陸渾水庫大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

□劉小軍 □郝敬偉 □田京飛 □候振河(河南省陸渾水庫管理局)

0 引言

陸渾水庫座落在黃河支流伊河的中游嵩縣境內(nèi)，總庫容13.20億m3，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖、供水等綜合利用的大（一）型水庫。水庫樞紐工程主要由大壩、輸水洞、泄洪洞、溢洪道、灌溉洞及水電站等組成。陸渾水庫建成四十余年來，在防洪減災(zāi)、農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了巨大的作用，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但這一切都依賴于陸渾水庫大壩的安全運(yùn)行，而大壩的安全保障很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是對(duì)大壩進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。安全監(jiān)測(cè)是大壩的耳目，地下水的監(jiān)測(cè)在大壩安全監(jiān)測(cè)中又占據(jù)相當(dāng)嚴(yán)重的地位，對(duì)其所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行整理和分析研究，可以了解大壩浸潤(rùn)線的變化情況；同時(shí)還可以監(jiān)視壩身防滲體有無破壞及地下滲流場(chǎng)的變化，這對(duì)大壩的安全都至關(guān)重要，因此被喻為水庫大壩的內(nèi)科醫(yī)生。陸渾水庫共有測(cè)壓管95（其中5根是2006年二期工程新做的）根，分別分布于大壩的東、西壩頭、壩身等水庫關(guān)鍵部位。陸渾水庫管理局分別于2003年和2006年分兩期與山西長(zhǎng)治海達(dá)利傳感技術(shù)有限公司合作，對(duì)陸渾水庫的大部分測(cè)壓管（80根)安裝了磁浮子傳感器自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)主要由傳感器、前置機(jī)、傳輸系統(tǒng)（分線盒，信號(hào)變送器，防水電纜及通訊電纜）和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)四部分組成。

由安裝在大壩各斷面測(cè)壓管內(nèi)的水位傳感器采集的水位信號(hào)，通過斷面?zhèn)鬏旊娎|送至各斷面分線盒后，并入通訊電纜。由信號(hào)變送器將采集的信號(hào)傳送給前置機(jī)，前置機(jī)完成各測(cè)點(diǎn)的選擇、隔離、數(shù)模轉(zhuǎn)換和標(biāo)尺變換，以并口形式傳送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制各前置機(jī)的通、斷電工作，將各測(cè)點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，可顯示、存貯、打印，并形成各種報(bào)表及分析圖形。采集完成后，前置機(jī)斷電，使前置機(jī)在不檢測(cè)時(shí)可靠地處于斷電狀態(tài)，可有效地將被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)與計(jì)算機(jī)可靠地電氣隔離，避免外界干擾對(duì)計(jì)算機(jī)的影響?？呻S時(shí)巡測(cè)全部測(cè)點(diǎn)和點(diǎn)測(cè)一個(gè)或幾個(gè)測(cè)點(diǎn)。每支傳感器中均配置有人工測(cè)量裝置，當(dāng)停電或儀器發(fā)生故障時(shí)，可人工測(cè)量，從而保證了觀測(cè)資料的連續(xù)性和完整性。通過近6年的運(yùn)用,取得了較滿意的效果。但由于存在測(cè)壓管銹蝕及沒按設(shè)計(jì)要求使用等問題，致使如今損壞嚴(yán)重，大部分已不能夠正常運(yùn)行。

3 效果

3.1 提高效率,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度

由于過去采用人工測(cè)量，受測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法以及測(cè)量人員等諸多因素影響，同時(shí)需要5個(gè)人測(cè)4 h才能全部完成一次陸渾水庫的測(cè)壓管測(cè)量，所以勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低。而且在壩區(qū)內(nèi)測(cè)量由于地形復(fù)雜，還容易受到如刮風(fēng)、下雨、下雪等惡略天氣對(duì)人員的的影響傷害。而現(xiàn)在一個(gè)人在電腦前只需2～3 min既可完成全部工作，而且還可以根據(jù)工作需要進(jìn)行適時(shí)觀測(cè)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)是以數(shù)字信號(hào)的形式傳遞的，傳輸距離長(zhǎng)（最大可達(dá)10 km），抗干擾能力強(qiáng)受外界因素影響小，與人工測(cè)量對(duì)比最大差值均＜4 cm，省時(shí)省力。

3.2 操作簡(jiǎn)單、工作可靠

由于本系統(tǒng)安裝于Windows下，且全部為視窗操作、全中文界面一看就會(huì)。只要稍懂計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的人很快便可以學(xué)會(huì)并完成操作。

以前的測(cè)量工作需要由人工在野外完成數(shù)據(jù)的采集，回到辦公室后還需要完成大量的內(nèi)業(yè)計(jì)算工作、包括計(jì)算、校核、點(diǎn)繪成圖、等一些資料整編等工作，而這些工作都需要投入大量的人力來完成，這就不可避免的又會(huì)造成一些新的錯(cuò)誤。而現(xiàn)在的這些工作全部有計(jì)算機(jī)來完成，計(jì)算機(jī)可以根據(jù)需要生成各種表格、曲線（包括水位過程線、關(guān)系過程線、浸潤(rùn)線、等值線等）、各種圖表而且又快又美觀，還可以將這些資料放進(jìn)電子儲(chǔ)存設(shè)備保存，既方便查詢整理也便于資料保管。

本系統(tǒng)在自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)以外，另同時(shí)配備有手工測(cè)量設(shè)備一套，主要有三方面考慮：①為系統(tǒng)試運(yùn)行時(shí)的對(duì)比測(cè)量使用；②為一旦自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，還可以進(jìn)行手工測(cè)量從而不至于數(shù)據(jù)中斷，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性；③發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有異常時(shí)，及時(shí)進(jìn)行人工復(fù)核以更加準(zhǔn)確判斷大壩工程運(yùn)行狀態(tài)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供可靠的依據(jù)。

4 經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

4.1 測(cè)壓管銹蝕問題

由于陸渾水庫始建于20世紀(jì)5、60年代，大部分測(cè)壓管也是在建庫時(shí)安裝的，經(jīng)過多年的運(yùn)行，大部分測(cè)壓管銹蝕嚴(yán)重，有的測(cè)壓管的管壁和管底已經(jīng)完全銹蝕透了，進(jìn)入了大量的泥沙。由于經(jīng)費(fèi)原因及問題嚴(yán)重性考慮不足，在2003一期工程和2006年二期實(shí)施時(shí)對(duì)老測(cè)壓管沒有進(jìn)行更新，只對(duì)測(cè)壓管進(jìn)行了清淤；但隨著時(shí)間的推移，測(cè)壓管周圍泥沙和測(cè)壓管壁銹蝕后脫落的鐵銹等淤積物又在測(cè)壓管內(nèi)逐漸增多，有的從傳感器的進(jìn)水孔進(jìn)入傳感器，嚴(yán)重影響了傳感器的工作，有的造成傳感器里的浮子卡死，從而影響觀測(cè)精度，甚至有的還造成設(shè)備損壞，而新做的5根測(cè)壓管則沒有這些問題困擾。

經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)：在安裝該系統(tǒng)時(shí)一定要保證測(cè)壓管的完好性，并且每年都對(duì)測(cè)壓管進(jìn)行清淤和檢查，對(duì)傳感器進(jìn)行清洗和保養(yǎng)，以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

4.2 雷擊問題

由于水庫大壩大都建在偏僻空曠的地方，且大壩相對(duì)周邊地勢(shì)也較高，所以夏天遭到雷擊的概率較大；而陸渾水庫大壩測(cè)壓管自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的的通訊電纜都埋設(shè)在大壩坡面下1 m左右，雷電很容易造成電纜損壞，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)燒壞前置機(jī)和電腦等設(shè)備。在系統(tǒng)運(yùn)行前3年內(nèi)被雷擊兩次，造成部分系統(tǒng)設(shè)備損壞,后經(jīng)廠家及時(shí)維修，在大壩下游坡面各斷面分線盒處修建避雷設(shè)施，并在機(jī)房加裝高性能接地線才基本解決雷擊問題。經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)：施工時(shí)要同時(shí)考慮避雷設(shè)施，選購(gòu)?fù)ㄓ嶋娎|要加裝屏蔽層的高絕緣性電纜，機(jī)房還要有可靠接地線。

4.3 排水問題

陸渾水庫大壩壩頂安裝的7套測(cè)壓管自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備因?yàn)橐３謮雾斊秸烙^，測(cè)壓管口做得比壩頂稍低，周圍為30 cm見方檢修坑，上面覆蓋5 mm厚鋼板保護(hù)。由于沒考慮排水問題，下大雨以上級(jí)別的雨時(shí)，雨水就會(huì)集滿檢修坑并從管口灌入測(cè)壓管，容易造成管內(nèi)淤積和傳感器損壞。為解決該排水問題需在檢修坑內(nèi)做排水孔，由于是后期施工，壩頂又不能破壞，后來費(fèi)了很大的功夫也花了不小的代價(jià)，才把7個(gè)排水孔做好，雨水灌進(jìn)測(cè)壓管問題才得以解決。

經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)：施工時(shí)一定要考慮各種不利因素，把工作做在前面，若出現(xiàn)問題后期補(bǔ)救，必將花費(fèi)較大代價(jià)。

4.4 運(yùn)行問題

陸渾水庫大壩測(cè)壓管自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原設(shè)計(jì)要求試運(yùn)行期間（4至5個(gè)月）進(jìn)行人工對(duì)比測(cè)量，若精度符合要求（≤4 cm）且運(yùn)行穩(wěn)定可轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)，即不再進(jìn)行人工比測(cè)，完全采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)所取得的數(shù)據(jù)。但由于多種原因，陸渾水庫大壩測(cè)壓管自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建成后，一致沒有停止人工觀測(cè)，即人工觀測(cè)和自動(dòng)化同時(shí)觀測(cè)，頻繁的拉動(dòng)人工比測(cè)繩，給自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備造成了很大的破壞，這也是目前系統(tǒng)不能正常工作的主要原因。因?yàn)樵谥睆? cm測(cè)壓管內(nèi)，安裝有傳感器和固定傳感器的鋼絲繩、傳感器信號(hào)傳輸電纜、人工比測(cè)繩三種設(shè)施，過多的不必要人工擾動(dòng)勢(shì)必會(huì)造成纏繞等影響傳感器工作的交叉破壞。

經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)：條件具備時(shí)一定要按照設(shè)計(jì)要求運(yùn)行，這樣既是體現(xiàn)安裝大壩測(cè)壓管自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目的，節(jié)省人力物力，提高效率,也是保護(hù)設(shè)備的要求。

4.5 維修問題

大壩測(cè)壓管自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大部分是微電子設(shè)備，特別是室外部分工作環(huán)境相對(duì)較差，及時(shí)的保養(yǎng)維護(hù)是保證其正常工作必不可少的手段，但由于陸渾水庫歷史欠賬較多，自身經(jīng)濟(jì)困難，工程維修經(jīng)費(fèi)也不到位，有了小問題不能及時(shí)解決最后變成大問題。

經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)：要對(duì)大壩測(cè)壓管自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)維修養(yǎng)護(hù)，要確保人員和經(jīng)費(fèi)的落實(shí)，并建立維修檔案，這樣可有效延長(zhǎng)該系統(tǒng)的工作年限。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)大壩測(cè)壓管自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在陸渾的運(yùn)用進(jìn)行了總結(jié)，在肯定成績(jī)的同時(shí)也提出了存在的問題，得出了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，僅供大家參考。

[1]劉紀(jì)平，任建營(yíng).漳澤水庫大壩測(cè)壓管自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立與研究[J].山西水利，2000（3）.

[2]陳萬欣，任小娟，韓建芳等.自動(dòng)化技術(shù)在陸渾水庫大壩安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].河南水利與南水北調(diào)，2012（10）.