格与期望

1.功能需求：

对于水库实时监控信息的需求升级：伴随信息技术的进步，水行政管理部门对防洪抗旱业务的精确度期望不断提升。在确保XX水库防汛与干旱管理的高效运作中，首要任务在于实时掌握水库的降雨动态与水情信息，以实现‘信息精确、决策精准、行动精准’的目标导向。

水库基础数据核查需求概述：当前，XX水库已借助水利厅统一部署的数据填报平台，积累了主要的水库基本信息、工程参数、水文学资料及应急预案文本等。然而，鉴于初期资料的不完整性，诸如三线水位、坝顶高程等关键数据尚需进一步核实，以确保数据准确无误，从而为后续防汛工作提供科学依据。

移动应用的必要性：XX地域的各级水行政管理部门主要依赖水文局水信息网及山洪灾害监测预警平台来获取雨水雨情数据。这些平台主要依托于水利专网运行。为了契合基层防汛管理的实际需求，特地开发了配套的手机应用程序，旨在实现防汛信息查询与山洪防御信息的便捷获取。

2.建设需求：

水库雨水雨情自动测报系统建设项目：遵循既定的技术路线和建设准则，将在规划区域开展自动监测站与水文设施的新建与改造工作。依据统筹安排，旨在满足水库防汛预警预报的需求，我们将构建适应基层实际情况的雨情、水雨情、汛情监测体系。在此基础上，通过对共享水文资源、气象数据以及前期项目已设立的自动监测站点的整合优化，提升水库雨水雨情监测站网的分布合理性。

实现数据整合与共享：梳理气象、国土等部门以及可能存在遗漏的自动观测站信息，确保数据的完整上传并入库，从而推进全面的数据共享机制。

项目基础数据整合：遵循既定部署，根据建设规划和技术路径，严格遵照采购方规定，我们负责对水库相关数据资料进行全面整理和标准化入库，协同推进平台构建。主要工作内容涵盖对本项目所有水库工程基础信息和监测站点基础信息的详尽核查与准确录入登记。

(4)建设依据原则：

一、全面构建与优化：针对现有水库雨水雨情自动测报系统覆盖不足的问题，所有尚未安装此类系统的区域须纳入建设规划，力求实现全面的雨水雨情自动化监测。对于已建立的系统，若发现设备设施不完备或频繁出现故障，我们将实施必要的改造或升级，确保系统的稳定运行和完整性。

项目规划与执行：严谨确定需建设及改造的水库雨水监测自动化系统设备清单，对于已包含在山洪灾害非工程防范项目中的部分，由相应的专项项目承担实施；剩余的建设项目，则由省级部门进行详细分配并有序推动执行。我们将全面规划建设内容，明确技术规格，制定实施流程和工作标准，确保项目的规范化、科学性、针对性以及实际效益。