呂衍恒，劉磊，齊文艷

（新泰市光明水庫管理處，山東新泰271200）

光明水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)建設探討

呂衍恒，劉磊，齊文艷

（新泰市光明水庫管理處，山東新泰271200）

結(jié)合光明水庫實際，從壩體表面變形監(jiān)測、庫水位監(jiān)測、庫區(qū)降雨量監(jiān)測、浸潤線監(jiān)測等幾個方面，提出水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的建設方案，為類似項目的開展提供了思路。

光明水庫；大壩；安全監(jiān)測；GPS監(jiān)測器

光明水庫位于山東省泰安新泰市境內(nèi)，控制流域面積134 km2，總庫容1.04億m3，下游防洪保護面積1.67萬hm2，是集防洪、農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的一座大（2）型水庫。光明水庫壩長860 m，最大壩高23 m，壩頂寬5 m，壩頂高程181 m，防浪墻高程182.2 m。為確保水庫大壩安全，需要對大壩實施安全監(jiān)測。

1　系統(tǒng)建設目標

結(jié)合水庫大壩安全監(jiān)測的標準與規(guī)范和水庫工程的實際情況，系統(tǒng)建設目標如下：1）直觀顯示各項監(jiān)測、監(jiān)控信息數(shù)據(jù)的歷史變化過程及當前狀態(tài)，為安全生產(chǎn)管理人員提供簡單明了、直觀的信息參考。2）一旦出現(xiàn)緊急異常情況（如大/暴雨等惡劣天氣、連續(xù)陰雨天氣等），系統(tǒng)能及時發(fā)出預警信息（包括聲光報警、系統(tǒng)警示窗及聲音報警、監(jiān)控大屏幕警示窗報警、分級手機短信報警等）。3）可實現(xiàn)水庫大壩安全監(jiān)測信息在光明水庫管理局、新泰市水利局等主管單位多級共享。4）為便于項目的日常管理，可實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的遠程登錄、遠程訪問、遠程管理、遠程控制和遠程維護。

2　系統(tǒng)功能設計

光明水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的主要監(jiān)測項目包括壩體表面變形監(jiān)測、庫水位監(jiān)測、庫區(qū)降雨量監(jiān)測、浸潤線監(jiān)測，監(jiān)測系統(tǒng)的總體預期是保證壩體的安全，充分發(fā)揮工程效益，更好地為安全生產(chǎn)服務。具體設計功能如下：1）實現(xiàn)對光明水庫重要運行數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、計算、分析，包括庫水位、庫區(qū)降雨量、壩體表面位移，壩體浸潤線等，實時掌握光明水庫運行的安全狀態(tài)。2）直觀顯示各項監(jiān)測、監(jiān)控信息數(shù)據(jù)的歷史變化過程及當前狀態(tài)，為水庫安全生產(chǎn)管理人員提供簡單明了、直觀有效的信息參考。對比以前的人工計算分析，系統(tǒng)自動采集分析計算，減少因人工誤操作等原因造成的誤差。3）一旦出現(xiàn)緊急異常情況，系統(tǒng)能及時發(fā)出預警信息。報警及時、迅速、直觀，做到一有超過現(xiàn)值立即報警，可以讓管理人員有足夠的時間做好安全防范工作，降低災害發(fā)生的可能性。4）能接入因特網(wǎng)，實現(xiàn)水庫安全監(jiān)測系統(tǒng)的遠程登錄、遠程訪問、遠程管理和遠程維護。5）分級管理平臺工作模式，方便光明水庫安全監(jiān)測信息在庫區(qū)監(jiān)測站管理員、技術員可以隨時通過網(wǎng)絡登錄觀察水庫安全狀況，真正做到了自動化辦公。

3　系統(tǒng)結(jié)構設計

本系統(tǒng)按多級管理平臺模式設計，可以實現(xiàn)水庫大壩安全監(jiān)測信息在庫區(qū)監(jiān)測站、庫區(qū)管理中心站、光明水庫上級安全生產(chǎn)主管部門等多級共享，系統(tǒng)兼容性強，可以用作政府安監(jiān)部門及企業(yè)內(nèi)部的管理平臺。系統(tǒng)可實現(xiàn)遠程查看、操控、管理、維護，網(wǎng)頁式遠程操作，不需安裝任何客戶端程序即可進行遠程查看、操控、管理與維護，方便易用，只要有因特網(wǎng)就能進行遠程訪問，全程與本地操作完全一樣。成果分析結(jié)果以動畫形式表現(xiàn)，便于直觀掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)。

光明水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)由3部分組成：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析及管理子系統(tǒng)（監(jiān)測管理中心）。其中，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)由安裝在水庫壩體表面、內(nèi)部以及其他區(qū)域的各項監(jiān)測設備組成；采集的原始數(shù)據(jù)通過由光纖搭建而成的數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)進行傳輸；原始數(shù)據(jù)流最終傳到監(jiān)控中心由軟件進行自動解算、分析。

4　監(jiān)測技術方案

4.1壩體表面位移監(jiān)測

壩體表面位移監(jiān)測主要分為基準網(wǎng)建設、變形監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析處理及運行維護4大部分。

1）基準網(wǎng)建設?；鶞示W(wǎng)為GNSS基準點，其基準點作為大壩位移監(jiān)測的基準起算網(wǎng)點，采用GNSS連續(xù)運行技術獲得，并定時與國際IGS網(wǎng)進行聯(lián)測，以確認其是否發(fā)生位移。本項目擬在樁號0+115和0+375各設監(jiān)測基準站2個。

2）變形監(jiān)測。大壩外觀變形監(jiān)測采用GNSS自動化監(jiān)測的方式，針對系統(tǒng)分別設置相應的觀測墩、供電、通訊、防雷、防盜等設施。本項目擬在0+115、0+250、0+375、0+593斷面各設變形監(jiān)測站點。

3）數(shù)據(jù)分析處理。大量的觀測數(shù)據(jù)通過光纖通訊的方式傳輸并保存至數(shù)據(jù)解算服務器，由系統(tǒng)軟件按照事先設定的嚴格的質(zhì)量控制流程進行數(shù)據(jù)分析處理，以獲取大壩、滑坡體內(nèi)各斷面、測點的三維位移變化矢量信息。若大壩位移量超警戒閾值，立即上報相應的預警預報信息，并調(diào)整增加相應的監(jiān)測頻率和現(xiàn)場巡查力度。

4）運行維護。針對運行期間各類日常故障、突發(fā)事件，由專人在測區(qū)內(nèi)定時進行巡查和設備維護，保證各類監(jiān)測設備、設施能夠正常運行。

4.2浸潤線監(jiān)測

浸潤線是大壩安全的生命線，浸潤線的高度直接關系到壩體穩(wěn)定及安全性狀。因此，需在現(xiàn)有大壩測壓管中安裝振弦式測壓計進行監(jiān)測。各監(jiān)測點浸潤線監(jiān)測預警初步設計分為黃色、橙色、紅色三級，其中三級為較重，二級為嚴重，一級為特別嚴重。管理單位將根據(jù)系統(tǒng)發(fā)布的各級預警，密切注意水庫的安全狀況，以便采取相應處理措施。

4.3降雨量監(jiān)測

在水庫大壩0+115斷面位置設置降雨量監(jiān)測點，水庫大壩在線監(jiān)測系統(tǒng)中降雨量監(jiān)測選擇智能雨量站監(jiān)測裝置，智能雨量站采用翻斗式雨量計。參考國家氣象局對降雨量級別的劃分對降雨預警設計分為1～3級。監(jiān)測系統(tǒng)運行穩(wěn)定后可根據(jù)當?shù)厮臍庀筚Y料以及實際監(jiān)測數(shù)據(jù)對預警參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整。

4.4庫水位監(jiān)測

光明水庫水位監(jiān)測點布置在放水洞和溢洪閘附近，分別采用超聲波水位計和GPS水位計。初步控制對庫水位預警值設置參照標準為：控制水位和設計水位高差不小于0.50 m。預警設計為：一級預警值為設計水位高程下0.50 m，二級預警值為設計水位高程下0.75 m，三級預警值為設計水位高程下1.00 m。監(jiān)測系統(tǒng)運行穩(wěn)定后可將實際監(jiān)測數(shù)據(jù)報原設計單位并對預警值進行重新計算和優(yōu)化調(diào)整。

5　結(jié)語

目前光明水庫綜合自動化系統(tǒng)建設尚不夠完善，還沒有達到大中型水庫自動化項目的建設標準，大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)更是保證壩體安全的重點項目，需要盡快開展建設，完善系統(tǒng)功能。本文結(jié)合光明水庫工況，初步提出了系統(tǒng)建設方案，具體預警值的設置還需要結(jié)合水庫大壩的歷史數(shù)據(jù)和今后的防汛與供水調(diào)度等需求做適當調(diào)整。建議相關主管部門盡快開展建設，確保水庫大壩安全，早日發(fā)揮效益。

［1］張衛(wèi)東，徐永兵.大壩滲流分析模型與分析方法研究［J］.水利規(guī)劃與設計，2007（6）：34－36.

［2］鞏向偉，侯豐奎，張衛(wèi)東，等.水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)及自動化［J］.水利規(guī)劃與設計，2007（2）：65－68.

［3］武建，徐永兵，于淼淼，等.無線局域網(wǎng)技術及其在大型灌區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡中的應用［J］.水利科技與經(jīng)濟，2013，19（10）：116－118.

［4］祝在芳，孫培吉，徐永兵.大中型水庫自動化項目標段劃分［J］.山東水利，2011（9）：14－15.

（責任編輯張玉燕）

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2016-05-02

呂衍恒（1985—），男，助理工程師