水濤莊水庫大壩自動化改造技術

李永華

（臨安市水濤莊水庫管理處，浙江 臨安 311307）

水濤莊水庫大壩自動化改造技術

李永華

（臨安市水濤莊水庫管理處，浙江 臨安 311307）

針對安全管理標準化指標體系，對水濤莊水庫及大壩基礎設施設備進行全面梳理，提出自動化改造的具體方案，為后續(xù)水庫大壩自動化改造升級提供了科學依據(jù)。

水庫；大壩；自動化技術；改造升級

1 概述

水濤莊水庫工程位于東苕溪的支流中苕溪上游，地屬臨安市高虹鎮(zhèn)，是以防洪為主，結合灌溉、供水發(fā)電及改善水環(huán)境等功能的中型水庫，總庫容2888萬m3。攔河壩為常態(tài)混凝土重力壩，壩頂高程154m，最大壩高60m，壩頂長262.9m；泄洪建筑物由泄流壩段和壩身泄洪放空孔組成。溢流壩段堰頂高程145.5m，設3孔6m凈寬的泄洪閘，弧形閘門控制，采用挑流消能。

2 總體設計

結合水濤莊水庫實際情況和安全監(jiān)測自動化建設的內容，分為硬件平臺和軟件平臺，硬件是基礎、軟件是應用。兩者按照一個有機整體統(tǒng)一規(guī)劃設計。如圖1。

圖1 自動化安全監(jiān)測技術路線

2.1 硬件平臺

水庫自動化安全監(jiān)測的硬件平臺分為信息采集層、信息傳輸層、信息匯聚層3層結構。

信息采集層由水位測站、自動量水堰、面板變形自動觀測儀、沉降自動觀測儀、視頻監(jiān)控、水庫巡檢終端組成，承擔對水庫安全參數(shù)的基礎感知任務。

信息傳輸層由GPRS/3G/4G無線通信網(wǎng)絡、因特網(wǎng)、監(jiān)控中心局域網(wǎng)、水工傳輸電纜組成，是基礎感知設備和信息處理層之間的橋梁。

信息匯聚層的主要工作是對水位、雨量、滲流量、位移量、沉降量及安全巡查記錄的處理與存儲，是對水庫安全運行狀況進行分析的數(shù)據(jù)基礎。其表現(xiàn)形式為數(shù)據(jù)中心。

2.2 軟件平臺

2.2.1 基礎架構

平臺將安全監(jiān)測基礎數(shù)據(jù)庫作為平臺基礎，傳感器上傳的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)引擎進行存儲和交換。

2.2.2 系統(tǒng)接口

對各項數(shù)據(jù)的讀、寫、校驗都進行封裝設計，開發(fā)人員調用封裝好的接口函數(shù)和DLL動態(tài)庫進行業(yè)務功能設計。

2.2.3 應用系統(tǒng)

根據(jù)水庫安全監(jiān)測的內容，進行分類，設計各種與業(yè)務相關的應用分析模塊。

2.2.4 數(shù)據(jù)挖掘

根據(jù)水庫安全監(jiān)測業(yè)務的綜合需求，通過系統(tǒng)接口，對基礎數(shù)據(jù)信息進行數(shù)據(jù)深度挖掘，實現(xiàn)工程安全運行狀況的深度解讀和趨勢分析。

軟件平臺的表現(xiàn)形式為水庫安全狀況監(jiān)測分析系統(tǒng)和水庫巡檢管理系統(tǒng)。

3 自動化監(jiān)測改造

3.1 水平位移

3.1.1 原人工觀測引張線系統(tǒng)

包括固定端、張緊端、測點箱全部拆除并更換，保留引張線護管，更換不銹鋼絲。為實現(xiàn)自動化監(jiān)測，新的引張線系統(tǒng)中，測點裝置選用工作原理為電容式的引張線儀，要求傳輸信號為標準485信號，同時附帶人工比測裝置。新的引張線測點箱安裝位置與原位置一致，固定端位置不變，張緊端為維護方便由地面以下改為地面以上，通訊電纜就近引至附近的電纜溝。

3.1.2 更換新設備

固定端及張緊端裝置各1套，不銹鋼絲1套，電容式引張線儀YZ1～YZ10共10個，測點箱10個，不銹鋼絲保護管1套。

3.2 倒垂線及新增設備

3.2.1 倒垂線

倒垂線與引張線系統(tǒng)配套使用，可精確測量壩頂各水平位移測點的絕對位移量。右岸倒垂觀測裝置包括錨固端、浮托設備、不銹鋼絲等保持現(xiàn)狀，但測量讀數(shù)裝置拆除，更換新的更方便的人工觀測裝置，同時為實現(xiàn)自動化觀測，增加垂線坐標儀，要求傳輸信號為標準485信號。坐標儀電纜與引張線儀電纜合并在一起，引至電纜溝中。

3.2.2 新增設備

電容式雙向垂線坐標儀1套 （DC-X、DC-Y），人工瞄準儀1套，安裝支架1套。

3.3 垂直位移

3.3.1 原垂直位移監(jiān)測

原監(jiān)測利用水準儀配套水準尺采用人工測量的方法進行，本次設計保留原沉降測點，為實現(xiàn)自動化監(jiān)測，在沉降測點附近增加靜力水準觀測裝置，要求傳輸信號為標準485信號，電纜就近引至附近的電纜溝中。

3.3.2 新增設備

靜力水準儀（JL1～JL10）及保護裝置10個，基準裝置（JZ）和保護裝置1個，水準管路1套。

3.4 滲流

3.4.1 壩基揚壓力測壓管改造

在管口更換新的精度為0.4級的精密揚壓力表，并根據(jù)測壓管的安裝位置選擇合適的量程，為了實現(xiàn)自動化監(jiān)測，同時在每支測壓管內安裝滲壓計。滲壓計電纜自測壓管管口引出至廊道側壁上的電纜線槽中。對于繞壩測壓管，改造內容為：在測壓管內安裝滲壓計，并在測壓管管口安裝保護罩，滲壓計電纜自管口引出至電纜溝中。

無論是壩基還是繞壩，測壓管均保持不變，即不需要再安裝另外的測壓管。

3.4.2 新增設備

壩基滲壓計18支（YY1～YY18），繞壩滲壓計4支（L1，L2，R1，R2）。

3.5 滲漏量

3.5.1 壩基無滲漏量觀測設施

新增4個滲漏量觀測點，即監(jiān)測上游面板總滲漏量的量水堰LSY1，監(jiān)測左、右岸壩肩及壩基滲漏量的量水堰LSY2～LSY4，為實現(xiàn)滲漏量的自動化監(jiān)測，每個量水堰附近安裝4個堰上水位計［1］。

3.5.2 新增設備

量水堰板4個，堰上水位計4個（LSY1～LSY4）。

3.6 接縫

3.6.1 無接縫監(jiān)測裝置

在廊道內壩段間接縫處新增5組三向測縫計（CF1～CF5），每組測縫計監(jiān)測相鄰壩段壩軸線向、上下游向、垂直向共3個方向的接縫相對變形，測縫計選用振弦式［2］。

3.7 自動化采集系統(tǒng)

3.7.1 自動化監(jiān)測系統(tǒng)儀器設備

接入自動化監(jiān)測系統(tǒng)［3］的儀器設備包括：電容式引張線測點10個、電容式雙向垂線坐標儀測點2個、靜力水準測點10個、靜力水準基點1個、壩基滲壓計18支、繞壩滲壓計4支、堰上水位計4個、測縫計5組15支。儀器接入MCU的具體部位、數(shù)量及MCU箱中的采集模塊個數(shù)根據(jù)實際情況確定，每個采集模塊接入的監(jiān)測儀器個數(shù)為8。

3.7.2 監(jiān)測軟件

監(jiān)測軟件［4］支持多串口、協(xié)議和路由，能勝任負責的分布式測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸和管理，并具有充分的可拓展性，適應任何新增加的需求。通過提供固定算法和用戶自定義算法，實現(xiàn)各種不同監(jiān)測成果的計算和輸出。具有超強的適應能力，適應不同規(guī)模不同形式的應用。提供多窗口應用界面，窗口間相互聯(lián)動，多樣化窗口界面輸出風格滿足用戶的不同要求。數(shù)據(jù)庫格式為SQL Server，能實現(xiàn)過程線圖形繪制、數(shù)據(jù)報表制作等基本功能。

4 結語

（1）通過對水濤莊水庫安全監(jiān)測現(xiàn)狀，提出了安全自動化采集系統(tǒng)改進方案。

（2）利用計算機系統(tǒng)解決了管理中存在的問題，規(guī)范了庫區(qū)管理科學化。

（3）通過安全監(jiān)測信息化建設與應用，推動了庫區(qū)管理能力和水平的提高。

［1］陳金濤.水工混凝土的裂縫處理工藝［J］.水利電力機械，2007（29）：22-23.

［2］李才，樸燦日.豐滿大壩溢流壩段閘墩加固技術［J］.水利水電技術，2000（31）：45-47.

［3］胡冬妮，賈劍峰.小型水電站綜合自動化控制裝置的比較與應用［J］.小水電，2009（4）:77-79.

［4］譚云廣，譚博元.微機自動化在水電站應用模式及相關設備選型應注意的問題 ［J］.中國水能及電氣化，2008（3）：59-63.

［5］浙江省水利水電工程質量與安全監(jiān)督管理中心.浙江省大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)技術標準［Z］.2012.

（責任編輯：王艷肖）

Technology of automation transformation of Shuitaozhuang Reservoir dam

LI Yong-hua
（Management Office of Linan Shuitaozhuang Reservoir，Linan 311307，China）

For the standardized index system of safety management，the Shuitaozhuang Reservoir and dam infrastructure equipment is presented comprehensively.This study puts forward the specific plans of automation reformation and provides a scientific basis for automatic upgrade of reservoir dam.

reservoir；dam；automation technology；transformation

TV698

B

1672-9900（2017）01-0093-03

2016-11-23

李永華（1966－），男（漢族），浙江臨安人，工程師，主要從事水利水電工程建設與管理研究，（Tel）13777570125。