打沖溝水庫(kù)工程大壩測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

田小軍

(安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 安順 561000)

打沖溝水庫(kù)工程大壩測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

田小軍

(安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 安順 561000)

基于目前水庫(kù)工程大壩進(jìn)行水位控制過程中存在的問題，文章以貴州省紫云縣打沖溝水庫(kù)工程為例，分析了水庫(kù)工程大壩水位安全監(jiān)測(cè)的條件，并提出了測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用策略，其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。

打沖溝水庫(kù)工程；大壩測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1 工程概況

打沖溝水庫(kù)位于紫云縣大營(yíng)鄉(xiāng)大巖村打沖溝組，所在河流為珠江流域西江水系紅水河左支流桑郎河的左岸支流樂寬河，壩址距紫云縣城76km，距安順市區(qū)152km，工程建設(shè)目標(biāo)主要是為農(nóng)村人畜飲水、灌溉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水。工程所在區(qū)域大地構(gòu)造單元屬(Ⅰ)揚(yáng)子(Pt)準(zhǔn)地臺(tái)-(Ⅰ2)黔南(D-T32)臺(tái)陷，位于望謨北西向構(gòu)造變形區(qū)(Ⅰ22)與貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)交界處(Ⅰ21)。此外，水庫(kù)工程還會(huì)受降雨量、徑流、洪水以及泥沙等水文問題的影響。這種情況下，就在很大程度上增加了大壩水位的控制難度。為此，相關(guān)人員采用測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)計(jì)控制，以降低不良的水文地質(zhì)條件對(duì)工程建設(shè)使用帶來的不穩(wěn)定影響。

2 打沖溝水庫(kù)工程大壩水位安全監(jiān)測(cè)條件

打沖溝水庫(kù)工程大壩的正常蓄水位設(shè)計(jì)為1230m，相應(yīng)庫(kù)容為115萬m3；校核洪水設(shè)計(jì)為1232.69m。因水庫(kù)工程大壩及附屬建筑物的安全與否直接影響到下游廣大人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，本工程建設(shè)人員應(yīng)在充分了解水庫(kù)大壩水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上對(duì)水位進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)控制。在氣象方面，根據(jù)紫云氣象站1959-2014年資料統(tǒng)計(jì)分析，多年平均氣溫15.3℃，最大一日暴雨182.1mm，多年平均最大風(fēng)速10m/s，多年平均降水量1281.5mm。在徑流方面，由于樂寬河屬典型的山區(qū)雨源型河流，徑流由降雨補(bǔ)給，徑流特性與降水特性基本一致，洪枯懸殊，年內(nèi)分配不均，徑流主要集中在汛期5-10月[1]。如表1所示，為打沖溝水庫(kù)上、下壩址徑流頻率分析計(jì)算成果表。

在泥沙方面，因工程涉及流域的泥沙主要來源于暴雨對(duì)坡面的侵蝕，以及洪水對(duì)河床的沖刷。為此，結(jié)合流域內(nèi)植被情況、土壤情況及河道淤沙情況，設(shè)計(jì)流域輸沙模數(shù)取150t/km2，泥沙容重按1.3t/m3計(jì)算，推移質(zhì)按懸移質(zhì)的20%考慮入庫(kù)。經(jīng)計(jì)算，打沖溝水庫(kù)上壩址年輸沙量為0.061萬t，下壩址年輸沙量為0.0696萬t[2]。

針對(duì)上述水文條件影響，相關(guān)人員規(guī)劃建設(shè)了水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，具體來說，就是根據(jù)站網(wǎng)布設(shè)原則，從水情測(cè)報(bào)要求角度入手，設(shè)置壩前水位雨量遙測(cè)站1個(gè)，用以監(jiān)控整個(gè)流域面積的降雨量。還設(shè)置了1個(gè)壩下遙測(cè)水位站，即根據(jù)打沖溝水庫(kù)大壩壩址情況，在大壩下游處設(shè)置遙測(cè)水位站1個(gè)，以及時(shí)提供水庫(kù)下游水位。然而，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)并不能實(shí)現(xiàn)大壩的有效監(jiān)測(cè)，為此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)從實(shí)際問題出發(fā)，利用測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。

3 打沖溝水庫(kù)工程大壩測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 上位機(jī)和通信主機(jī)通信設(shè)計(jì)

測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的上位機(jī)與通信主機(jī)的通信，可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，即采用8 位1200bit/s無校驗(yàn)RS-232方式來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。具體來說，如果上位機(jī)監(jiān)測(cè)測(cè)壓管水位發(fā)送了十六進(jìn)制數(shù)據(jù)40H+分機(jī)號(hào)( 01H-3EH) 給通信主機(jī)，通信主機(jī)就應(yīng)把RS-232轉(zhuǎn)RS-485 異步通信電路傳送給分機(jī)，從而啟動(dòng)分機(jī)測(cè)量。對(duì)于上位機(jī)要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)控制，則應(yīng)發(fā)送十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，即80H+分機(jī)號(hào)( 01H-3EH) 給通信主機(jī)。這樣一來，通信主機(jī)就能把命令由RS-232轉(zhuǎn)為RS-485 異步通信電路傳送給分機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信功能設(shè)計(jì)目標(biāo)[4]。

表1 打沖溝水庫(kù)上、下壩址徑流頻率分析計(jì)算成果表

3.2 通信主機(jī)和分機(jī)的通信設(shè)計(jì)

分機(jī)串行接口是采用8位1 200bit/s無校驗(yàn)方式與RS-485總線進(jìn)行通信的。其中RS-485 為半雙工數(shù)據(jù)傳輸，即采用1對(duì)平衡差分信號(hào)線，從而實(shí)現(xiàn)差分接收、平衡發(fā)送以及高速遠(yuǎn)距的傳送。這是因?yàn)镽S-485串行接口構(gòu)成分布式系統(tǒng)具有十分便捷的功能效果。例如，當(dāng)某一分機(jī)向主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，該分機(jī)的發(fā)送器使能端(EN)實(shí)現(xiàn)控制，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送且與其他分機(jī)的使能端區(qū)分開來。此外，由于分機(jī)向通信主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送應(yīng)采用被動(dòng)方式，因此，通信主機(jī)應(yīng)以命令的方式來控制某分機(jī)數(shù)據(jù)的分機(jī)回送。值得注意的是，某分機(jī)數(shù)據(jù)的發(fā)送要禁止其他分機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息，只有這樣使測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各分機(jī)才恢復(fù)到接收通信主機(jī)命令的狀態(tài)[5]。

3.3 應(yīng)用測(cè)試注意事項(xiàng)

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分利用連通器的設(shè)計(jì)原理，建立大壩水庫(kù)工程的測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)模型。在設(shè)置上位機(jī)測(cè)壓管模塊分機(jī)參數(shù)過程中，設(shè)計(jì)人員要明確每個(gè)分機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)是由步距、誤差以及備注共同組成的。而后，通過對(duì)分機(jī)發(fā)出測(cè)量指令，進(jìn)而通過查看模塊進(jìn)度，來確定當(dāng)前數(shù)據(jù)接收的狀態(tài)。此外，對(duì)于分機(jī)數(shù)據(jù)返回設(shè)計(jì)控制過程來說，設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過系統(tǒng)處理顯示每個(gè)分機(jī)正在進(jìn)行測(cè)量的脈沖數(shù)。然而，由于測(cè)量過程模塊顯示的是測(cè)量過程的數(shù)據(jù)，因此，測(cè)量結(jié)果模塊顯示的是測(cè)量的最終數(shù)據(jù)。值得注意的是，在點(diǎn)擊數(shù)據(jù)查詢圖標(biāo)后，會(huì)彈出數(shù)據(jù)查詢窗口，系統(tǒng)操作人員就要在文本框中輸入要查詢的分機(jī)號(hào)。此過程，要輸入查找的關(guān)鍵詞，否則就會(huì)限制出所有的測(cè)壓管水文安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分機(jī)信息[6]。

4 結(jié) 語

綜上所述，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)并不能實(shí)現(xiàn)水庫(kù)大壩工程水位的有效監(jiān)督控制。為此，研究人員應(yīng)在明確水位安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)條件的基礎(chǔ)上，采用測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，來提高大壩建設(shè)使用的安全穩(wěn)定性。這是實(shí)現(xiàn)地區(qū)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)成果保護(hù)的課題內(nèi)容，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)將其作用于實(shí)踐。

[1]王林生,曹建生,王風(fēng)燕,等.大壩測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].人民黃河,2013(07):101-102.

[2]韓勇,成波,曲樹國(guó).日照水庫(kù)大壩測(cè)壓管水位自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)水能及電氣化,2015(08):53-56.

[3]申蓮.希尼爾水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)安全評(píng)價(jià)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2014(10):83-88.

[4]魏慶賓.基于云概率密度分布估計(jì)的大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析[J].人民長(zhǎng)江,2015(10):77-82.

[5]張宇.龍鳳山水庫(kù)大壩測(cè)壓管安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探討[J].黑龍江水利科技,2014(04):116-117.

[6]李文運(yùn),劉裕輝.引灤水庫(kù)自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].控制工程,2012(01):181-186.

1007-7596(2017)07-0074-02

2017-06-16

田小軍(1965-)，男，貴州開陽人，工程師，從事水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)工作。

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