大壩觀測自動化系統(tǒng)存在的問題分析與改造對策

王翔宇

(青海黃河水電開發(fā)有限責(zé)任公司大壩管理中心，青海 西寧 810000)

大壩觀測自動化系統(tǒng)存在的問題分析與改造對策

王翔宇

(青海黃河水電開發(fā)有限責(zé)任公司大壩管理中心，青海 西寧 810000)

大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)對于水庫優(yōu)化調(diào)度以及工程的安全運(yùn)行有著重要的作用，水利工程中大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)倍受重視。主要對大壩觀測自動化系統(tǒng)中存在的問題及原因進(jìn)行了分析，并提出了改善觀測系統(tǒng)的對策與建議。

大壩觀測自動化系統(tǒng)；問題；對策

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水庫建設(shè)的規(guī)模也隨之?dāng)U大。大壩觀測自動化系統(tǒng)在水庫安全與水庫質(zhì)量監(jiān)控中有著重要的作用，越來越受到人們的重視。本文針對大壩觀測自動化系統(tǒng)中存在的問題總結(jié)改造措施。

1 大壩觀測自動化系統(tǒng)存在的問題

目前在大壩施工過程中，主要是按照工程需要安裝觀測儀器設(shè)備，設(shè)置差動電阻式傳感器，對內(nèi)部觀測儀器測值進(jìn)行測量。在對觀測設(shè)備采取自動化改造后，安裝引張線儀以及電容式坐標(biāo)儀，能基本實(shí)現(xiàn)對電感式揚(yáng)壓力計、揚(yáng)壓力、集水井、引張線、量水堰以及垂線的自動化觀測。這一系統(tǒng)的設(shè)計研制，投入時間與運(yùn)行時間的跨度比較大，采集數(shù)據(jù)可靠性較差，系統(tǒng)軟件落后，工作僅能在DOS平臺下，大壩的觀測數(shù)據(jù)只能在壩前監(jiān)測終端微機(jī)上進(jìn)行存儲，并沒有實(shí)現(xiàn)同管理局后方計算機(jī)之間的實(shí)時共享，同時丟失數(shù)據(jù)比較多。根據(jù)自動化觀測設(shè)備的運(yùn)行情況，人工測值和自動測值之間有著較大的差距，這一差距造成系統(tǒng)觀測常出現(xiàn)問題，說明自動化觀測設(shè)備無法完全替代人工觀測。如果集水井無法實(shí)現(xiàn)自動化，量水堰、引張線以及垂線等相繼癱瘓，外部觀測也只能通過人工測量完成。由于工作環(huán)境較為惡劣，工作量逐漸加大，大壩結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人工觀測精度比較低，難以滿足現(xiàn)代化管理中的各項要求，系統(tǒng)更新改造問題日益突出。

2 原因分析

(1) 隨著時間的推移，大部分設(shè)備的內(nèi)部情況已發(fā)生變化，一些儀器設(shè)備陸續(xù)無法正常工作，再加上抗電磁干擾效果差以及數(shù)據(jù)采集線路老化等問題的出現(xiàn)，系統(tǒng)中大多數(shù)控制設(shè)備經(jīng)常會發(fā)生故障。

(2) 部分水庫大壩建設(shè)于20世紀(jì)末，受到時代因素的影響，在施工過程中，水庫觀測儀器設(shè)備的設(shè)置大多數(shù)較為落后，電阻式傳感器埋設(shè)時間長，設(shè)備老舊，基本上已達(dá)到設(shè)備預(yù)期壽命，無法滿足目前需求。此外，以前國內(nèi)所生產(chǎn)的埋設(shè)傳感器，對于常態(tài)混凝土筑壩埋設(shè)方法較為適用，無法滿足輾壓式混凝土施工方法，與目前先進(jìn)筑壩工程建設(shè)相比較為落后，在施工期間，一些設(shè)備已經(jīng)失效。

(3) 垂線線體發(fā)生擺動，采取常規(guī)的測量方式，難以滿足規(guī)范化需求。正垂線線體較長，線體搖晃幅度較大，造成測值不準(zhǔn)確。原本的壓力計主要使用差阻式儀器，揚(yáng)壓力觀測過程中部分傳感器有著較大誤差，測值可靠性較差。

(4) 觀測系統(tǒng)設(shè)計、安裝調(diào)試以及投入運(yùn)行時間較長，大壩受到使用時間以及系統(tǒng)設(shè)計等因素的影響，數(shù)據(jù)采集設(shè)計主要為集中式，造成數(shù)據(jù)信息采集缺少真實(shí)性與可靠性，系統(tǒng)軟件分析較為落后，難以為水庫日常管理提供參考信息。此外，觀測系統(tǒng)軟件沒有順應(yīng)時代發(fā)展，較為落后，同管理局計算機(jī)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時共享，數(shù)據(jù)嚴(yán)重丟失，人工數(shù)據(jù)采集無法完全替代，系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)問題。

3 大壩自動化觀測系統(tǒng)改造建議

目前，大壩觀測工作倍受重視。外部觀測主要包含氣溫、水溫與庫水位等水文觀測，揚(yáng)壓力、繞壩滲流以及滲透流量等滲流觀測，近壩區(qū)沉陷、壩基、壩頂、基巖變形、壩體傾斜、壩體撓度以及大壩水平位移等大壩變形觀測；內(nèi)部觀測主要包含裂縫、滲壓、溫度、應(yīng)變以及應(yīng)力觀測。水庫大壩對周邊居民的生命安全以及生活產(chǎn)生直接的影響，同時大壩觀測自動化系統(tǒng)在水庫安全與質(zhì)量監(jiān)控中有著重要的作用，所以要對大壩自動化觀測系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3.1 優(yōu)化大壩自動化觀測系統(tǒng)軟件設(shè)計

(1) 子系統(tǒng)評價分析應(yīng)具有可靠性與實(shí)用性，需重點(diǎn)注意：1) 分布圖主要包含二維分布圖與一維分布圖，一維分布圖重點(diǎn)描述某一空間方向上與測量分布的情況。2) 相關(guān)圖可應(yīng)用于對任意2個監(jiān)測量的分析，包括各監(jiān)測量與環(huán)境量之間的相關(guān)分析，當(dāng)2個監(jiān)測量不對應(yīng)時，系統(tǒng)自動實(shí)行相互插補(bǔ)。3) 內(nèi)部儀器過程線，即對觀測結(jié)果中含有溫度測值的內(nèi)部觀測儀器的分析及輸出。儀器內(nèi)部過程線能對同一時間坐標(biāo)溫度與監(jiān)測量兩幅過程線圖進(jìn)行繪制，回歸分析所選取測點(diǎn)這一時段測值。4) 綜合過程線主要應(yīng)用于多個測點(diǎn)與監(jiān)測物理量的各類輸出以及過程線檢查，擁有便于圖形輸出、特征量統(tǒng)計、回歸分析、誤差處理等功能。

(2) 數(shù)據(jù)采集管理的相關(guān)子系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)間需具有一定的獨(dú)立性，在實(shí)施過程中可由專業(yè)性質(zhì)不同的單位負(fù)責(zé)，使整體系統(tǒng)實(shí)用性與先進(jìn)性得以提升。開發(fā)采集數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)應(yīng)建立在通用數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)之上，并將數(shù)據(jù)接口開放，方便發(fā)布分析成果、分析評價以及數(shù)據(jù)信息管理等系統(tǒng)的研究開發(fā)。

3.2 大壩觀測自動化系統(tǒng)外部監(jiān)測數(shù)據(jù)采集設(shè)計

觀測自動化系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)是其中的重要組成部分。所以在設(shè)計數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的過程中，要嚴(yán)格遵守科學(xué)經(jīng)濟(jì)、因地制宜等原則，使得外部監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)合理。具體措施如下：(1) 需有壩體析出物對管口流量計影響的評價；設(shè)定好集水井的水位控制及參數(shù)。(2) 基礎(chǔ)廊道的頂部濕度比較大，要選取具有一定代表性的壩段部分，對代表性部位進(jìn)行掃孔，對滲水狀況進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。(3) 增加壩基帷幕灌漿轉(zhuǎn)折處的橫向揚(yáng)壓力監(jiān)測斷面。(4) 對于水平裂縫要采取有效的監(jiān)測方法，裂縫所產(chǎn)生的變化可以通過監(jiān)測垂直移位與揚(yáng)壓力體現(xiàn)出來。全面考慮設(shè)計方案的完整性，在條件允許的情況下，裂縫部位需要埋設(shè)監(jiān)測儀器。(5) 在改造垂線的過程中，要與廠家進(jìn)行充分的溝通，鋼絲直徑的選擇要合適，在更換鋼絲時，重點(diǎn)做好老垂線與新垂線的銜接問題。(6) 壩頂?shù)乃轿灰瓶梢詰?yīng)用全站儀觀測方法，觀測的精度應(yīng)該符合誤差值≤1 mm的監(jiān)測規(guī)范。(7) 監(jiān)測大壩水平移位，可以在直線段設(shè)置引張線3層，工作基點(diǎn)為垂線；轉(zhuǎn)彎壩段要采取合理的準(zhǔn)線方案，但是需要對視準(zhǔn)線與倒垂線工作基點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。(8) 監(jiān)測大壩變形可以與本工程主要特點(diǎn)、設(shè)施監(jiān)測相結(jié)合，設(shè)計時需要嚴(yán)格遵守經(jīng)濟(jì)實(shí)用、精度高、可靠性好以及重點(diǎn)突出等原則。

3.3 大壩觀測自動化系統(tǒng)環(huán)境量監(jiān)測與內(nèi)部觀測設(shè)計

在建設(shè)監(jiān)測自動化系統(tǒng)前，需要全面鑒定內(nèi)部監(jiān)測儀器，一旦有不合格儀器，要及時找出原因，并采取相應(yīng)對策。需做到以下幾點(diǎn)：(1) 在內(nèi)部監(jiān)測組網(wǎng)方案中，選取的MCU精度等技術(shù)參數(shù)需要符合工程需求。(2) 在大壩上游壩面若出現(xiàn)不同程度水平裂縫，要對其進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，對于未布設(shè)監(jiān)測儀器壩段，在條件允許時，應(yīng)及時補(bǔ)裝監(jiān)測儀器。(3) 通常情況下，折向上游壩，在折點(diǎn)位置伸縮易張開，也可能會發(fā)生漏水，可以在大壩的折點(diǎn)位置，增設(shè)橫縫測縫計。(4) 大壩的下游可以增設(shè)水位計，將其納入到大壩觀測自動化系統(tǒng)中，便于分析監(jiān)測資料。(5) 在壩體可以設(shè)置溫度計8層，在每一層設(shè)計中，選取1支溫度計，將其納入到大壩觀測自動化系統(tǒng)中。(6) 通常大壩下游表面會設(shè)置2組溫度計，通過長期獲取的資料已了解氣溫對于大壩表層產(chǎn)生影響的主要規(guī)律，如果將2組儀器都納入到大壩觀測自動化系統(tǒng)中，沒有太大必要，因此可將性能較好的1組溫度計納入到大壩觀測自動化系統(tǒng)中。(7) 一般大壩內(nèi)部所安裝埋設(shè)的檢測儀器使用時間較長，檢測儀器性能會有所降低，儀器甚至?xí)p害，因此，在建設(shè)大壩檢測自動化系統(tǒng)前，應(yīng)該對檢測儀器進(jìn)行全面系統(tǒng)的鑒定。

4 結(jié)語

總而言之，水庫大壩不僅具有防洪作用，同時也肩負(fù)著灌溉作用。本文主要對水庫大壩觀測自動化系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行分析，并采取一系列的系統(tǒng)優(yōu)化改造措施，進(jìn)而提升水庫大壩的現(xiàn)代化管理水平以及自動化觀測能力，為水庫大壩觀測自動化系統(tǒng)提供參考依據(jù)，保證大壩附近居民的生命安全。

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2014-09-15

王翔宇(1984—)，女，甘肅蘭州人，助理工程師，從事電站大壩監(jiān)測、分析工作。