(1.四川省萬源市中型水庫(kù)建設(shè)管理局，四川 萬源，636350；

2.四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

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淺述寨子河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)

侯典平1，徐望斌2

(1.四川省萬源市中型水庫(kù)建設(shè)管理局，四川 萬源，636350；

2.四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

本文以寨子河水庫(kù)工程為實(shí)例，闡述了建設(shè)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化的意義及監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)組成和自動(dòng)化技術(shù)。對(duì)原設(shè)計(jì)的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，既提升了大壩安全監(jiān)測(cè)效率，又節(jié)省了工程投資。

寨子河水庫(kù) 大壩安全監(jiān)測(cè) 自動(dòng)化系統(tǒng)

1 前言

中國(guó)已建成近9萬座水庫(kù)，這些水庫(kù)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，水庫(kù)大壩總會(huì)出現(xiàn)各類不同的問題，如果這些問題因察覺不及時(shí)而不能得到及時(shí)解決，再經(jīng)過一個(gè)量變引起質(zhì)變的過程后，水庫(kù)很可能就變成了病險(xiǎn)水庫(kù)。因此，大壩安全監(jiān)測(cè)尤為重要。

調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，造成病險(xiǎn)水庫(kù)的主要原因是大壩安全監(jiān)測(cè)方法落后，人工監(jiān)測(cè)不及時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體隱患，大壩長(zhǎng)期帶病超限運(yùn)行，在遇暴雨洪水高水位運(yùn)行時(shí)，容易引起壩體滑坡或垮壩事故。因此，適合于水庫(kù)工作環(huán)境的、能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的新型自動(dòng)采集技術(shù)，是解決此類問題的理想方案。

2 工程概況及監(jiān)測(cè)內(nèi)容

萬源寨子河水庫(kù)位于后河左岸一級(jí)支流寨子河中游，壩址以上控制集水面積20.3km2，多年平均來水量1827×104m3，是一座以城市供水和灌溉為主，兼顧?quán)l(xiāng)村人畜供水的中型水利工程。攔河大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程880.00m，壩頂寬10.0m，壩頂軸線長(zhǎng)227.00m，建基面高程787.00m，最大壩高93.0m。

水庫(kù)大壩主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：大壩土體壓力觀測(cè)、大壩滲流觀測(cè)、瀝青混凝土心墻及過渡層料位錯(cuò)變形觀測(cè)、心墻溫度觀測(cè)、大壩土體位移觀測(cè)、心墻應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)和心墻位移觀測(cè)。在工程建設(shè)過程中，與設(shè)計(jì)單位共同協(xié)商，對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了修改和優(yōu)化：增設(shè)了壩后量水堰自動(dòng)觀測(cè)水位計(jì)，并在自動(dòng)觀測(cè)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸后，并入大壩自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析；將原有的疏浚有線傳輸調(diào)整為無線傳輸，供電采用太陽能供電。

3 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施組成

調(diào)整和優(yōu)化后的大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施包括：埋入壩體及基巖內(nèi)應(yīng)進(jìn)入自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)的工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，包括土體位移計(jì)33組(套)、固定測(cè)斜儀15組(支)、滲壓計(jì)16組(支)、溫度計(jì)11組(支)、位錯(cuò)計(jì)32組(支)、土壓力計(jì)8支、兩向應(yīng)變計(jì)組14套(28支)、自動(dòng)化繞滲儀8組(支)、水位計(jì)1支、量水堰計(jì)1支，共153支。共設(shè)置4個(gè)測(cè)站：測(cè)站1(振弦式儀器71支，RS-485信號(hào)傳感器12支)，測(cè)站2(振弦式儀器31支，RS-485信號(hào)傳感器2支)，測(cè)站3(振弦式儀器34支，RS-485信號(hào)傳感器3支)，測(cè)站4(量水堰測(cè)站，RS-485信號(hào)傳感器1支)。4個(gè)測(cè)站采集數(shù)據(jù)后經(jīng)無線傳輸至管理中心站，由管理站內(nèi)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和管理軟件進(jìn)行分析和處理。

4 自動(dòng)化系統(tǒng)組成及工作原理

自動(dòng)化采集系統(tǒng)由自動(dòng)測(cè)量單元、振弦測(cè)量模塊、智能測(cè)量模塊、GPRS數(shù)據(jù)通信模塊、太陽能供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、PC機(jī)、自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集軟件、自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)軟件等組成。

4.1 振弦式采集模塊

GDA1102型振弦測(cè)量模塊適用于自動(dòng)采集振弦式傳感器信號(hào)。模塊有金屬外殼，有效防護(hù)電磁干擾；模塊有12個(gè)工作狀態(tài)指示燈，顯示電源、測(cè)量、收信、發(fā)信、各通路的工作狀態(tài)；模塊與主板為即插即拔式設(shè)計(jì)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別模塊類型及插座地址。規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 振弦測(cè)量模塊規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)

4.2 智能采集模塊

GDA1105型智能測(cè)量模塊適用于自動(dòng)采集各類RS485信號(hào)傳輸?shù)膫鞲衅?，其測(cè)量精度高、功能齊全、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)長(zhǎng)期運(yùn)行。模塊有金屬外殼，可有效防護(hù)電磁干擾。模塊與主板為即插即拔式設(shè)計(jì)。規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)如表2。

表2 智能測(cè)量模塊規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)

4.3 GPRS無線通信模塊

(1)高速傳輸：由于GPRS網(wǎng)絡(luò)采取了先進(jìn)的分組交換技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸最高理論值可達(dá)171.2kb/s。實(shí)際使用中一般能達(dá)到20kb/s～40kb/s；

(2)組網(wǎng)靈活：GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，可全國(guó)漫游而不增加額外費(fèi)用；

(3)防雷擊：GPRS采用小功率短天線，不需要室外架設(shè)大天線，克服了有線傳輸設(shè)備和無線電臺(tái)容易被雷擊而損壞和中斷通信的情況；

(4)信道保障：GPRS通信鏈路由專業(yè)運(yùn)營(yíng)商維護(hù)，在出現(xiàn)通信鏈路中斷的情況下能得到及時(shí)搶修，免除通信鏈路維護(hù)的后顧之憂；

(5)快速登錄：上線時(shí)間很快，GPRS無線終端一開機(jī)，就已經(jīng)與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立了連接，每次登錄網(wǎng)絡(luò)，只需要進(jìn)行一次激活過程；

(6)DTU斷線之后無需撥號(hào)可自動(dòng)登錄。

4.4 采集軟件

(1)系統(tǒng)可運(yùn)行在Windows2000/2003/XP操作系統(tǒng)下，使用大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)；

(2)大壩及工程安全監(jiān)測(cè)所涉及到各種儀器過程圖線，都可以編輯并儲(chǔ)存為一組設(shè)置，每次繪圖時(shí)調(diào)用可自動(dòng)生成與該設(shè)置風(fēng)格完全一致的圖表。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最大限度地以圖、表的形式加以展現(xiàn)，一目了然；

(3)能管理眾多的串口、協(xié)議和路由，勝任復(fù)雜的分布式測(cè)量通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸和管理，并具有充分的可拓展性。可將若干個(gè)工程的安全監(jiān)測(cè)信息集中在一起，這些工程既可具有一定程度的地域性，也可在完全不同的區(qū)域；

(4)可定制的表格包括監(jiān)測(cè)結(jié)果的年、季、月、旬、周、日等各種周期報(bào)表，表格風(fēng)格隨意多樣，能適應(yīng)任意復(fù)雜的格式，表格中數(shù)據(jù)的定義豐富齊全，包括普通測(cè)值、條件測(cè)值和各種特征值在內(nèi)的幾乎所有的報(bào)表需要的數(shù)據(jù)都能輕松獲得。龐雜繁多的系統(tǒng)資源構(gòu)成信息和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以方便地備份和恢復(fù)，既能保障系統(tǒng)的可靠與安全，又使系統(tǒng)的建立、維護(hù)和擴(kuò)充更加方便；

(5)通過提供的固定算法和用戶自定義算法，能實(shí)現(xiàn)各種不同的監(jiān)測(cè)成果計(jì)算。

4.5 太陽能供電系統(tǒng)

根據(jù)數(shù)據(jù)采集與傳輸功能需要，需要40W太陽能供電系統(tǒng)8組(含量水堰測(cè)站1組)。系統(tǒng)組成為φ50mm立桿、控制器、安裝架、12V/20AH免維護(hù)蓄電池等。

5 大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)

按照下列要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)、安裝：

(1)嚴(yán)格按施工圖紙和制造商使用說明書的要求，以及批準(zhǔn)的安裝和埋設(shè)措施計(jì)劃，進(jìn)行儀器設(shè)備的安裝和埋設(shè)，并接受監(jiān)理工程師的檢查；

(2)減少建筑物施工和觀測(cè)儀器安裝埋設(shè)工序的相互干擾，并將觀測(cè)儀器設(shè)備的埋設(shè)計(jì)劃，列入建筑物施工的進(jìn)度計(jì)劃中；

(3)儀器設(shè)備埋設(shè)安裝前應(yīng)將埋設(shè)安裝儀器設(shè)備的意向通知監(jiān)理工程師。安裝儀器設(shè)備的倉(cāng)面、鉆孔及待裝儀器設(shè)備和材料，必須經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格；

(4)埋設(shè)過程中損壞的儀器立即補(bǔ)埋，或按監(jiān)理工程師的要求采取必要的補(bǔ)救措施；

(5)及時(shí)向監(jiān)理工程師提供已埋設(shè)安裝儀器的編號(hào)、坐標(biāo)和方向、電纜走向、埋設(shè)時(shí)間及埋設(shè)前后的觀測(cè)資料、氣溫等資料。

隨著工程進(jìn)展，對(duì)所有儀器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保施工期儀器的完好性和數(shù)據(jù)采集的可靠性。在所有設(shè)備安裝埋設(shè)完畢后，經(jīng)區(qū)內(nèi)線路分別傳輸至各測(cè)站，隨后即可進(jìn)行自動(dòng)化傳輸和分析處理系統(tǒng)的連通、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化。

6 結(jié)語

經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，寨子河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)過程受控，建設(shè)效果良好，提升了監(jiān)測(cè)效率，節(jié)省了建設(shè)及運(yùn)營(yíng)投資。

〔1〕劉 奇，高永超，何維民.論棋盤山水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2009(7):280-282.

〔2〕朱 盟.大伙房水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007(23)：220-222.

〔3〕潘偉暉，何建新.淺談磨子潭水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)[J].治淮，2007(8)：36-38.

〔4〕許長(zhǎng)亭，周大鵬，王 瑞，等.喀左縣瓦房店水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)土建中的問題與解決方法[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007(18)：224-225.

〔5〕SL531-2012，《大壩安全監(jiān)測(cè)儀器安裝標(biāo)準(zhǔn)》[S].

〔6〕SL551-2012，《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[S].

侯典平(1975.1-)，男，漢族，四川達(dá)州人，工程師，主要從事水利工程建設(shè)管理工作；

徐望斌(1979.8-)，男，漢族，湖北鄂州人，高級(jí)工程師，從事水工設(shè)計(jì)工作。

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