水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化建設(shè)研究

梅風(fēng)波

（河北省邢臺(tái)市朱莊水庫(kù)管理處，河北 邢臺(tái) 054000）

大壩安全監(jiān)測(cè)是指在大壩原型中設(shè)置對(duì)應(yīng)的觀測(cè)儀器來(lái)展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，通過(guò)測(cè)量獲取到相關(guān)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)判斷和分析大壩結(jié)構(gòu)的變化。數(shù)據(jù)的精確度和系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)能力及老化程度息息相關(guān)，如果設(shè)備老化過(guò)度，就會(huì)導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)失真，從而讓監(jiān)測(cè)人員沒(méi)法獲取準(zhǔn)確的數(shù)值，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)行為失去精確性。故需要就安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化采集系統(tǒng)進(jìn)行更新，讓測(cè)量精確度得到大幅度的提升，本文研究中將基于某水庫(kù)大壩工程，探討水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)思路。

1 水庫(kù)大壩工程概況

該水庫(kù)位于河流主干線上，是一座以防洪、灌溉為主，發(fā)電為輔的綜合利用的大型水利樞紐工程，由溢流壩、非溢流壩、泄洪底孔、放水洞、發(fā)電洞、高低電站及南、北干渠渠首建筑物等組成?？刂屏饔蛎娣e1220km2，總庫(kù)容4.162億m3，調(diào)洪庫(kù)容2.08 億m3，興利庫(kù)容2.285 億m3，大壩為混凝土漿砌石重力壩。溢流壩布置在河床段，全長(zhǎng)111m，分八、九、十共三個(gè)壩段，溢流堰堰頂建閘6 孔，單孔凈寬14m，堰頂高程243.0m，為克-奧（Ⅱ）型曲線。非溢流壩布置在兩岸，由左岸非溢流壩段和右岸非溢流壩段組成，壩頂全長(zhǎng)433m，壩頂高程261.68m，壩頂寬6m；左岸非溢流壩段壩頂長(zhǎng)194.5m，在壩軸線樁號(hào)0+218 處設(shè)拐點(diǎn)，拐角26°00′38″，右岸非溢流壩段壩頂長(zhǎng)238.5m。泄洪底孔布設(shè)在河床溢流壩段（八、九、十壩塊）的3 個(gè)中墩內(nèi)，共設(shè)3 孔，進(jìn)口底高程210.0m，孔口尺寸為2.2m×4m，底孔下游以曲線段與溢流面平順銜接。水庫(kù)正常蓄水位251m，防洪高水位255.15m，設(shè)計(jì)洪水位255.30m，校核洪水位258.90m，汛限控制水位242m，死水位220m。

2 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 模塊設(shè)計(jì)

自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建十分復(fù)雜，它主要由滲壓計(jì)、頻率測(cè)量、庫(kù)位水位測(cè)量等多個(gè)部分組成，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，需要結(jié)合溫度、雨量、大氣氣溫等監(jiān)測(cè)內(nèi)容對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)與改造。

在該大壩的監(jiān)測(cè)模塊組件中，有5 條視準(zhǔn)線，5 個(gè)測(cè)站，5 個(gè)后視點(diǎn)和49 個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中，在壩頂AB 向有9 個(gè)測(cè)點(diǎn)，視線長(zhǎng)532.66m，壩頂BC 向有27 個(gè)測(cè)點(diǎn)，視線長(zhǎng)536.56m，溢流壩分水墩下16 九個(gè)測(cè)點(diǎn)，視線長(zhǎng)508.58m，消力池邊墻下165 兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，視線長(zhǎng)341.07m，消力池邊墻下208 兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，視線長(zhǎng)209.03m。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)作，設(shè)計(jì)師需要設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)接收處理裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，而這二者必須是完全獨(dú)立的軟件配置項(xiàng)，兩者需要有不同的運(yùn)作平臺(tái)，這樣才能保障對(duì)大壩的溫度、雨量、電壓的最精確化的追蹤和評(píng)估，為此在設(shè)計(jì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，這兩個(gè)軟件的數(shù)據(jù)駐留平臺(tái)最好設(shè)置為兩臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行的計(jì)算機(jī)，避免因?yàn)楣灿靡粋€(gè)數(shù)據(jù)處理設(shè)備而發(fā)生數(shù)據(jù)接收處理裝置和水庫(kù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理裝置在計(jì)算過(guò)程中搶占計(jì)算機(jī)CPU，造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的問(wèn)題。當(dāng)數(shù)據(jù)流向情報(bào)分析軟件時(shí)，三者之間以高速局域網(wǎng)進(jìn)行及時(shí)通信，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐交?/p>

大壩滲流量觀測(cè)有2 處，一處在壩體灌漿廊道的排水溝內(nèi)，另一處設(shè)在消力池北邊墻豎井內(nèi)。為了兼顧兩處觀測(cè)點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最好要采取二級(jí)三層布置形式，其中的二級(jí)又作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與遠(yuǎn)程操控級(jí)，依據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)劃要求，保證各個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都能夠很好地承擔(dān)運(yùn)行管理職能，由于檢測(cè)系統(tǒng)涉及的內(nèi)容較多，因此在結(jié)構(gòu)上最好采用網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的形式傳遞信息，讓系統(tǒng)的兼容性比傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更加強(qiáng)大，靈活性更高。如在數(shù)據(jù)反饋方面，二級(jí)三層布置形式可以進(jìn)行連續(xù)性的計(jì)算和評(píng)估，讓監(jiān)測(cè)人員可以從機(jī)房中心對(duì)大壩情況的監(jiān)視工作保持不間斷、同步化的追蹤。此外，中心機(jī)房的前置機(jī)也要采取Internet 技術(shù)，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擁有擴(kuò)寬開(kāi)放性的功能，大壩豎向位移基點(diǎn)兩個(gè)，豎向位移的起測(cè)點(diǎn)有7 個(gè)，觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)119 個(gè)，因此數(shù)據(jù)的測(cè)量歸納十分龐大，需要通過(guò)局域網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞處理。這樣在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，就只有極少部分?jǐn)?shù)據(jù)邏輯是在前端實(shí)現(xiàn)，讓客戶(hù)端的計(jì)算機(jī)載荷得到了減輕，系統(tǒng)的維護(hù)與升級(jí)更加方便，消耗的成本也更低。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

B/S 型結(jié)構(gòu)是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過(guò)程中用于前端數(shù)據(jù)處理技術(shù)架構(gòu)，B/S 型結(jié)構(gòu)在保有了客戶(hù)機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器兩層體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，又增加了Wed 服務(wù)器，也就是說(shuō)在B/S 型結(jié)構(gòu)中擁有兩個(gè)服務(wù)器，一個(gè)是數(shù)據(jù)服務(wù)器，另一個(gè)是Wed服務(wù)器，所起其結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)為接口、Wed 服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器三層體系。先看第一層體系，B/S 型結(jié)構(gòu)的第一層體系是接口，接口是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)人員和系統(tǒng)連接的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向溝通的必要組成部分，由于B/S 型結(jié)構(gòu)的目的是實(shí)現(xiàn)更快、更強(qiáng)、更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息處理能力，因此B/S 型結(jié)構(gòu)的第一層體系與第二層體系保持緊密的關(guān)聯(lián)系[4]。B/S 型結(jié)構(gòu)的第二層體系是Wed 服務(wù)器，它的運(yùn)作原理是，當(dāng)監(jiān)測(cè)人員開(kāi)始使用B/S 型結(jié)構(gòu)的相應(yīng)程序?qū)y(cè)點(diǎn)進(jìn)行連接，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鲿r(shí)，B/S 型結(jié)構(gòu)的接口會(huì)發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，Wed服務(wù)器在接受到這層請(qǐng)求信息之后，會(huì)對(duì)此進(jìn)行相應(yīng)的回復(fù)，同時(shí)通過(guò)HTML 代碼將對(duì)應(yīng)信息反饋給使用者。監(jiān)測(cè)人員在獲得反饋信息后便能完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的獲取已經(jīng)處理，此時(shí)監(jiān)測(cè)人員能夠依靠B/S 型結(jié)構(gòu)的第三層體系，也就是數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和保存操作，實(shí)現(xiàn)信息處理的精準(zhǔn)化、效率化。在B/S 型結(jié)構(gòu)中，第二層體系和第三層體系之間呈協(xié)同工作狀態(tài)，Wed 服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)同步進(jìn)行處理，前者負(fù)責(zé)接收請(qǐng)求信息并對(duì)操作者給出對(duì)應(yīng)的反饋，而后者則對(duì)服務(wù)器上傳遞的指令進(jìn)行協(xié)調(diào)和處理。

在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，B/S 型結(jié)構(gòu)是非常重要的組成部分，它的主要應(yīng)用目的是幫助工作人員在監(jiān)測(cè)過(guò)程中更加便捷地找到并瀏覽對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)源，并進(jìn)行傳輸、下載、備份等處理行為，幫助操作者實(shí)現(xiàn)高效的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。通過(guò)B/S 型結(jié)構(gòu)，操作者可以在監(jiān)測(cè)過(guò)程中將指令進(jìn)行精確化和針對(duì)化，根據(jù)具體的工作需求和工作標(biāo)準(zhǔn)以正垂線和倒垂線為媒介，向數(shù)據(jù)庫(kù)終端發(fā)出特定的工作請(qǐng)求，而工作請(qǐng)求則會(huì)通過(guò)局域網(wǎng)另一端的服務(wù)器處理后反饋給工作人員。B/S 型結(jié)構(gòu)在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過(guò)程中展現(xiàn)出非常顯著的優(yōu)點(diǎn)，其一是運(yùn)行和維護(hù)上簡(jiǎn)單快捷，B/S 型結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)組成并不復(fù)雜，而且可以讓監(jiān)測(cè)人員隨時(shí)隨地對(duì)大壩的溫度、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和訪問(wèn)，這有助于幫助操作者即時(shí)了解問(wèn)題的發(fā)生點(diǎn)，以及快速制定維護(hù)方案，保障監(jiān)測(cè)過(guò)程的正常化運(yùn)轉(zhuǎn)。其二是信息的處理和轉(zhuǎn)換非常簡(jiǎn)單，如果監(jiān)測(cè)人員想要處理和轉(zhuǎn)換工作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，那么僅僅只需要安裝一個(gè)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)，便能實(shí)現(xiàn)高效率的數(shù)據(jù)存納。其三是B/S 型結(jié)構(gòu)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的低要求，除了有著操作簡(jiǎn)單快捷的優(yōu)點(diǎn)以外，B/S 型結(jié)構(gòu)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備也不需要太過(guò)精密的設(shè)置，這讓監(jiān)測(cè)人員在對(duì)測(cè)點(diǎn)反饋進(jìn)行處理時(shí)的資源消耗大大降低，性?xún)r(jià)比有效提高。

3 結(jié)語(yǔ)

從本文研究中可見(jiàn)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用在水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)工作中，不僅能夠確保水庫(kù)大壩運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，還可以將自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。自動(dòng)化技術(shù)在測(cè)量精確、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性等方面都發(fā)揮出了不可忽視的作用。由于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，自動(dòng)化程度高，因此能夠避免水庫(kù)大壩異常運(yùn)行情況的發(fā)生，同時(shí)，還為后期系統(tǒng)維護(hù)提供了科學(xué)的參考意見(jiàn)，這對(duì)我國(guó)水庫(kù)大壩工程建設(shè)具有重大意義.