郭彩銀，孫德升，高 鵬

工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)在渾河閘的運(yùn)用

郭彩銀1，孫德升1，高 鵬2

（1.遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧撫順113000；2.撫順縣水務(wù)局水資源管理辦公室，遼寧撫順113000）

文章主要介紹了渾河閘的工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，主要從水平、垂直位移監(jiān)測，閘底板揚(yáng)壓力監(jiān)測，過閘流量監(jiān)測3方面閘述了此系統(tǒng)在渾河閘工程中的運(yùn)用，并結(jié)合資料分析證實(shí)了此系統(tǒng)能夠能夠反映渾河閘的運(yùn)行狀態(tài)，滿足工程的安全運(yùn)行要求。

工程監(jiān)測；自動化；渾河閘；變形監(jiān)測；過閘流量

1 工程概況

渾河閘位于渾河中下游，坐落于沈陽市鐵西區(qū)后謨家堡村，擔(dān)負(fù)著沈陽城市的防洪安全以及下游80余萬畝農(nóng)田的灌溉任務(wù)。工程始建于1958年，2008年11月經(jīng)遼寧省發(fā)改委批準(zhǔn)對渾河閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

加固后的渾河閘按100 a一遇洪水設(shè)計(jì)，300 a一遇洪水校核，并能通過500 a一遇的超標(biāo)準(zhǔn)洪水。樞紐工程等別為Ⅰ等，規(guī)模為大（1）型，其相應(yīng)的主要水工建筑物為1級。渾河閘工程主體由攔河閘、渾沙、渾蒲進(jìn)水閘3大部分組成。攔河閘底板高程30.5 m、每孔寬9.6 m，共22孔。渾沙、渾蒲進(jìn)水閘底板高程33 m，每孔寬度6 m，各3孔。

2 監(jiān)測項(xiàng)目的設(shè)置

渾河閘監(jiān)測設(shè)備陸續(xù)建于20世紀(jì)60年代。以變形監(jiān)測為主，輔以水文觀測和現(xiàn)場檢查。主要觀測項(xiàng)目有：水閘水平位移和垂直位移，均為人工觀測，且部分設(shè)備已損壞，加之人工觀測工作量大、信息收集周期長、數(shù)據(jù)整理工作繁瑣、結(jié)果不準(zhǔn)確、觀測手段落后，已不能滿足水閘現(xiàn)代化管理的需要，鑒于此，結(jié)合渾河閘加固設(shè)計(jì)，對監(jiān)測設(shè)施進(jìn)行了更新改造，工程于2008年11月開始施工，2013年投入使用。工程觀測項(xiàng)目主要有：閘表面水平、垂直位移觀測；閘底板揚(yáng)壓力監(jiān)測；過閘流量監(jiān)測；渾河閘水位、流量監(jiān)測等。

2.1 渾河閘工程主體表面水平、垂直位移監(jiān)測

水平位移監(jiān)測：在攔河閘中墩上設(shè)置11個(gè)表面水平位移測點(diǎn)，渾沙、渾蒲進(jìn)水閘邊墩上各設(shè)置2個(gè)水平位移測點(diǎn)，共設(shè)15個(gè)垂直位移測點(diǎn)。左岸設(shè)置2個(gè)水平面位移基準(zhǔn)點(diǎn)G3、G4，右岸設(shè)置2個(gè)水平面位移基準(zhǔn)點(diǎn)G1、G2。水平位移采用TCA2003全站儀觀測。將全站儀布設(shè)在某工作基點(diǎn)上，以另一個(gè)工作基點(diǎn)為后視方向，儀器按各測點(diǎn)的初始坐標(biāo)自動尋找目標(biāo)點(diǎn)，自動進(jìn)行下一個(gè)點(diǎn)的觀測及記錄，采集的數(shù)據(jù)可隨后在計(jì)算機(jī)中心進(jìn)行后處理從而得到各點(diǎn)的水平位移量。

垂直位移監(jiān)測：在攔河閘中墩上下游各設(shè)置11個(gè)垂直位移測點(diǎn)，渾沙、渾蒲進(jìn)水閘上下游各設(shè)置2個(gè)垂直位移測點(diǎn)，共設(shè)30個(gè)垂直位移測點(diǎn)。左右岸各設(shè)置1個(gè)垂直位移基準(zhǔn)點(diǎn)，分別為Q1、Q2。垂直位移監(jiān)測采用DNA03數(shù)碼水準(zhǔn)儀觀測，沿著閘兩岸起測基點(diǎn)與閘上各位移測點(diǎn)，組成附合水準(zhǔn)路線，按國家二等水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行觀測。

2.2 閘底板揚(yáng)壓力監(jiān)測

攔河閘、渾蒲進(jìn)水閘、渾沙進(jìn)水閘在上、下游水位差作用下產(chǎn)生揚(yáng)壓力，在尾水作用下產(chǎn)生浮托力。為了監(jiān)測它們對攔河閘、渾蒲進(jìn)水閘、渾沙進(jìn)水閘閘底板滲透壓力大小，采用本監(jiān)測系統(tǒng)。

此系統(tǒng)主要由傳感器（滲壓計(jì)）、監(jiān)測分站（MCD）、監(jiān)測總站（中控觀測室）、光纜及安全監(jiān)控管理軟件組成，系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)采集方式。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化采集、傳輸、管理及處理分析等主要功能。

具體做法為在每個(gè)閘段的中間的底板上埋設(shè)一個(gè)滲壓計(jì)測點(diǎn)，共設(shè)置34個(gè)揚(yáng)壓力監(jiān)測點(diǎn)（如圖1所示：Y為滲壓計(jì)埋設(shè)點(diǎn)）。

測點(diǎn)引出電纜接入布置在啟閉機(jī)室的數(shù)據(jù)采集儀，通過通訊線與設(shè)置在控制室內(nèi)的電子計(jì)算機(jī)組成自動化觀測系統(tǒng)。對攔河閘中間的5、7兩個(gè)閘段的閘底板進(jìn)行了重點(diǎn)監(jiān)測，對渾沙、渾蒲進(jìn)水閘中孔的閘底板進(jìn)行了重點(diǎn)監(jiān)測。這些測點(diǎn)與MCD振弦采集儀聯(lián)接，與設(shè)置在自動化室內(nèi)的電子計(jì)算機(jī)組成揚(yáng)壓力滲透自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

2.3 過閘流量監(jiān)測

在攔河閘、渾沙、渾蒲進(jìn)水閘共設(shè)置29個(gè)水位測點(diǎn)（見圖1：WL為水位計(jì)埋設(shè)點(diǎn)），4個(gè)超聲波流量計(jì)，安裝斷面選在攔河閘中心，設(shè)備采用UF-911型超聲波流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)了大流量的穩(wěn)定準(zhǔn)確測量。流量監(jiān)測系統(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)對設(shè)置超聲波流量計(jì)的閘孔處水位、流量數(shù)據(jù)的采集，可通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫從閘控系統(tǒng)中，導(dǎo)出閘門開度數(shù)據(jù)的采集、實(shí)現(xiàn)監(jiān)測處閘孔流量監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、各種圖象顯示、報(bào)表等功能，生成各種關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的流量監(jiān)測集中管理。

圖1 渾河閘觀測儀器布設(shè)圖

3 運(yùn)行期間監(jiān)測資料分析

3.1 變形監(jiān)測分析

3.1.1 基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定分析

通過對觀測數(shù)據(jù)處理，對各基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)采用“平均間隙法”檢驗(yàn)，水平面位移基準(zhǔn)點(diǎn)G1、G3位移量顯著，水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)G2、G4是建在原狀土上沒有大的位移量。

垂直位移基準(zhǔn)點(diǎn)Q1、Q2經(jīng)過3次觀測比有1.88 mm下沉到＋3.99，其余各基準(zhǔn)點(diǎn)位移量不顯著。

由于G1、G2、G3、G4點(diǎn)位移量會直接影響渾河閘各位移點(diǎn)位移量的值，在進(jìn)行位移點(diǎn)觀測時(shí)，對各點(diǎn)通過單三角觀測，進(jìn)行每次觀測平差改正。利用平差值進(jìn)行對各位移點(diǎn)觀測的數(shù)據(jù)處理，保證各位移點(diǎn)移量的正確可靠。

3.1.2 觀測的成果分析

位移量X方向以在閘左岸為正，Y方向以在閘下游為正，垂直位移量以下沉為正。

變形監(jiān)測表明，影響閘壩位移的主要因素有水位、溫度和時(shí)效［1］。對視準(zhǔn)線位移點(diǎn)的觀測位移量過程線可以看出，隨著溫度的升高閘體各位移點(diǎn)位移量正值減小，即變現(xiàn)為溫度升高閘體，膨脹，由于視準(zhǔn)線點(diǎn)靠近上游水面，而出現(xiàn)向上游的位移量。溫度降低，閘體又收縮，表現(xiàn)為向下游位移量增大。從觀測成果看位移量比較，水平位移量和垂直位移量均無明顯的增長，且各位移量變化幅度在±5 mm以內(nèi)，閘體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 安全監(jiān)測分析

從觀測數(shù)據(jù)來看，施工期間各儀器的測值結(jié)果無突變，變化量極小，從觀測結(jié)果及現(xiàn)場巡視來看，已安裝的儀器完好，儀器工作正常，測值結(jié)果無突變，顯示無異常情況，傳感器安裝位置附近處于穩(wěn)定狀態(tài)。水閘處于安全運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié) 語

渾河閘自投入使用至今1 a，期間安全監(jiān)測系統(tǒng)整體運(yùn)行良好，未出現(xiàn)監(jiān)測事故，個(gè)別儀器出現(xiàn)故障能及時(shí)維修并找出其原因，對數(shù)據(jù)分析軟件做出了相應(yīng)的調(diào)整，更接近渾河閘的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。總體來說，監(jiān)測系統(tǒng)布置合理、安設(shè)可靠，能夠反映閘的運(yùn)行狀態(tài)，滿足工程的安全運(yùn)行要求。

［1］龍吉平，方琳.冷竹關(guān)電站攔河閘閘壩變形分析.吉林水利，2011（07）：15-17.

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1007-7596（2015）07-0071-02

2014-10-31

郭彩銀（1982-），女，山西定襄人，工程師，從事工程管理工作；孫德升（1964-），男，遼寧撫順人，高級工程師，從事工程管理工作；高鵬（1973-），男，遼寧撫順人，工程師。