淺述寨子河水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)

(1.四川省萬源市中型水庫建設(shè)管理局，四川 萬源，636350；

2.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院規(guī)劃設(shè)計分院，四川 德陽，618000)

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淺述寨子河水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)

侯典平1，徐望斌2

(1.四川省萬源市中型水庫建設(shè)管理局，四川 萬源，636350；

2.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院規(guī)劃設(shè)計分院，四川 德陽，618000)

本文以寨子河水庫工程為實例，闡述了建設(shè)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)自動化的意義及監(jiān)測自動化系統(tǒng)組成和自動化技術(shù)。對原設(shè)計的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，既提升了大壩安全監(jiān)測效率，又節(jié)省了工程投資。

寨子河水庫 大壩安全監(jiān)測 自動化系統(tǒng)

1 前言

中國已建成近9萬座水庫，這些水庫是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著運(yùn)行時間的增長，水庫大壩總會出現(xiàn)各類不同的問題，如果這些問題因察覺不及時而不能得到及時解決，再經(jīng)過一個量變引起質(zhì)變的過程后，水庫很可能就變成了病險水庫。因此，大壩安全監(jiān)測尤為重要。

調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果表明，造成病險水庫的主要原因是大壩安全監(jiān)測方法落后，人工監(jiān)測不及時，監(jiān)測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，不能及時發(fā)現(xiàn)壩體隱患，大壩長期帶病超限運(yùn)行，在遇暴雨洪水高水位運(yùn)行時，容易引起壩體滑坡或垮壩事故。因此，適合于水庫工作環(huán)境的、能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行的新型自動采集技術(shù)，是解決此類問題的理想方案。

2 工程概況及監(jiān)測內(nèi)容

萬源寨子河水庫位于后河左岸一級支流寨子河中游，壩址以上控制集水面積20.3km2，多年平均來水量1827×104m3，是一座以城市供水和灌溉為主，兼顧?quán)l(xiāng)村人畜供水的中型水利工程。攔河大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程880.00m，壩頂寬10.0m，壩頂軸線長227.00m，建基面高程787.00m，最大壩高93.0m。

水庫大壩主要監(jiān)測內(nèi)容有：大壩土體壓力觀測、大壩滲流觀測、瀝青混凝土心墻及過渡層料位錯變形觀測、心墻溫度觀測、大壩土體位移觀測、心墻應(yīng)力應(yīng)變觀測和心墻位移觀測。在工程建設(shè)過程中，與設(shè)計單位共同協(xié)商，對自動化監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了修改和優(yōu)化：增設(shè)了壩后量水堰自動觀測水位計，并在自動觀測裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸后，并入大壩自動化觀測系統(tǒng)進(jìn)行分析；將原有的疏浚有線傳輸調(diào)整為無線傳輸，供電采用太陽能供電。

3 大壩安全監(jiān)測設(shè)施組成

調(diào)整和優(yōu)化后的大壩安全監(jiān)測設(shè)施包括：埋入壩體及基巖內(nèi)應(yīng)進(jìn)入自動化觀測系統(tǒng)的工程安全監(jiān)測設(shè)施，包括土體位移計33組(套)、固定測斜儀15組(支)、滲壓計16組(支)、溫度計11組(支)、位錯計32組(支)、土壓力計8支、兩向應(yīng)變計組14套(28支)、自動化繞滲儀8組(支)、水位計1支、量水堰計1支，共153支。共設(shè)置4個測站：測站1(振弦式儀器71支，RS-485信號傳感器12支)，測站2(振弦式儀器31支，RS-485信號傳感器2支)，測站3(振弦式儀器34支，RS-485信號傳感器3支)，測站4(量水堰測站，RS-485信號傳感器1支)。4個測站采集數(shù)據(jù)后經(jīng)無線傳輸至管理中心站，由管理站內(nèi)的自動化數(shù)據(jù)采集和管理軟件進(jìn)行分析和處理。

4 自動化系統(tǒng)組成及工作原理

自動化采集系統(tǒng)由自動測量單元、振弦測量模塊、智能測量模塊、GPRS數(shù)據(jù)通信模塊、太陽能供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、PC機(jī)、自動化數(shù)據(jù)采集軟件、自動化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)軟件等組成。

4.1 振弦式采集模塊

GDA1102型振弦測量模塊適用于自動采集振弦式傳感器信號。模塊有金屬外殼，有效防護(hù)電磁干擾；模塊有12個工作狀態(tài)指示燈，顯示電源、測量、收信、發(fā)信、各通路的工作狀態(tài)；模塊與主板為即插即拔式設(shè)計，系統(tǒng)自動識別模塊類型及插座地址。規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 振弦測量模塊規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)

4.2 智能采集模塊

GDA1105型智能測量模塊適用于自動采集各類RS485信號傳輸?shù)膫鞲衅?，其測量精度高、功能齊全、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)長期運(yùn)行。模塊有金屬外殼，可有效防護(hù)電磁干擾。模塊與主板為即插即拔式設(shè)計。規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)如表2。

表2 智能測量模塊規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)

4.3 GPRS無線通信模塊

(1)高速傳輸：由于GPRS網(wǎng)絡(luò)采取了先進(jìn)的分組交換技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸最高理論值可達(dá)171.2kb/s。實際使用中一般能達(dá)到20kb/s～40kb/s；

(2)組網(wǎng)靈活：GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，可全國漫游而不增加額外費用；

(3)防雷擊：GPRS采用小功率短天線，不需要室外架設(shè)大天線，克服了有線傳輸設(shè)備和無線電臺容易被雷擊而損壞和中斷通信的情況；

(4)信道保障：GPRS通信鏈路由專業(yè)運(yùn)營商維護(hù)，在出現(xiàn)通信鏈路中斷的情況下能得到及時搶修，免除通信鏈路維護(hù)的后顧之憂；

(5)快速登錄：上線時間很快，GPRS無線終端一開機(jī)，就已經(jīng)與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立了連接，每次登錄網(wǎng)絡(luò)，只需要進(jìn)行一次激活過程；

(6)DTU斷線之后無需撥號可自動登錄。

4.4 采集軟件

(1)系統(tǒng)可運(yùn)行在Windows2000/2003/XP操作系統(tǒng)下，使用大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫；

(2)大壩及工程安全監(jiān)測所涉及到各種儀器過程圖線，都可以編輯并儲存為一組設(shè)置，每次繪圖時調(diào)用可自動生成與該設(shè)置風(fēng)格完全一致的圖表。監(jiān)測數(shù)據(jù)最大限度地以圖、表的形式加以展現(xiàn)，一目了然；

(3)能管理眾多的串口、協(xié)議和路由，勝任復(fù)雜的分布式測量通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸和管理，并具有充分的可拓展性。可將若干個工程的安全監(jiān)測信息集中在一起，這些工程既可具有一定程度的地域性，也可在完全不同的區(qū)域；

(4)可定制的表格包括監(jiān)測結(jié)果的年、季、月、旬、周、日等各種周期報表，表格風(fēng)格隨意多樣，能適應(yīng)任意復(fù)雜的格式，表格中數(shù)據(jù)的定義豐富齊全，包括普通測值、條件測值和各種特征值在內(nèi)的幾乎所有的報表需要的數(shù)據(jù)都能輕松獲得。龐雜繁多的系統(tǒng)資源構(gòu)成信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)可以方便地備份和恢復(fù)，既能保障系統(tǒng)的可靠與安全，又使系統(tǒng)的建立、維護(hù)和擴(kuò)充更加方便；

(5)通過提供的固定算法和用戶自定義算法，能實現(xiàn)各種不同的監(jiān)測成果計算。

4.5 太陽能供電系統(tǒng)

根據(jù)數(shù)據(jù)采集與傳輸功能需要，需要40W太陽能供電系統(tǒng)8組(含量水堰測站1組)。系統(tǒng)組成為φ50mm立桿、控制器、安裝架、12V/20AH免維護(hù)蓄電池等。

5 大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的建設(shè)

按照下列要求進(jìn)行監(jiān)測儀器埋設(shè)、安裝：

(1)嚴(yán)格按施工圖紙和制造商使用說明書的要求，以及批準(zhǔn)的安裝和埋設(shè)措施計劃，進(jìn)行儀器設(shè)備的安裝和埋設(shè)，并接受監(jiān)理工程師的檢查；

(2)減少建筑物施工和觀測儀器安裝埋設(shè)工序的相互干擾，并將觀測儀器設(shè)備的埋設(shè)計劃，列入建筑物施工的進(jìn)度計劃中；

(3)儀器設(shè)備埋設(shè)安裝前應(yīng)將埋設(shè)安裝儀器設(shè)備的意向通知監(jiān)理工程師。安裝儀器設(shè)備的倉面、鉆孔及待裝儀器設(shè)備和材料，必須經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師驗收合格；

(4)埋設(shè)過程中損壞的儀器立即補(bǔ)埋，或按監(jiān)理工程師的要求采取必要的補(bǔ)救措施；

(5)及時向監(jiān)理工程師提供已埋設(shè)安裝儀器的編號、坐標(biāo)和方向、電纜走向、埋設(shè)時間及埋設(shè)前后的觀測資料、氣溫等資料。

隨著工程進(jìn)展，對所有儀器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，確保施工期儀器的完好性和數(shù)據(jù)采集的可靠性。在所有設(shè)備安裝埋設(shè)完畢后，經(jīng)區(qū)內(nèi)線路分別傳輸至各測站，隨后即可進(jìn)行自動化傳輸和分析處理系統(tǒng)的連通、調(diào)試，實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測的自動化。

6 結(jié)語

經(jīng)實踐檢驗，寨子河水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)過程受控，建設(shè)效果良好，提升了監(jiān)測效率，節(jié)省了建設(shè)及運(yùn)營投資。

〔1〕劉 奇，高永超，何維民.論棋盤山水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)技術(shù)研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2009(7):280-282.

〔2〕朱 盟.大伙房水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)技術(shù)研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007(23)：220-222.

〔3〕潘偉暉，何建新.淺談磨子潭水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)[J].治淮，2007(8)：36-38.

〔4〕許長亭，周大鵬，王 瑞，等.喀左縣瓦房店水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)土建中的問題與解決方法[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007(18)：224-225.

〔5〕SL531-2012，《大壩安全監(jiān)測儀器安裝標(biāo)準(zhǔn)》[S].

〔6〕SL551-2012，《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[S].

侯典平(1975.1-)，男，漢族，四川達(dá)州人，工程師，主要從事水利工程建設(shè)管理工作；

徐望斌(1979.8-)，男，漢族，湖北鄂州人，高級工程師，從事水工設(shè)計工作。

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