大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的運行管理與探討——以黃壁莊水庫為例

葛義榮（河北省黃壁莊水庫管理局，河北石家莊　050224）

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大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的運行管理與探討——以黃壁莊水庫為例

葛義榮
（河北省黃壁莊水庫管理局，河北石家莊050224）

【摘 要】大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)在水庫工程管理中發(fā)揮著重要作用。本文對黃壁莊水庫大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)運行管理方法及存在的問題進行了闡述，旨在完善系統(tǒng)管理機制，充分發(fā)揮其功能作用，最大限度地為水庫安全運行服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)；自動化；運行管理

1 黃壁莊水庫工程概況

黃壁莊水庫位于河北省省會石家莊西北30km處，是海河流域子牙河系滹沱河中下游重要的、具有控制性的大（1）型水利樞紐工程，總庫容12.1億m3。它與上游28km處的崗南水庫聯(lián)合運用，總控制流域面積23400km2，占滹沱河流域面積的95%。水庫以防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電、城市供水、環(huán)境供水等，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

水庫樞紐建筑物由主壩、副壩、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道、電站重力壩等組成。主壩為水中填土均質(zhì)壩，壩頂長1757.63m，最大壩高30.7m；副壩亦為水中填土均質(zhì)壩，壩頂長6907.3m，最大壩高19.2m；重力壩為常態(tài)混凝土壩，內(nèi)設(shè)輸水洞和發(fā)電洞，壩頂長136.5m，最大壩高28m；正常溢洪道型式為開敞式實用堰，內(nèi)設(shè)泄洪底孔2孔，溢流堰堰頂凈寬96m，分8孔布置；非常溢洪道型式為胸墻式寬頂堰，堰頂凈寬85.8m，分11孔布置；新增非常溢洪道型式為胸墻式寬頂堰，堰頂凈寬60m，分5孔布置。

水庫于1958年10月開始興建，經(jīng)過擴建，至1968年主體工程基本完成。由于設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)低及施工質(zhì)量等問題，水庫多年來一直處于帶病運行狀態(tài)，險情頻繁出現(xiàn)，1999年3月開始實施黃壁莊水庫除險加固工程，2005年12月竣工驗收。為提升水庫管理手段，在此次除險加固中，建設(shè)了以大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、黃壁莊—崗南水情自動測報系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)為主的三大自動化系統(tǒng)。

2 大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)簡介

2.1 系統(tǒng)組成

黃壁莊水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）由DG型分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、DSIM型信息管理系統(tǒng)、MDAP型資料分析3個軟件和現(xiàn)地各測控單元（MCU）組成。水庫水工建筑物共布設(shè)15個現(xiàn)地監(jiān)測單元和大壩安全監(jiān)測中心，34個MCU，接入了327支自動觀測儀器，其中，滲壓計195支，應(yīng)力應(yīng)變計120支，溫度計10支，氣溫計、雨量計各1支。系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容包括主壩、副壩、重力壩、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道等建筑物的基礎(chǔ)揚壓力、繞滲、浸潤線、應(yīng)力應(yīng)變、溫度和滲壓等與大壩安全密切相關(guān)的參量。各建筑物自動觀測儀器布設(shè)統(tǒng)計見下表。

黃壁莊水庫自動觀測儀器布設(shè)統(tǒng)計表

2.2 系統(tǒng)功能

黃壁莊水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布開放式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，運行方式為分散控制方式，可命令各個現(xiàn)地監(jiān)測單元按設(shè)定時間自動進行巡測、存儲數(shù)據(jù)，并向大壩安全監(jiān)測站報送數(shù)據(jù)。其具有：?監(jiān)測功能，包括各類傳感器的數(shù)據(jù)采集功能和信號越限報警功能，存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)并傳送到中央控制裝置集中存儲或處理，在中央控制裝置故障、總線故障或系統(tǒng)完全斷電情況下自動運行，時間可持續(xù)一周，各臺測控裝置自動按設(shè)定時間進行巡測，自動存儲數(shù)據(jù)等待提取，每臺MCU均具備常規(guī)巡測、巡測、定時巡測、常規(guī)選測、檢查選測、人工測量；?顯示功能，建筑物及監(jiān)測系統(tǒng)的全貌、各現(xiàn)地監(jiān)測單元的概貌、監(jiān)測布置圖、過程曲線、監(jiān)控圖、報警狀態(tài)窗口等；?操作功能，可實現(xiàn)監(jiān)控操作、輸入/輸出、顯示打印、報告現(xiàn)在測值、調(diào)用歷史數(shù)據(jù)、評估運行狀態(tài)，修改系統(tǒng)配置、系統(tǒng)測試、系統(tǒng)維護；?數(shù)據(jù)通信功能，包括各個現(xiàn)地控制單元與大壩安全監(jiān)測站之間的數(shù)據(jù)通信、大壩安全監(jiān)測站與監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)通信、大壩安全監(jiān)測站與省水利廳監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)通信；?綜合信息管理功能，包括在線監(jiān)測、大壩狀態(tài)的離線分析、預(yù)測預(yù)報、報表制作、圖文資料，數(shù)據(jù)庫管理及安全評估；?系統(tǒng)自檢功能，每次數(shù)據(jù)采集過程均首先進行自檢，當(dāng)系統(tǒng)中硬件設(shè)備或通信線路發(fā)生故障時在中央控制裝置顯示故障信息，以便及時維護，見下圖。

黃壁莊水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)圖

3 系統(tǒng)的運行管理模式

3.1 領(lǐng)導(dǎo)重視，明確職責(zé)

針對系統(tǒng)的不斷開發(fā)實施，水庫局領(lǐng)導(dǎo)高度重視，責(zé)成有關(guān)部門積極配合，抽調(diào)精干技術(shù)人員組建管理小組，明確職責(zé)，盡早介入整個除險加固安全監(jiān)測儀器的安裝調(diào)試中，并進行全程跟班操作，了解系統(tǒng)的基本原理和設(shè)備的運行狀態(tài)，掌握基本的維修技能，為今后系統(tǒng)的安全運行管理奠定了基礎(chǔ)。

3.2 規(guī)范管理，建章立制

為保證系統(tǒng)正常運行并發(fā)揮作用，使系統(tǒng)更加規(guī)范化、精細(xì)化管理，建立了《工程管理制度》《水工監(jiān)測制度》《大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)操作規(guī)程》以及《信息化管理責(zé)任制》，確定系統(tǒng)管理人員，明確其責(zé)任與管理要求，落實職責(zé)。

3.3 加強培訓(xùn)，提高技能強化技能培訓(xùn)，提高實際應(yīng)用水平。一是采取“走出去，請進來”的培訓(xùn)方式，參加開發(fā)單位的系統(tǒng)使用培訓(xùn)，請專家現(xiàn)場指導(dǎo)操作，理論與實際相結(jié)合。二是采取內(nèi)部交流方式，尤其在水工、通信、監(jiān)測、計算機等方面，相互學(xué)習(xí)借鑒管理中的經(jīng)驗與不足，達到共同提高的目的。三是對新上崗人員，采取傳幫帶方式，進行崗前培訓(xùn)、技能考核后，方可對系統(tǒng)進行管理操作。

3.4 運行日志，臺賬管理

建立了系統(tǒng)運行日志及維修記錄。對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、資料分析系統(tǒng)及MCU每日的運行狀態(tài)進行查看和記錄，并將設(shè)備出現(xiàn)問題的時間、地點、原因及維護、維修、更換配件等處理情況進行逐一登記、匯總，及時掌握系統(tǒng)運行規(guī)律和狀態(tài)。

3.5 人工比對，多方監(jiān)測

在實現(xiàn)大壩安全自動監(jiān)測的同時，監(jiān)測人員每月4次用水工比例電橋等讀數(shù)儀表，在MCU設(shè)有的人工比對接口上進行人工測讀，對比觀測。同時對保留的原有人工觀測設(shè)施進行觀測，以防自動化設(shè)備出現(xiàn)故障時保持觀測資料的連續(xù)性。系統(tǒng)運行以來，自動監(jiān)測與人工采集數(shù)據(jù)基本接近，各成果數(shù)據(jù)穩(wěn)定正常。

4 系統(tǒng)運行中存在的問題

4.1 雷擊問題

由于黃壁莊水庫位于雷擊頻發(fā)地區(qū)，監(jiān)測系統(tǒng)時常因遭遇雷擊而損壞，造成通信失敗，甚至整個系統(tǒng)癱瘓。系統(tǒng)運行十幾年來，據(jù)不完全統(tǒng)計，遭雷擊損壞設(shè)備模塊32個，芯片30個，光端機16個，光纖轉(zhuǎn)換器8個，UPS電源4個，蓄電池14塊，損失嚴(yán)重，可見雷擊對系統(tǒng)的破壞很大。

4.2 監(jiān)測設(shè)備保護問題

大壩自動化監(jiān)測的儀器設(shè)備除了自身因設(shè)備老化等原因失效外，因監(jiān)測設(shè)施大都安裝在室外建筑物上，還存在人為破壞，如施工機械開挖、破壞觀測亭門鎖等，都會對傳感器、MCU等相關(guān)設(shè)備造成損壞。

4.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定問題

從運行狀況看，汛期監(jiān)測數(shù)據(jù)相對不太穩(wěn)定，究其原因是安裝MCU的觀測亭內(nèi)較潮濕，故監(jiān)測設(shè)備周邊環(huán)境的好壞對系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的影響較明顯。

4.4 人員問題

從事大壩安全監(jiān)測工作的技術(shù)人員雖具有相關(guān)或相近專業(yè)，在工作中通過邊學(xué)習(xí)邊摸索能完成基本的工作，但對大壩安全監(jiān)測業(yè)務(wù)知識缺乏專業(yè)系統(tǒng)的掌握，在該領(lǐng)域不能達到“精”的效果；由于系統(tǒng)出現(xiàn)問題具有突發(fā)性、隨機性、專業(yè)性，現(xiàn)場運行維護管理業(yè)務(wù)人員有時對系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)的故障等問題不能及時解決，影響系統(tǒng)的正常運行使用。

5 解決措施及探討

5.1 培養(yǎng)復(fù)合型人才

大壩安全監(jiān)測是對計算機技術(shù)、數(shù)字傳輸技術(shù)發(fā)展介入較快的一門學(xué)科，且大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)涉及多個知識領(lǐng)域，科技含量較高，對技術(shù)人員的素質(zhì)要求呈現(xiàn)不斷發(fā)展變化的趨勢，需要運行管理人員不斷增強相應(yīng)的技術(shù)能力和素質(zhì)。要定期或不定期地對觀測人員進行技能培訓(xùn)，加大技術(shù)人員之間業(yè)務(wù)交流。管理人員的整體素質(zhì)提高了，其實際動手能力和處理問題的水平提高了，從而在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能及時到現(xiàn)場自行維護修復(fù)，節(jié)省維修費用，充分發(fā)揮系統(tǒng)的功能作用。

5.2 加大系統(tǒng)防雷改造

通過增強系統(tǒng)電源、通信和傳感器部分的防雷和抗電磁干擾性能，減少因雷擊對系統(tǒng)設(shè)備造成的影響。2009年8月請安裝廠家技術(shù)人員對水庫大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)進行了防雷改造，以正常溢洪道、監(jiān)控中心、副壩A4 +495斷面作為試點，對這3個測站進行了傳感器防雷改造，共計6個模塊。防雷改造即在測量模塊和信號線路之間增加防雷模塊，雷電通過傳感器的信號電纜傳輸，防雷模塊在此起到一個隔斷的作用，從而對測量模塊起到保護作用。經(jīng)過幾年的運行，系統(tǒng)運行良好。2015年又對主壩、非常溢洪道、新增非常溢洪道建筑物進行了傳感器防雷改造，2016年已做好對電站重力壩、副壩建筑物自動監(jiān)測系統(tǒng)的防雷改造項目計劃且準(zhǔn)備實施。

5.3 加強人工巡視檢查

大壩安全巡視檢查工作具有全面性、及時性和直觀性等特點，是大壩儀器監(jiān)測及其自動化所不能替代的，堅持大壩儀器監(jiān)測和巡視檢查相結(jié)合，對系統(tǒng)設(shè)備運行使用的環(huán)境做進一步改善和更新，加強日常巡查，降低故障率，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性和精確性。

5.4 解決維護費用不足問題

系統(tǒng)投入運行十余年來，日常維護、維修和管理需要資金很大。隨著水庫工程管理現(xiàn)代化信息技術(shù)日新月異的發(fā)展，系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)備趨于落后，但由于管理維護資金短缺，未做進一步升級改造，制約了水庫自動化發(fā)展。建管并重，希望加大維護資金投入，保證系統(tǒng)發(fā)揮作用。

5.5 減少人工觀測測次

大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)提高了觀測精度和工作效率，降低了勞動強度，逐步由人工觀測向自動化發(fā)展。經(jīng)過人工與自動化對比監(jiān)測，已證明系統(tǒng)運行穩(wěn)定，測值準(zhǔn)確，可滿足大壩安全運行管理的技術(shù)需要。

5.6 增強軟件的實用性分析軟件建立了安全評估系統(tǒng)，但由于大壩安全評判的復(fù)雜性，該軟件離實用還有一段距離。水庫應(yīng)與高校和科研單位聯(lián)合，結(jié)合工程實際運行情況，有針對性地開發(fā)大壩安全監(jiān)測信息與水工安全管理專業(yè)軟件，突出其實用性、有效性。

5.7 多學(xué)習(xí)，勤溝通

積極與開發(fā)單位有關(guān)技術(shù)人員勤溝通、多交流，匯報系統(tǒng)運行狀態(tài)，了解系統(tǒng)的前沿發(fā)展情況，遇到不能解決的棘手問題，及時向?qū)＜易稍冋埥蹋匾獣r請有關(guān)技術(shù)人員到水庫現(xiàn)場進行全面維護，確保系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

5.8 加大監(jiān)測資料分析力度

監(jiān)測的目的是最大限度地為水庫安全運行服務(wù)，應(yīng)充分利用系統(tǒng)采集到的各種監(jiān)測信息，加強對信息的綜合整理分析，及時分析大壩存在或出現(xiàn)的安全隱患，對大壩的安全狀況進行客觀的評價，指導(dǎo)大壩的安全運行。

6 結(jié) 語

大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過十余年的運行、改造、維護，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，自動監(jiān)測儀器完好率在90%以上，提高了水庫工程現(xiàn)代化管理水平。在系統(tǒng)的管理實踐中，應(yīng)逐步完善自動化安全監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)人才，引進先進技術(shù)，創(chuàng)造性地開展工作，以最大程度地適應(yīng)和滿足現(xiàn)代化工程管理發(fā)展的需要。

參考文獻

［1］趙衛(wèi)，楊定華.工程安全監(jiān)測技術(shù)2006［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［2］程洪波.大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)應(yīng)用探討［J］.水利建設(shè)與管理，2010（5）.

水電站技術(shù)

Operation management and discussion on dam safety monitoring system：with Huangbizhuang Reservoir as an example

GE Yirong
（Hebei Huangbizhuang Reservoir Administration，Shijiazhuang 050224，China）

Abstract：Dam safety monitoring automation system plays an important role in reservoir engineering management.In the paper，the operation management method and problems of dam safety automatic monitoring system in Huangbizhuang Reservoir are described aiming at perfecting system management system，fully exerting its functions and roles，and maximally serving the safe operation of reservoir.

Key words：dam safety monitoring system；automation；operation management

DOI：10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.03.010

中圖分類號：TV697.1

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-8241（2016）03-0041-05