朱化平

（遼寧省湯河水庫(kù)管理局，遼寧遼陽(yáng)111000）

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的改進(jìn)

朱化平

（遼寧省湯河水庫(kù)管理局，遼寧遼陽(yáng)111000）

湯河水庫(kù)原自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已運(yùn)行十幾年，日益老化，故障頻發(fā)，已不能滿足正常工作需要。為徹底解決該問(wèn)題，結(jié)合新設(shè)備、新技術(shù)，在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不變的情況下，更新改造了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。全新的大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，運(yùn)行更加穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加可靠，數(shù)據(jù)處理及整編分析等功能更加完善，更新改造取得了良好效果。

大壩安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化；測(cè)壓管；整編分析

1 工程概況

湯河水庫(kù)是一座以防洪、城市和工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的國(guó)家大（2）型水利樞紐工程。主要的樞紐建筑物有大壩、泄洪洞、溢洪道、發(fā)電廠。大壩為粘土斜墻砂殼壩。為監(jiān)測(cè)壩體在水庫(kù)蓄水運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的變形穩(wěn)定情況，分別在防浪墻布設(shè)8個(gè)標(biāo)點(diǎn)，即C1-C8；在壩體下游坡面分別于樁號(hào)0+100、0+220、0+340壩段布置3個(gè)觀測(cè)斷面，共計(jì)9個(gè)標(biāo)點(diǎn)，即B1-B9，用以監(jiān)測(cè)壩體的變形情況。為監(jiān)測(cè)壩體在水庫(kù)蓄水運(yùn)行過(guò)程中壩體滲流情況，分別在壩體下游坡面分別于樁號(hào)0+100、0+220、0+340壩段3個(gè)斷面布置測(cè)壓管，共計(jì)9根，即A1-A9；壩址位置共計(jì)3根，即A16-A18，共計(jì)12根壩體測(cè)壓管，用以反映壩體浸潤(rùn)線。壩體東西兩端分別布置4根，即R1-R4、R5-R8，共計(jì)8根繞壩測(cè)壓管，用以反映壩體繞壩滲流情況。

2003年，湯河水庫(kù)安裝了大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了壩體浸潤(rùn)線及繞壩滲流的自動(dòng)化觀測(cè)，通過(guò)十幾年的運(yùn)行，大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)日益老化，故障頻發(fā)，已不能滿足工作需要。因此，2014年湯河水庫(kù)重新更換壩體自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)重新布設(shè)，軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及資料的整編與分析功能更加完善，保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)時(shí)分析，并增加了溢洪道閘門底板揚(yáng)壓力觀測(cè)的自動(dòng)化功能。同時(shí)在圖形報(bào)表及整編分析模塊中增加了壩體變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理與分析功能，可通過(guò)人工錄入壩體變形觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化整編分析，規(guī)范了數(shù)據(jù)整理，提高了工作效率，也為壩體的安全運(yùn)行提供了保障。

2 自動(dòng)化硬件系統(tǒng)的組成與改進(jìn)

2.1 硬件系統(tǒng)的組成

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)組成。

1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。湯河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)化采集的數(shù)據(jù)主要有壩體及繞壩測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)、溢洪道閘門底板揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)。各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要通過(guò)布設(shè)的傳感器測(cè)得。

2）通訊系統(tǒng)。各測(cè)壓管中傳感器所采集的數(shù)據(jù)首先通過(guò)光纜傳送至MCU，MCU將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再通過(guò)光纜傳送至壩下服務(wù)器的軟件系統(tǒng)中。

2.2 硬件系統(tǒng)的改進(jìn)

傳感器是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端，也是保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠的重要環(huán)節(jié)。因此選擇一款經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐具有長(zhǎng)期可靠性的傳感器至關(guān)重要，此次更新改造，將原有測(cè)壓管中水位傳感器全部更換，保證所測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。同時(shí)更新改造MCU以及重新布設(shè)光纜，保證數(shù)據(jù)的正確處理和實(shí)時(shí)傳輸。

3 自動(dòng)化軟件系統(tǒng)的組成與改進(jìn)

3.1 軟件系統(tǒng)組成

水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化軟件系統(tǒng)主要由7個(gè)模塊組成。分別為監(jiān)測(cè)資料管理系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理、圖形報(bào)表、分析模型、系統(tǒng)管理、自動(dòng)化數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊和實(shí)時(shí)分析及數(shù)據(jù)備份模塊。

1）監(jiān)測(cè)資料管理系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)資料管理系統(tǒng)包括儀器管理、儀器類型管理、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目管理、測(cè)點(diǎn)管理、工程檔案管理。通過(guò)錄入監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的概況、各測(cè)點(diǎn)概況、觀測(cè)儀器類型以及工程檔案等資料，使得監(jiān)測(cè)項(xiàng)目管理更加嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范。

2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理主要包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警及整編、監(jiān)測(cè)量特征值統(tǒng)計(jì)、日程巡查錄入/查詢4個(gè)模塊，其中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入為系統(tǒng)初始界面，主要用于輸入人工觀測(cè)數(shù)據(jù)以及修改異常數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警及整編主要用于刪除超過(guò)設(shè)定值的異常數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)量特征值統(tǒng)計(jì)用于統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)量特征值，日程巡查錄入/查詢用于日常巡查錄入及查詢。

湯河水庫(kù)測(cè)壓管水位觀測(cè)，在自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行正常的情況下，每月人工觀測(cè)1次，用以及時(shí)校核自動(dòng)化觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修正。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入功能，可以及時(shí)錄入因斷電以及其他不可抗因素導(dǎo)致的自動(dòng)化漏測(cè)、錯(cuò)測(cè)數(shù)據(jù)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整、可靠。

湯河水庫(kù)大壩變形觀測(cè)包括壩體水平位移觀測(cè)和壩體垂直位移觀測(cè)，每年進(jìn)行2次，汛前汛后各進(jìn)行1次。變形觀測(cè)尚未實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，目前僅實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)儀器自動(dòng)化，需人工進(jìn)行觀測(cè)后，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入功能，將壩體水平、垂直位移觀測(cè)數(shù)據(jù)錄入至軟件系統(tǒng)，之后應(yīng)用系統(tǒng)的整編分析功能進(jìn)行壩體運(yùn)行分析。

3）圖形報(bào)表。圖形報(bào)表主要包括單點(diǎn)過(guò)程線繪制、多點(diǎn)過(guò)程線繪制、監(jiān)測(cè)儀器安裝埋設(shè)考證表、監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表、相關(guān)監(jiān)測(cè)量分析圖五大模塊，初始界面為單點(diǎn)過(guò)程線繪制。

通過(guò)圖形報(bào)表功能，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果表以及過(guò)程線的自動(dòng)繪制生成。相比人工作表，既提高了工作效率，減少了人為誤差，又使得表格更加規(guī)范。

4）分析模型。分析模型主要包括壩體監(jiān)測(cè)斷面滲流壓力分布圖、測(cè)壓管水位位勢(shì)圖、水平位移分布圖、垂直位移分布圖、滲流分析、滲流評(píng)判及預(yù)報(bào)、變形分析、變形評(píng)判及預(yù)報(bào)、大壩安全綜合分析。

分析模型將各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的整理、分析，最終總結(jié)出大壩安全的綜合分析，該模塊是整套軟件系統(tǒng)的核心模塊，也是新系統(tǒng)相比原系統(tǒng)最大的改進(jìn)。

5）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理包括用戶管理、角色管理、登陸日志、操作日志、系統(tǒng)菜單管理5大模塊。

通過(guò)用戶管理可以設(shè)定人員登陸權(quán)限，通常非管理人員的權(quán)限為僅可通過(guò)系統(tǒng)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，查看壩體運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)，無(wú)法更改數(shù)據(jù)，最大限度保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的安全。同時(shí)通過(guò)登陸日志及操作日志，可查看歷史登陸記錄和歷史操作記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)是否出現(xiàn)誤操作。

6）自動(dòng)化數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊和實(shí)時(shí)分析及數(shù)據(jù)備份模塊。通過(guò)自動(dòng)化數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊和數(shù)據(jù)備份模塊，可定期將系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，防止數(shù)據(jù)意外丟失。

3.2 軟件系統(tǒng)的完善與改進(jìn)

與原系統(tǒng)相比，現(xiàn)有系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理及資料整編分析方面更加完善，主要體現(xiàn)在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理、圖形報(bào)表和分析模型3個(gè)模塊。

大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行，首先是通過(guò)水位傳感器測(cè)得各測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)，再通過(guò)通訊系統(tǒng)傳送到壩下服務(wù)器，之后可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、整編分析以及存檔等操作。新系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊增加了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入和整編功能，系統(tǒng)設(shè)置水位傳感器每間隔1 h觀測(cè)1次測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)，并上傳至服務(wù)器。湯河水庫(kù)在系統(tǒng)運(yùn)行正常期間，每月校測(cè)1次測(cè)壓管水位，之后與自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)比校核，發(fā)現(xiàn)異常重新人工校測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊輸入人工觀測(cè)數(shù)據(jù)，并修改異常數(shù)據(jù)。

圖形報(bào)表和分析模型2大模塊主要應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測(cè)資料的整編與分析。湯河水庫(kù)每年年初對(duì)上一年的大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的整編分析，其中包括測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)、壩體變形觀測(cè)數(shù)據(jù)以及揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)的整編與分析。新系統(tǒng)中，圖形報(bào)表和分析模型2大模塊完善了測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)的圖形報(bào)表處理和整編分析功能，同時(shí)增加了溢洪道底板揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)的處理及分析，以及壩體變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的圖形報(bào)表及整編分析。溢洪道底板揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)可通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)直接上傳至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，直接進(jìn)行圖形報(bào)表與數(shù)據(jù)處理分析。壩體變形觀測(cè)數(shù)據(jù)尚未實(shí)行全自動(dòng)化，需人工進(jìn)行觀測(cè)，再通過(guò)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入功能錄入至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，再形成報(bào)表，進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整編與分析。

通過(guò)該系統(tǒng)，可完全實(shí)現(xiàn)大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料整編的自動(dòng)化，根據(jù)大壩安全監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)范，測(cè)壓管水位成果表、測(cè)壓管水位與庫(kù)水位相關(guān)過(guò)程線、測(cè)壓管水位位勢(shì)成果表、測(cè)壓管水位位勢(shì)過(guò)程線、壩體水平位移成果表、壩體垂直位移成果表、湯河水庫(kù)逐日水位表、湯河水庫(kù)逐日降水量表均可通過(guò)該系統(tǒng)自動(dòng)化生成，之后形成大壩安全監(jiān)測(cè)資料的整編與分析材料。

4 結(jié)語(yǔ)

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化是大壩現(xiàn)代化安全管理的重要手段，大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)壩體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、連續(xù)性，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體運(yùn)行當(dāng)中的異常情況，在湯河水庫(kù)壩體安全管理中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。更新改進(jìn)后的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定、良好，數(shù)據(jù)處理及分析功能都有了較大的提高，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠，實(shí)時(shí)反映壩體及水工建筑物的運(yùn)行狀態(tài)，為壩體的穩(wěn)定運(yùn)行和科學(xué)管理提供了有力依據(jù)。

［1］湯河水庫(kù)管理局，湯河水庫(kù)志［M］.中國(guó)水利水電，2009.

［2］趙琳，宓永寧，馮琳，等.土石壩滲流分析與自動(dòng)化觀測(cè)軟件研究［J］.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,35（5）：528-530.

［3］方衛(wèi)華，王潤(rùn)英.大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的現(xiàn)狀和展望［J］.水利技術(shù)監(jiān)督,2000,8（5）：25-27.

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2016-11-11