陡嶺子水電站大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)改造

伍博 熊顥

摘要：概述了現(xiàn)有的大壩自動化監(jiān)測技術(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀。以國電大渡河陡嶺子大壩監(jiān)測改造工程為應(yīng)用實例，具體介紹了其大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。該工程對原有的監(jiān)測系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)了自動化監(jiān)測、極大地提高了精度和效率;對老化嚴重甚至已損壞的監(jiān)測儀器進行了更新，從而保證了水電站的正常運行和安全管理。陡嶺子水電站大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)改造經(jīng)驗可為其他類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：大壩自動化監(jiān)測;系統(tǒng)改造;大壩安全;陡嶺子水電站

中圖法分類號：TV698.1 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.enki.slsdkb.2020.04.008

1大壩變形監(jiān)測現(xiàn)狀

我國大壩變形監(jiān)測始于20世紀50年代初，到80年代末實現(xiàn)了自動化監(jiān)測，90年代以后大壩安全監(jiān)測技術(shù)飛速發(fā)展。隨著大壩管理水平提升和信息化發(fā)展要求的提高，安全監(jiān)測自動化正成為大壩安全監(jiān)測的發(fā)展方向。

自動化監(jiān)測儀器從完成電量（電參量）轉(zhuǎn)換發(fā)展到光信號轉(zhuǎn)換，從點監(jiān)測向線、面監(jiān)測的方向發(fā)展。傳感器的智能化程度不斷提高，目前國內(nèi)已有多家傳感器（包括振弦式和壓阻式）廠商將率定曲線、傳感器出廠編號等直接固化在傳感器內(nèi)部的TC中，既提高了測量精度，又方便在電纜截斷或電纜編號丟失情況下確認和恢復(fù)儀器編號另外，這種儀器還提供RS-485或RS-232接口，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。技術(shù)水平的提高和儀器設(shè)備的改進為自動化監(jiān)測提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。

近年來，水利部、國家電力監(jiān)管委員會等相繼發(fā)布了系統(tǒng)化的大壩安全監(jiān)測及自動化標準和規(guī)范，為大壩自動化監(jiān)測接口提供了技術(shù)依據(jù)和參考。

2工程概況

陡嶺子水電站位于湖北省鄖西縣夾河鎮(zhèn)境內(nèi)的漢江支流金錢河上，距十堰市區(qū)120km。工程以發(fā)電為主，兼有灌溉、防洪等綜合效益。工程規(guī)模為大（2）型，工程等級為Ⅱ等。水庫為年調(diào)節(jié)型水庫。

大壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，最大壩高88.5m，壩頂高程275.0m，防浪墻頂高程276.2m，壩頂寬8.0m、長342.2m。壩基位于弱風化基巖上。上游壩坡比1：1.5，下游壩坡設(shè)有三級2.0m寬馬道，馬道間坡比1：1.3。

陡嶺子大壩原有的監(jiān)測系統(tǒng)包括：表面位移監(jiān)測（水平和垂直）、內(nèi)部變形監(jiān)測、大壩滲流監(jiān)測、環(huán)境量監(jiān)測等。監(jiān)測系統(tǒng)建成時間較長，絕大部分監(jiān)測設(shè)備已損壞，且大多需要依靠人工監(jiān)測。而傳統(tǒng)的人工監(jiān)測手段精度差、效率低、成本高，且無法獲取實時數(shù)據(jù)，已不能滿足日常監(jiān)測需要。因此對大壩監(jiān)測系統(tǒng)進行自動化改造具有重大意義，不僅可以適時獲取高精度監(jiān)測數(shù)據(jù)，還能將各模塊的成果匯總及時進行綜合分析，為水電站的安全運行提供保障。

根據(jù)2016年《關(guān)于落實陡嶺子大壩監(jiān)測系統(tǒng)改造工作的意見》，對陡嶺子水電站進行監(jiān)測系統(tǒng)改造設(shè)計。監(jiān)測系統(tǒng)改造具體內(nèi)容包括：大壩表面位移監(jiān)測（水平和垂直）、繞壩滲流監(jiān)測、環(huán)境變量監(jiān)測、量水堰滲流監(jiān)測等。改造后系統(tǒng)全部實現(xiàn)自動化監(jiān)測。

3方案設(shè)計與實施

依據(jù)“經(jīng)濟、適用、先進、合理”的原則對陡嶺子大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)改造進行設(shè)計與實施。

3.1表面外觀自動化監(jiān)測改造

（1）表面監(jiān)測工作基點及后視點建設(shè)。根據(jù)實施方案及現(xiàn)場實際情況，新建工作基點觀測墩2個（TN01、TN02）;利用原有控制網(wǎng)點改造成后視點2個（DK06、DK07）;在新建工作基點墩身埋設(shè)2個后視棱鏡作為備用后視點（TPGl、TPG2）。DK06、DK07、TN01、TN02均相互通視，TPGl、TPG2與對岸兩控制點通視，其平面布置見圖1。

所有點位均按規(guī)范標準建設(shè)為強制對中觀測墩形式。兩個工作基點均建設(shè)混凝土觀測保護房。

（2）表面監(jiān)測點改造。監(jiān)測點改造主要是將原有平面監(jiān)測點改造成標準的觀測墩形式，既作水平位移監(jiān)測點，又作垂直位移監(jiān)測點。改造監(jiān)測點共33個（其中上游面板監(jiān)測點4個，壩頂監(jiān)測點11個，馬道18個），共分5個斷面，平面布置見圖2。

（3）系統(tǒng)組成。包括兩臺TM50測量機器人、兩套溫度氣壓傳感器、33個帶有不銹鋼保護裝置的固定監(jiān)測棱鏡以及相關(guān)配套設(shè)施、工作站、軟件。數(shù)據(jù)交換及傳輸方式采用GPRS技術(shù)。

3.2繞壩滲流自動化監(jiān)測改造

在大壩左右岸各布置4根繞滲測壓管，用于監(jiān)測大壩兩端繞滲情況。擬選擇在大壩防滲心墻前、大壩下游面高程253.0m（馬道三）、大壩下游面高程232.0m（馬道二）、大壩下游面高程208.0m（馬道一）與山體接觸邊界左右岸各布置1根測壓管進行繞壩滲流監(jiān)測。

此外，每根測壓管中埋設(shè)1支差阻式滲壓計，將繞壩滲壓計接入滲流量自動化采集裝置中，實現(xiàn)繞壩滲流自動化觀測。

3.3滲流量自動化監(jiān)測改造

陡嶺子水電站大壩下游原施工圍堰（黏土心墻）處布設(shè)1座量水堰對大壩滲流量進行自動化監(jiān)測。原滲流自動化監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)損壞，無法正常工作。本次改造設(shè)計在堰槽中部原量水堰計處重新布設(shè)量水堰計，并配套相關(guān)測報設(shè)施，建立滲流量自動測報系統(tǒng)。滲流量自動測報系統(tǒng)由1個遙測滲流量站組成，遙測站的信息通過自動采集、存儲后，按自報方式自動報送到陡嶺子水電站水工室數(shù)據(jù)接收站，經(jīng)處理后存人實時數(shù)據(jù)庫，由計算機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)采用查詢一應(yīng)答方式。

4系統(tǒng)框架、安裝與調(diào)試

4.1系統(tǒng)框架

陡嶺子水電站大壩自動化監(jiān)測改造系統(tǒng)包括表面位移自動化監(jiān)測子系統(tǒng)、滲流滲壓自動化監(jiān)測子系統(tǒng)、一體化量水堰計自動化監(jiān)測子系統(tǒng)。所有子系統(tǒng)內(nèi)部通過線纜方式實現(xiàn)連接，采用GPRS方式遠程傳輸至管理辦公室內(nèi)的服務(wù)器工作站。通過工作站內(nèi)系統(tǒng)軟件設(shè)置、配置，遠程控制各子系統(tǒng)觀測時間及工作方式，實現(xiàn)自動化監(jiān)測。該系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)見圖3。

4.2系統(tǒng)設(shè)備及安裝

陡嶺子水電站大壩自動化監(jiān)測改造系統(tǒng)投入和安裝的主要設(shè)備見表1。

4.3系統(tǒng)調(diào)試與運行

經(jīng)過首次控制測量，確定各工作基點及監(jiān)測點初始坐標，并進行設(shè)置、調(diào)試，系統(tǒng)正式運行。系統(tǒng)運行期間監(jiān)測結(jié)果截圖見圖4-6。

圖4為表面監(jiān)測系統(tǒng)首次監(jiān)測數(shù)據(jù)截圖。由圖可知，最大誤差僅2mm。由于初始坐標與首次監(jiān)測時間間隔較短，且該時期庫水位穩(wěn)定，可以認為是監(jiān)測誤差。由此表明，系統(tǒng)滿足設(shè)計要求，可靠且精度高。

由圖5可知，為2019年2月24日至3月5日期間，大壩所在地區(qū)連續(xù)降雨，隨著庫水位增加，量水堰傳感器監(jiān)測到每天定時流量也增加，符合一般規(guī)律，從側(cè)面驗證其可靠性。

由圖6可知，為2019年2月12日至3月9日期間，繞壩滲流系統(tǒng)監(jiān)測到兩岸壩基水位整體下降，總下降量約33cm。

監(jiān)測系統(tǒng)改造后，所有監(jiān)測項目均實現(xiàn)無人值守全自動化監(jiān)測，具有精度高、不受氣候影響、全自動化等特點。

5結(jié)語

陡嶺子水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)改造是根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合陡嶺子水電站大壩運行現(xiàn)狀和實際需求進行的。通過對變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測等項目改造，建造了一個科學(xué)、合理、規(guī)范、經(jīng)濟、實用的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可提高大壩管理水平，為水電站運行管理提供強有力的技術(shù)支持和保障。