某水库大坝安全监测自动化系统

１５４　尹细伟，谷艳昌，董福昌．某水库大坝安全监测自动　爱丝　文章编号：１００６－－２６１０（２０１１）Ｓ１．－０１５４－＿０４　某水库大坝安全监测自动化系统　尹细伟，谷艳昌，董福昌　（南京水利科学研究院，南京摘２１００２９；）　要：针对某心墙土石坝工程及监测系统现状，依据土石坝安全监测技术规范，进行了大坝安全监测项目及自动化　系统方案设计。　关键词：土石坝；安全监测；自动化系统　中图分类号：ＴＶ６９８．１　文献标识码：Ａ　Ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ａ　ｄａｍ　ＹＩＮ　Ｘｉ－ｗｅｉ，ＧＵ　Ｙａｎ－ｃｈａｎｇ，ＤＯＮＧ　Ｆｕ—ｃｈａｎｇ　（Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００２９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｉｎ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｎｅ　ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋｆｉｌｌ　ｄａｍ　ｗｉｔｈ　ｃｏｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｍ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ—　ｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｏｆ　ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋｆｉｌｌ　ｄａｍ，ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄａｍ　ｓａｆｅｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｉｔｅｍｓ．ａｎｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　Ｐ印ｅｒ・　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋｆｉｌｌ　ｄａｍ；ｓａｆｅｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ；ｓｙｓｔｅｍ　１　Ｔ程概况　某水库是一座以灌溉为主，兼有发电、防洪、养　２监测项目与布置　２．１大坝变形监测　殖等综合效益的大（２）型水库。枢纽工程由大坝、　溢洪道、灌溉发电洞、导流放空洞及坝后电站组成，　水库工程属于二等工程，主要建筑物为２级建筑物，　次要建筑物为３级。水库总库容１．３１１２Ｘ１０　Ｉｌｌ　。　大坝为黏土心墙土石混合坝，除险加固采用混凝土　防渗墙结合帷幕灌浆方式截渗。最大坝高７０　ｍ，坝　顶高程３６０．５０　ｍ，坝轴长４８０　１１１，坝顶宽８　ｍ，坝基　高程２９０．５０　ｍ。　自１９８５年大坝基本建成以来，相继开展了安全　大坝已运行２０余ａ，考虑到监测资料的连续性，　表面变形监测沿用原有的测点位置，将原有测点整　修，安装归心底盘，采用全站仪监测。大坝表面变形　监测布置横断面６个，纵断面６个。在上游坝坡正常　蓄水位附近即轴距一１３　ｍ、高程３５６　Ｉｌｌ布设１排，共６　个测点；坝顶下游侧即轴距６　ｉｎ、高程３５９．５　Ｉｎ布设１　排，共６个测点；下游坝坡３４６　Ｉｌｌ平台、３３１　Ｉｎ平台、　３１６　Ｉｎ平台各布设６个测点，３０１　Ｉｎ平台布设５个测　点；断面桩号分别为０＋０１２　１１３，０＋０５８　ｍ，０＋０８５　Ｉｎ，０＋　１２０　Ｉｎ，０＋１４５　Ｉｎ，０＋１７０　Ｉｎ，共３５个观测点。此外，左　岸坝段桩号０—０５５　ｉｎ与０—１００　ｉｎ两个断面上分别布　置３个变形测点，其中上游侧１个，下游侧２个，共６　个观测点。大坝变形监测平面布置见图１。　溢洪道闸墩与边墩各布置１个变形观测点，共　计４个，同时在左岸山体上布置２个工作基点。　考虑大坝变形观测频次少，可采用人工观测方　监测工作。目前已开展的观测项目有：大坝变形观　测、渗流观测、预应力锚索观测以及巡视检查等。大　坝监测设施较全，但仪器老化严重，影响监测结果，监　测方式是人工监测，耗时耗力，也无法做到同步监测。　因此需要设计一套新的大坝安全监测自动化系统。　收稿日期：２０１１－０８－２６　作者简介：尹细伟（１９８３一），男，湖北省大冶市人，硕士研究生　主要从事大坝安全监测等研究工作．　式，将观测数据输入到中央控制室的计算机终端，利　用观测资料整编分析软件进行整编与分析。　西北水电・２０１　１年・增刊　ｌ５５　图１　大坝变形监测平面布置图　２．２大坝渗流监测　安装水位计监测堰上水头进行渗流量监测。　（１）渗流压力监测　大坝渗流监测平面布置见图２；大坝渗流监测　根据坝基地质条件、坝体填筑质量以及大坝加　典型断面剖面见图３。　固处理情况等，大坝渗压观测布置４个横断面，即断　２．３大坝环境量监测　面０＋０１２　ｍ，０＋０６０　ｎ３，０＋１２０　ｍ，０＋１７０　ｍ，左岸绕渗　环境量监测包括上、下游水位监测、气温监测和　为０—０５５　ｒｎ，０—０２０　ｍ两个断面，右岸绕渗０＋２１０　Ｉｎ，　气压监测。上游水位监测直接共用水文自动测报系　０＋２４０　Ｉｎ两个断面。０＋１２０　ｍ为原河床最大断面　统数据。在主坝下游钻孔并安装下游水位计监测下　处，０＋０１２　ｍ，０＋０６０　ｍ，０＋１７０　ｍ断面均为原渗漏较　游水位。在坝顶布设１支温度计，以测量坝址温度　严重部位。纵断面设置５个，分别位于上游侧轴距　变化情况。在主坝观测房内设１支气压计进行气压　为一４．０　ｒｎ、下游侧轴距３．０　ｒｎ、以及一级、二级与三　监测。　级马道上游侧各１排，其中为了监测排水棱体上游　侧渗压情况，把位于三级马道上的ＢＩＯ，Ｂ１５点设置　３　自动化系统总体设计　在轴距１４１．５　ｍ处。　３．１设计原则　（２）渗流量监测　设计有明确的针对性和代表性。以《土石坝安全　大坝渗流量是分析大坝安全的重要参数，应加　监测技术规范》ｓ【６０—９４等有关技术规范［１　为依　强对下游坝脚渗流量监测。目前，量水堰位于大坝　据，针对影响和控制该工程安全性态的监测变量重点　下游量水堰堤２９８　Ｉｎ高程平台右端，在该量水堰上　监测，监测项目、测点布置和结构优化组合，尽量利用　ｌ５６　尹细伟，谷艳昌，董福昌．某水库大坝安全监测自动化系统　原有的观测设施，保证数据的连续性和节省投资。　（１）仪器设备具有稳定性和可靠性　仪器设备的稳定可靠是仪器设计选择的主要要　求，它能在工程实际的运行环境条件下长期保持原　有的技术性能，正常工作。　（２）仪器设备具有技术先进性　监测仪器和监测方法力求先进，其准确度和精　度等技术性能指标应满足有关规范及工程监测要　求，以便系统能实现联机实时监测。　（３）系统应保证监测数据的连续性　系统备有人工测量接口，以便在系统完建之前　或系统发生故障时，进行人工补测，保证数据的连　图２大坝渗流监测平面布置图　图３大坝渗流监测典型断面剖面图　单位：ｍｉｌｌ：高程：ｍ　西北水电・２０１　１年・增刊　１５７　续性。也可在系统正常运行时，进行校测。　（４）可维护性和扩展性　测量控制单元具有存储器和掉电保护功能，能　暂存所测数据，系统断电后保证不丢失数据和参数。　中央控制装置能接受所有测量控制单元的监测数　据，自动检验、存储。　（４）数据管理功能　选用的监测仪器设备在满足规范和工程要求的　前提下，应具有可维护性及扩展性，以便于系统１３常　维护和功能扩展。　３．２系统总体结构　系统具备对监测数据进行录入、显示、打印、修　改、删除、查询、备份与恢复等功能。　（５）数据整编功能　系统能按《土石坝安全监测资料整编规程》　该大坝安全监测自动化系统包括各种类型传感　器、测量控制单元和管理处中央控制室。传感器主　要包括：孑Ｌ隙水压力计、量水堰计、下游水位计、温度　计和气压计。测量控制单元（ＭＣＵ）是系统中的主　要部分，用于对各种传感器进行数据采集和存储，并　与中央控制室计算机连接通讯、发送指令和数据传　输，实现实时监测。该系统设２个测量控制单元，　ＭＣＵ房分别设在左岸溢洪道启闭机房内（ＭＣＵ１）和　右坝头监测房内（ＭＣＵ２）。传感器与控制单元之间　用电缆连接，控制单元与信息中心用光缆连接。中　央控制室设在信息中心，它与测量控制单元ＭＣＵ实　现双向通讯。配有数据采集和数据处理分析软件，　可进行在线监控或离线监控。系统结构图见图４。　图４大坝安全监测自动化系统结构图　３．３系统功能　（１）数据采集功能　能自动采集各类传感器，能用应答式或自报式　对接人的监测仪器进行准确测量。能按设定的方式　进行巡测、定时巡测、选测以及人工测量。　（２）通信功能　通信包括：现场网络数据通信和远程通信功能。　现场测量控制单元与中央控制装置或其它计算机可　通过电缆、光缆实现双向通讯；中央控制装置与其它　部门通过有线、无线、微波、公用网络等多种通信媒　介实现远程控制，实现资源分级共享。　（３）存储功能　（ＳＬ１６９－－９６）　的要求对监测资料进行整编，及时　制成图表。　（６）自检与自校功能　系统能对各功能模块、电源电压、蓄电池电压等　进行自检，出现异常进行报警，并显示故障等信息。　能对监测数据进行自校，出现超限数据时应报警，对　超限数据加上标志。　（７）防雷抗电磁干扰功能　系统有防雷设计，具备防止感应雷电和抗电磁　干扰的能力，在发生雷击或电磁干扰时数据不丢失、　不失真，保证系统正常运行。　（８）供电功能‘　系统具有向监测系统内设备提供净化、稳定电　源的功能。系统配有备用电源，在外部电源中断的　情况下，能自动上电，并维护３　ｄ正常运行。　４结语　依据《土石坝安全监ｉ贝０技术规范》（ｓＬ６０—９４）和　该水库大坝工程特点，重点介绍了该水库大坝安全监　测项目与自动化系统总体方案。其中，监测项目包括　大坝表面变形监测、大坝渗流监测和环境量监测，满　足工程安全监测要求。安全监测自动化系统能实现　对安全监测参量的实时采集、传输、管理与分析。大　坝安全监测自动化系统，能为水库大坝的安全运行管　理与洪水资源利用提供重要的技术支撑。　参考文献：　［１］ＳＩ＿６０－９４，土石坝安全监测技术规范［Ｓ］．北京：中国水利水电　出版社．２００５．　［２］ＳＬ２６８－２００１，大坝安全自动监测系统设备基本技术条件［Ｓ］．　北京：中国水利水电出版社，２００１．　［３］ＳＬ１６９—９６，土石坝安全监测资料整编规程［Ｓ］．北京：中国水　利水电出版社．１９９６．