石佛寺水庫(kù)滲流自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)問(wèn)題分析及解決措施

董福君

(遼寧省石佛寺水庫(kù)工程建設(shè)管理局 沈陽(yáng) 110129)

李保華

(遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局 沈陽(yáng) 110006)

1 工程概況

石佛寺水庫(kù)是遼河干流上唯一的大型控制性水利工程，屬平原河道型水庫(kù)。壩址位于沈陽(yáng)市沈北新區(qū)黃家鄉(xiāng)和法庫(kù)縣依牛堡鄉(xiāng)，距沈陽(yáng)市區(qū)約47km。壩址以上流域面積164786km2。石佛寺水庫(kù)一期工程總庫(kù)容約1.85億m3，保護(hù)農(nóng)田面積28.74萬(wàn)hm2。石佛寺水庫(kù)主體工程包括:主壩、左副壩、右副壩、泄洪閘、防護(hù)堤治理、庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)遼河支流的改造工程、交通工程、交叉建筑物工程等。工程等級(jí)為Ⅱ等工程，永久性建筑物為2級(jí)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以100年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核。主壩全長(zhǎng)12.44km，成折線布置。泄洪閘共設(shè)16孔，總凈寬200m，總寬248.5m，由上游引渠、進(jìn)口段、閘室控制段、下游消能防沖段、尾渠段5 部分組成。石佛寺水庫(kù)以供水防洪為主，兼顧灌溉。為了及時(shí)掌握大壩滲流情況，分別在主壩和泄洪閘布置了測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 滲流自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1 系統(tǒng)布置情況

石佛寺水庫(kù)滲流自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括主壩滲流觀測(cè)和泄洪閘滲流觀測(cè)，共計(jì)97個(gè)測(cè)點(diǎn)。其中主壩包括8個(gè)滲流觀測(cè)斷面，布設(shè)40個(gè)壩體滲壓測(cè)點(diǎn)，37個(gè)壩基滲壓測(cè)點(diǎn);泄洪閘包括1個(gè)縱斷面，兩個(gè)橫斷面，布設(shè)20個(gè)揚(yáng)壓力測(cè)點(diǎn)。97支傳感器均為弦式壓力傳感器。

泄洪閘和土壩共設(shè)智能型數(shù)據(jù)采集單元(DAU2000)10臺(tái)，內(nèi)置NDA 智能數(shù)據(jù)采集模塊11 塊，分布在10個(gè)監(jiān)測(cè)站，其中左岸主壩分布7個(gè)監(jiān)測(cè)站，采用太陽(yáng)能供電模式，各監(jiān)測(cè)站之間采用四目單模光纜相連接。泄洪閘與右岸壩頭分布3個(gè)監(jiān)測(cè)站，采用220V 供電模式。有兩個(gè)測(cè)站的兩個(gè)DAU2000 數(shù)據(jù)采集單元在閘室內(nèi)，其余8個(gè)測(cè)站在大壩邊坡的地坑內(nèi)。弦式滲壓計(jì)用四芯屏蔽電纜接入相應(yīng)的DAU 中。軟件系統(tǒng)布置在右壩頭中控樓，測(cè)控單元通過(guò)通訊電纜與采集計(jì)算機(jī)相連。系統(tǒng)的通訊線路圖見(jiàn)圖1。

2.2 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)中，傳感器安裝在監(jiān)測(cè)部位，DAU 對(duì)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行管理。DAU2000 數(shù)據(jù)采集單元、NDA 智能數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器、電腦構(gòu)成一個(gè)完整的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電腦通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、圖形制作、報(bào)表制作、離線分析等功能。

3 系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題

2005年10月，遼河石佛寺水庫(kù)樞紐一期工程主體工程完工。2003年6月17日，石佛寺水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備傳感器安裝工程開(kāi)工，2005年9月20日完工。2005年10月12日，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始安裝、調(diào)試，2005年10月27日完成。系統(tǒng)運(yùn)行第一個(gè)月測(cè)次為每天一次，正常運(yùn)行時(shí)為一周一次，汛期為每周二次。石佛寺水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來(lái)，2005年10月～2006年8月，運(yùn)行良好。2006年8月以后，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。

圖1 石佛寺滲流自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊走線

3.1 DAU 采集單元內(nèi)設(shè)備多處損壞

2009年對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查發(fā)現(xiàn)，硬件系統(tǒng)在大壩邊坡地坑內(nèi)的8個(gè)DAU 采集單元內(nèi)設(shè)備不同程度地?fù)p壞，主要問(wèn)題有五個(gè):?電源損壞;?測(cè)量模塊損壞;?光端機(jī)損壞;?尾纖焊接點(diǎn)損壞;?光纜損壞。

3.2 DSIMS3.0 大壩安全監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)運(yùn)用不靈活

不能根據(jù)石佛寺水庫(kù)自身的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)用戶需要的自動(dòng)查找、自動(dòng)排序功能，數(shù)據(jù)庫(kù)管理比較困難;測(cè)值沒(méi)能自動(dòng)換算成最終值，需要人工計(jì)算出最終值才能與實(shí)際水位進(jìn)行比較;軟件不利于數(shù)據(jù)整理及分析;無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

3.3 觀測(cè)數(shù)值不合理

從測(cè)值結(jié)果看，很多測(cè)值明顯不合理。大部分壩體滲壓測(cè)點(diǎn)埋設(shè)在庫(kù)水位以上，在庫(kù)水位以上的測(cè)點(diǎn)本應(yīng)該沒(méi)有測(cè)值，但經(jīng)過(guò)軟件計(jì)算后有測(cè)值，而且測(cè)值遠(yuǎn)高于庫(kù)水位。

4 系統(tǒng)產(chǎn)生問(wèn)題的原因分析

4.1 硬件系統(tǒng)測(cè)量地坑環(huán)境不適應(yīng)設(shè)備正常運(yùn)行

多年運(yùn)行實(shí)踐證明:由于地坑內(nèi)寒冷、潮濕，不利于監(jiān)測(cè)設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。另外，由于地坑內(nèi)狹窄，不方便維修人員維修，在專業(yè)人員焊接尾纖后，在1～2 周內(nèi)再次斷掉。致使通訊中斷，無(wú)法正常采集數(shù)據(jù)。

4.2 軟件系統(tǒng)不完善

由于石佛寺水庫(kù)傳感器有自身的特點(diǎn)。97支滲壓計(jì)中，儀器選型有兩種，其中56支為ROCKTEST 滲壓計(jì)，41支為SLOPE VW 滲壓計(jì);97支滲壓器中，有63支儀器既測(cè)頻又測(cè)溫，34支儀器僅測(cè)頻;所以在軟件計(jì)算、表格設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理中都需要進(jìn)行特殊處理才能達(dá)到石佛寺水庫(kù)檢測(cè)要求。原軟件系統(tǒng)不具有針對(duì)性，需要根據(jù)石佛寺水庫(kù)實(shí)際情況，根據(jù)用戶需要完善相應(yīng)的軟件管理系統(tǒng)。

4.3 初始值錄入錯(cuò)誤

原軟件中，初始值錄入有錯(cuò)誤，導(dǎo)致部分測(cè)值明顯不合理。原DSIMS3.0 系統(tǒng)內(nèi)大部分測(cè)點(diǎn)初始值錄入的是儀器埋設(shè)率定表中無(wú)壓情況下的測(cè)值，實(shí)際初始值應(yīng)該為儀器埋設(shè)前測(cè)值，因此導(dǎo)致測(cè)值最終計(jì)算結(jié)果明顯不合理。

4.4 計(jì)算參數(shù)未調(diào)整

計(jì)算公式有關(guān)參數(shù)未根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，導(dǎo)致部分測(cè)值計(jì)算錯(cuò)誤。

4.5 壩體內(nèi)部傳感器未及時(shí)檢查

埋設(shè)在壩體內(nèi)部的傳感器，由于不能實(shí)現(xiàn)人工與自動(dòng)測(cè)值的比對(duì)，運(yùn)行5年左右應(yīng)進(jìn)行傳感器檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)已壞的儀器進(jìn)行消缺，對(duì)由于測(cè)值不穩(wěn)，影響計(jì)算結(jié)果的物理量應(yīng)進(jìn)行計(jì)算過(guò)程的調(diào)整，保證測(cè)值的準(zhǔn)確性。

5 解決問(wèn)題的措施

為了解決上述問(wèn)題，多次維修并對(duì)硬件及軟件系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢測(cè)和處理。

5.1 更換了部分已壞設(shè)備

對(duì)8個(gè)地坑測(cè)站的終端盒進(jìn)行了更換處理，采用壁掛形式將終端盒掛在地坑測(cè)站的墻壁上，更換部分光纖為通訊電纜，同時(shí)更換了部分已壞的設(shè)備。保證了通訊暢通。

5.2 硬件系統(tǒng)修整消缺

對(duì)目前自動(dòng)化系統(tǒng)中的各測(cè)點(diǎn)工況進(jìn)行檢測(cè)及通訊檢測(cè)，包括儀器的絕緣度、測(cè)值準(zhǔn)確度等，對(duì)硬件系統(tǒng)修整維護(hù)、消缺。通過(guò)NDA1411 小儀表對(duì)97支儀器分別進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為97支儀器頻率值的穩(wěn)定性較好，出現(xiàn)問(wèn)題的測(cè)點(diǎn)共有7個(gè);需要既測(cè)頻又測(cè)溫的63支測(cè)點(diǎn)中，有24支電阻值不穩(wěn)，影響了測(cè)值結(jié)果的正確性，分別在硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)中對(duì)已壞的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了消缺。

5.3 監(jiān)測(cè)軟件升級(jí)

將原有的 DSIMS3.0 大壩監(jiān)測(cè)軟件升級(jí)為DSIMS4.0 監(jiān)測(cè)軟件，將數(shù)據(jù)庫(kù)程序升級(jí)為SQL SERVER2005，對(duì)原有軟件系統(tǒng)錄入信息有誤的進(jìn)行了改正，完善了監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)功能，并實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。重點(diǎn)解決了影響測(cè)值計(jì)算結(jié)果的兩大問(wèn)題:?初始值選擇錯(cuò)誤的問(wèn)題。將原DSIMS3.0 系統(tǒng)中70個(gè)測(cè)點(diǎn)初始值由率定表中無(wú)壓情況下測(cè)值修改為儀器埋設(shè)前測(cè)值，修改后測(cè)點(diǎn)測(cè)值接近預(yù)期測(cè)值;?對(duì)既測(cè)頻又測(cè)溫的儀器的計(jì)算公式進(jìn)行了修改。將相應(yīng)測(cè)點(diǎn)軟件計(jì)算公式中電阻值對(duì)壓力的影響忽略，避免了錯(cuò)誤測(cè)值參與成果計(jì)算，經(jīng)過(guò)調(diào)整后公式的計(jì)算結(jié)果與預(yù)期的相符。

5.4 測(cè)控單元脫離潮濕環(huán)境

對(duì)原有8個(gè)測(cè)控單元地坑進(jìn)行改造，將測(cè)控單元由原來(lái)的壩面下安裝上移至壩面上，具體內(nèi)容包括:光纖終端盒上移;DAU 測(cè)控單元上移;相應(yīng)的光纜、電纜接續(xù);安裝DAU 保護(hù)箱蓋、防盜鎖;上移后所有設(shè)備的密封處理工作;電纜保護(hù)及測(cè)點(diǎn)坑防水等事項(xiàng)。改造后的DAU 保護(hù)箱材料及外型具有防盜功能，且能實(shí)現(xiàn)DAU 測(cè)控單元人工壩上平面操作功能。徹底改變了因原地坑內(nèi)潮濕影響設(shè)備正常運(yùn)行的問(wèn)題。改造前和改造后的測(cè)控單元對(duì)照?qǐng)D如圖2、圖3 所示。

圖2 改造前的測(cè)控單元

圖3 改造后的測(cè)控單元

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)石佛寺滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在問(wèn)題的原因分析，采取了系統(tǒng)檢測(cè)、軟件升級(jí)、測(cè)點(diǎn)坑改造、設(shè)備的更換等解決措施，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，系統(tǒng)經(jīng)受住了酷暑寒冬的考驗(yàn)，從根本上改變了因潮濕、寒冷導(dǎo)致設(shè)備損壞以及維修不方便、部分測(cè)值結(jié)果不合理等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，保證了滲流自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

李玉芹，李興文，等.石佛寺水庫(kù)滲流自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.東北水利水電，2007(3):61-63.