論棋盤(pán)山水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)研究

劉　奇　高永超　何維民

摘要 大壩是水庫(kù)的重要樞紐，是保障水庫(kù)功能和效益發(fā)揮的關(guān)鍵，大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)是保證大壩安全的重要措施，是壩工設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行管理中必不可缺的工作。對(duì)遼寧省棋盤(pán)山水庫(kù)實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)研究成果進(jìn)行介紹，并重點(diǎn)對(duì)實(shí)現(xiàn)土石壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 土石壩；安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化系統(tǒng)；遼寧沈陽(yáng)；棋盤(pán)山水庫(kù)大壩

中圖分類(lèi)號(hào) TV62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2009）07-0280-01

棋盤(pán)山水庫(kù)位于沈陽(yáng)市棋盤(pán)山開(kāi)發(fā)區(qū)渾河支流蒲河上游輝山—棋盤(pán)山山谷中，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、旅游等綜合利用的中型水庫(kù)。水庫(kù)控制流域面積133km²，總庫(kù)容8 016萬(wàn)立方米。下游影響19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、4個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)、60多萬(wàn)人口、7.33hm²耕地。長(zhǎng)大鐵路、沈哈高速公路、沈北煤田等重要交通干線經(jīng)過(guò)

此地，其地理位置重要。

1 研究目標(biāo)

調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，造成病險(xiǎn)水庫(kù)的主要原因之一就是大壩安全監(jiān)測(cè)方法落后，人工監(jiān)測(cè)不及時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體隱患，大壩長(zhǎng)期帶病超限運(yùn)行，在遇暴雨洪水高水位運(yùn)行時(shí)，容易引起壩體滑坡或垮壩事故。因此，有必要研究適合于水庫(kù)工作環(huán)境的、能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的新型總線結(jié)構(gòu)自動(dòng)采集技術(shù)，以解決分散式結(jié)構(gòu)采集模式在水庫(kù)實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題。并結(jié)合當(dāng)前世界先進(jìn)的水庫(kù)土石壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備，綜合運(yùn)用水利、計(jì)算機(jī)信息及通訊技術(shù)，結(jié)合實(shí)際土石壩工程，設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)土石壩自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)與分析評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，最終總結(jié)、研究水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)解決方案。

2 完成研究?jī)?nèi)容

2.1 大壩外部變形監(jiān)測(cè)技術(shù)

具體研究?jī)?nèi)容包括水庫(kù)壩體外部變形的測(cè)點(diǎn)布設(shè)、應(yīng)用全站儀進(jìn)行外部變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、外部變形數(shù)據(jù)分析模型理論及通用程序模塊的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)等。

2.2 總線式結(jié)構(gòu)自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)

具體研究?jī)?nèi)容包括PROFIBUS、MODBUS總線結(jié)構(gòu)式智能化（大壩）滲流、浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，并根據(jù)水利工程特點(diǎn)設(shè)計(jì)全新的防雷系統(tǒng)等。

2.3 大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

具體研究?jī)?nèi)容包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸與入庫(kù)、采集數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化技術(shù)、數(shù)據(jù)異常報(bào)警技術(shù)等。

2.4 水庫(kù)大壩安全分析評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)系統(tǒng)

具體研究?jī)?nèi)容包括：基于實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)庫(kù)、水庫(kù)工情數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)庫(kù)的大壩安全分析評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的研究，系統(tǒng)通用性、可靠性、可移植性的研究，大壩安全分析、評(píng)價(jià)與預(yù)報(bào)模型理論的研究與通用程序模塊的

設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)等。

3 研究成果

3.1 總線式結(jié)構(gòu)自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)研究

通過(guò)理論研究和結(jié)合實(shí)際工程監(jiān)測(cè)施工設(shè)計(jì)，應(yīng)用現(xiàn)代電子理論方法對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)軟件、傳感器等方面進(jìn)行了優(yōu)選研究，根據(jù)水庫(kù)大壩環(huán)境和不同水庫(kù)大壩參數(shù)的差別，先后選用了2種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：PROFIBUS總線結(jié)構(gòu)式智能化（大壩）滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，MODBUS總線結(jié)構(gòu)式智能化（大壩）滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。實(shí)踐證明，2種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有接線量小、線路短、結(jié)點(diǎn)少、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，徹底解決了大壩監(jiān)測(cè)中存在的電源波動(dòng)、干擾、潮濕、高溫嚴(yán)寒和人為破壞等難題，為水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)提供了現(xiàn)代化的方法手段。

3.2 系統(tǒng)防避雷技術(shù)研究

由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備在壩面安裝、無(wú)廊道屏蔽、系統(tǒng)分布范圍大等原因，導(dǎo)致土石壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更容易遭受雷擊。專(zhuān)業(yè)統(tǒng)計(jì)分析表明，有90%的雷害是由感應(yīng)雷電流沿通訊電纜、電源電纜進(jìn)入系統(tǒng)損毀設(shè)備。本研究的工程防雷措施同時(shí)從構(gòu)建覆蓋整套系統(tǒng)的屏蔽防護(hù)體系、切斷雷電流傳輸通道、建造良好下瀉通道最大限度輸導(dǎo)雷電流等方面入手，具體工程措施包括：數(shù)據(jù)傳輸主干路采用光纜通訊；所有電纜采用鍍鋅鋼管保護(hù)并地埋敷設(shè)，使系統(tǒng)設(shè)備和通訊線路完全置于全屏蔽法拉第籠的保護(hù)之下；合理利用測(cè)壓管體系構(gòu)建接地系統(tǒng)，使系統(tǒng)接地電阻在1Ω以下；所有設(shè)備采用單端接地方式，避免由于地電位差引入干擾；在各信號(hào)電纜、電源電纜兩端加裝浪涌識(shí)別防雷設(shè)備，切斷雷電流傳輸通道；為整個(gè)系統(tǒng)加裝避雷針，最大限度降低直擊雷危害等。同時(shí)，研究設(shè)計(jì)了串聯(lián)式浪涌識(shí)別電源防雷、串聯(lián)式信號(hào)線避雷、分散式聯(lián)合接地系統(tǒng)模式和電源穩(wěn)壓系統(tǒng)，有效地避免了直擊雷、感應(yīng)雷和電壓浪涌波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的破壞和影響。

3.3 水庫(kù)大壩安全分析評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)系統(tǒng)

為開(kāi)發(fā)建立具有通用性、可移植性的水庫(kù)大壩安全分析評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，本研究將系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理信息子系統(tǒng)和分析評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)子系統(tǒng)。對(duì)采集數(shù)據(jù)庫(kù)的效率優(yōu)化、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)維護(hù)管理、壩體變形安全分析模型理論、滲流安全分析模型理論進(jìn)行了深入研究。建立集壩體裂縫分析、過(guò)程線分析、浸潤(rùn)線分析、位勢(shì)分析、相關(guān)分析及壩體安全綜合評(píng)價(jià)（包括壩體安全評(píng)價(jià)體系與評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的建立、模糊綜合評(píng)價(jià)模型、灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)模型與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型的開(kāi)發(fā)）等功能的大壩安全分析評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)棋盤(pán)山水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)的研究，目前已形成一套成熟穩(wěn)定的建設(shè)模式，項(xiàng)目研究成果對(duì)棋盤(pán)山水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化建設(shè)與除險(xiǎn)加固改造具有全面的指導(dǎo)作用。該成果的實(shí)施能夠極大地提高水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)水平，提高水庫(kù)防洪和供蓄水能力，發(fā)揮水庫(kù)的巨大作用，對(duì)水庫(kù)流域的可持續(xù)發(fā)展具有促進(jìn)作用和應(yīng)用價(jià)值。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 何玉春，謝明勇.水庫(kù)大壩安全觀測(cè)與運(yùn)行管理[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2009（1）：71-72.

[2] 方衛(wèi)華.國(guó)內(nèi)外水庫(kù)安全管理與大壩安全監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀與展望[J].水利水文自動(dòng)化，2008（4）：5-10.

[3] 于賀海，徐偉，郭維東.自由水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固及監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)水運(yùn)，2008（12）：154-155.