李永華

（臨安市水濤莊水庫管理處，浙江 臨安 311307）

水濤莊水庫大壩自動(dòng)化改造技術(shù)

李永華

（臨安市水濤莊水庫管理處，浙江 臨安 311307）

針對(duì)安全管理標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)體系，對(duì)水濤莊水庫及大壩基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行全面梳理，提出自動(dòng)化改造的具體方案，為后續(xù)水庫大壩自動(dòng)化改造升級(jí)提供了科學(xué)依據(jù)。

水庫；大壩；自動(dòng)化技術(shù)；改造升級(jí)

1 概述

水濤莊水庫工程位于東苕溪的支流中苕溪上游，地屬臨安市高虹鎮(zhèn)，是以防洪為主，結(jié)合灌溉、供水發(fā)電及改善水環(huán)境等功能的中型水庫，總庫容2888萬m3。攔河壩為常態(tài)混凝土重力壩，壩頂高程154m，最大壩高60m，壩頂長(zhǎng)262.9m；泄洪建筑物由泄流壩段和壩身泄洪放空孔組成。溢流壩段堰頂高程145.5m，設(shè)3孔6m凈寬的泄洪閘，弧形閘門控制，采用挑流消能。

2 總體設(shè)計(jì)

結(jié)合水濤莊水庫實(shí)際情況和安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化建設(shè)的內(nèi)容，分為硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)，硬件是基礎(chǔ)、軟件是應(yīng)用。兩者按照一個(gè)有機(jī)整體統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)。如圖1。

圖1 自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)技術(shù)路線

2.1 硬件平臺(tái)

水庫自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)的硬件平臺(tái)分為信息采集層、信息傳輸層、信息匯聚層3層結(jié)構(gòu)。

信息采集層由水位測(cè)站、自動(dòng)量水堰、面板變形自動(dòng)觀測(cè)儀、沉降自動(dòng)觀測(cè)儀、視頻監(jiān)控、水庫巡檢終端組成，承擔(dān)對(duì)水庫安全參數(shù)的基礎(chǔ)感知任務(wù)。

信息傳輸層由GPRS/3G/4G無線通信網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)、監(jiān)控中心局域網(wǎng)、水工傳輸電纜組成，是基礎(chǔ)感知設(shè)備和信息處理層之間的橋梁。

信息匯聚層的主要工作是對(duì)水位、雨量、滲流量、位移量、沉降量及安全巡查記錄的處理與存儲(chǔ)，是對(duì)水庫安全運(yùn)行狀況進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其表現(xiàn)形式為數(shù)據(jù)中心。

2.2 軟件平臺(tái)

2.2.1 基礎(chǔ)架構(gòu)

平臺(tái)將安全監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫作為平臺(tái)基礎(chǔ)，傳感器上傳的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)引擎進(jìn)行存儲(chǔ)和交換。

2.2.2 系統(tǒng)接口

對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的讀、寫、校驗(yàn)都進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)，開發(fā)人員調(diào)用封裝好的接口函數(shù)和DLL動(dòng)態(tài)庫進(jìn)行業(yè)務(wù)功能設(shè)計(jì)。

2.2.3 應(yīng)用系統(tǒng)

根據(jù)水庫安全監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，進(jìn)行分類，設(shè)計(jì)各種與業(yè)務(wù)相關(guān)的應(yīng)用分析模塊。

2.2.4 數(shù)據(jù)挖掘

根據(jù)水庫安全監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的綜合需求，通過系統(tǒng)接口，對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)深度挖掘，實(shí)現(xiàn)工程安全運(yùn)行狀況的深度解讀和趨勢(shì)分析。

軟件平臺(tái)的表現(xiàn)形式為水庫安全狀況監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)和水庫巡檢管理系統(tǒng)。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造

3.1 水平位移

3.1.1 原人工觀測(cè)引張線系統(tǒng)

包括固定端、張緊端、測(cè)點(diǎn)箱全部拆除并更換，保留引張線護(hù)管，更換不銹鋼絲。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，新的引張線系統(tǒng)中，測(cè)點(diǎn)裝置選用工作原理為電容式的引張線儀，要求傳輸信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)485信號(hào)，同時(shí)附帶人工比測(cè)裝置。新的引張線測(cè)點(diǎn)箱安裝位置與原位置一致，固定端位置不變，張緊端為維護(hù)方便由地面以下改為地面以上，通訊電纜就近引至附近的電纜溝。

3.1.2 更換新設(shè)備

固定端及張緊端裝置各1套，不銹鋼絲1套，電容式引張線儀YZ1～YZ10共10個(gè)，測(cè)點(diǎn)箱10個(gè)，不銹鋼絲保護(hù)管1套。

3.2 倒垂線及新增設(shè)備

3.2.1 倒垂線

倒垂線與引張線系統(tǒng)配套使用，可精確測(cè)量壩頂各水平位移測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)位移量。右岸倒垂觀測(cè)裝置包括錨固端、浮托設(shè)備、不銹鋼絲等保持現(xiàn)狀，但測(cè)量讀數(shù)裝置拆除，更換新的更方便的人工觀測(cè)裝置，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)，增加垂線坐標(biāo)儀，要求傳輸信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)485信號(hào)。坐標(biāo)儀電纜與引張線儀電纜合并在一起，引至電纜溝中。

3.2.2 新增設(shè)備

電容式雙向垂線坐標(biāo)儀1套 （DC-X、DC-Y），人工瞄準(zhǔn)儀1套，安裝支架1套。

3.3 垂直位移

3.3.1 原垂直位移監(jiān)測(cè)

原監(jiān)測(cè)利用水準(zhǔn)儀配套水準(zhǔn)尺采用人工測(cè)量的方法進(jìn)行，本次設(shè)計(jì)保留原沉降測(cè)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，在沉降測(cè)點(diǎn)附近增加靜力水準(zhǔn)觀測(cè)裝置，要求傳輸信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)485信號(hào)，電纜就近引至附近的電纜溝中。

3.3.2 新增設(shè)備

靜力水準(zhǔn)儀（JL1～JL10）及保護(hù)裝置10個(gè)，基準(zhǔn)裝置（JZ）和保護(hù)裝置1個(gè)，水準(zhǔn)管路1套。

3.4 滲流

3.4.1 壩基揚(yáng)壓力測(cè)壓管改造

在管口更換新的精度為0.4級(jí)的精密揚(yáng)壓力表，并根據(jù)測(cè)壓管的安裝位置選擇合適的量程，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，同時(shí)在每支測(cè)壓管內(nèi)安裝滲壓計(jì)。滲壓計(jì)電纜自測(cè)壓管管口引出至廊道側(cè)壁上的電纜線槽中。對(duì)于繞壩測(cè)壓管，改造內(nèi)容為：在測(cè)壓管內(nèi)安裝滲壓計(jì)，并在測(cè)壓管管口安裝保護(hù)罩，滲壓計(jì)電纜自管口引出至電纜溝中。

無論是壩基還是繞壩，測(cè)壓管均保持不變，即不需要再安裝另外的測(cè)壓管。

3.4.2 新增設(shè)備

壩基滲壓計(jì)18支（YY1～YY18），繞壩滲壓計(jì)4支（L1，L2，R1，R2）。

3.5 滲漏量

3.5.1 壩基無滲漏量觀測(cè)設(shè)施

新增4個(gè)滲漏量觀測(cè)點(diǎn)，即監(jiān)測(cè)上游面板總滲漏量的量水堰LSY1，監(jiān)測(cè)左、右岸壩肩及壩基滲漏量的量水堰LSY2～LSY4，為實(shí)現(xiàn)滲漏量的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，每個(gè)量水堰附近安裝4個(gè)堰上水位計(jì)［1］。

3.5.2 新增設(shè)備

量水堰板4個(gè)，堰上水位計(jì)4個(gè)（LSY1～LSY4）。

3.6 接縫

3.6.1 無接縫監(jiān)測(cè)裝置

在廊道內(nèi)壩段間接縫處新增5組三向測(cè)縫計(jì)（CF1～CF5），每組測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)相鄰壩段壩軸線向、上下游向、垂直向共3個(gè)方向的接縫相對(duì)變形，測(cè)縫計(jì)選用振弦式［2］。

3.7 自動(dòng)化采集系統(tǒng)

3.7.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀器設(shè)備

接入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［3］的儀器設(shè)備包括：電容式引張線測(cè)點(diǎn)10個(gè)、電容式雙向垂線坐標(biāo)儀測(cè)點(diǎn)2個(gè)、靜力水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)10個(gè)、靜力水準(zhǔn)基點(diǎn)1個(gè)、壩基滲壓計(jì)18支、繞壩滲壓計(jì)4支、堰上水位計(jì)4個(gè)、測(cè)縫計(jì)5組15支。儀器接入MCU的具體部位、數(shù)量及MCU箱中的采集模塊個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際情況確定，每個(gè)采集模塊接入的監(jiān)測(cè)儀器個(gè)數(shù)為8。

3.7.2 監(jiān)測(cè)軟件

監(jiān)測(cè)軟件［4］支持多串口、協(xié)議和路由，能勝任負(fù)責(zé)的分布式測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸和管理，并具有充分的可拓展性，適應(yīng)任何新增加的需求。通過提供固定算法和用戶自定義算法，實(shí)現(xiàn)各種不同監(jiān)測(cè)成果的計(jì)算和輸出。具有超強(qiáng)的適應(yīng)能力，適應(yīng)不同規(guī)模不同形式的應(yīng)用。提供多窗口應(yīng)用界面，窗口間相互聯(lián)動(dòng)，多樣化窗口界面輸出風(fēng)格滿足用戶的不同要求。數(shù)據(jù)庫格式為SQL Server，能實(shí)現(xiàn)過程線圖形繪制、數(shù)據(jù)報(bào)表制作等基本功能。

4 結(jié)語

（1）通過對(duì)水濤莊水庫安全監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀，提出了安全自動(dòng)化采集系統(tǒng)改進(jìn)方案。

（2）利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解決了管理中存在的問題，規(guī)范了庫區(qū)管理科學(xué)化。

（3）通過安全監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)與應(yīng)用，推動(dòng)了庫區(qū)管理能力和水平的提高。

［1］陳金濤.水工混凝土的裂縫處理工藝［J］.水利電力機(jī)械，2007（29）：22-23.

［2］李才，樸燦日.豐滿大壩溢流壩段閘墩加固技術(shù)［J］.水利水電技術(shù)，2000（31）：45-47.

［3］胡冬妮，賈劍峰.小型水電站綜合自動(dòng)化控制裝置的比較與應(yīng)用［J］.小水電，2009（4）:77-79.

［4］譚云廣，譚博元.微機(jī)自動(dòng)化在水電站應(yīng)用模式及相關(guān)設(shè)備選型應(yīng)注意的問題 ［J］.中國水能及電氣化，2008（3）：59-63.

［5］浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全監(jiān)督管理中心.浙江省大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［Z］.2012.

（責(zé)任編輯：王艷肖）

Technology of automation transformation of Shuitaozhuang Reservoir dam

LI Yong-hua
（Management Office of Linan Shuitaozhuang Reservoir，Linan 311307，China）

For the standardized index system of safety management，the Shuitaozhuang Reservoir and dam infrastructure equipment is presented comprehensively.This study puts forward the specific plans of automation reformation and provides a scientific basis for automatic upgrade of reservoir dam.

reservoir；dam；automation technology；transformation

TV698

B

1672-9900（2017）01-0093-03

2016-11-23

李永華（1966－），男（漢族），浙江臨安人，工程師，主要從事水利水電工程建設(shè)與管理研究，（Tel）13777570125。