伍博 熊顥

摘要：概述了現(xiàn)有的大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀。以國(guó)電大渡河陡嶺子大壩監(jiān)測(cè)改造工程為應(yīng)用實(shí)例，具體介紹了其大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該工程對(duì)原有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、極大地提高了精度和效率;對(duì)老化嚴(yán)重甚至已損壞的監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行了更新，從而保證了水電站的正常運(yùn)行和安全管理。陡嶺子水電站大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造經(jīng)驗(yàn)可為其他類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè);系統(tǒng)改造;大壩安全;陡嶺子水電站

中圖法分類號(hào)：TV698.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.enki.slsdkb.2020.04.008

1大壩變形監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

我國(guó)大壩變形監(jiān)測(cè)始于20世紀(jì)50年代初，到80年代末實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，90年代以后大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)飛速發(fā)展。隨著大壩管理水平提升和信息化發(fā)展要求的提高，安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化正成為大壩安全監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器從完成電量（電參量）轉(zhuǎn)換發(fā)展到光信號(hào)轉(zhuǎn)換，從點(diǎn)監(jiān)測(cè)向線、面監(jiān)測(cè)的方向發(fā)展。傳感器的智能化程度不斷提高，目前國(guó)內(nèi)已有多家傳感器（包括振弦式和壓阻式）廠商將率定曲線、傳感器出廠編號(hào)等直接固化在傳感器內(nèi)部的TC中，既提高了測(cè)量精度，又方便在電纜截?cái)嗷螂娎|編號(hào)丟失情況下確認(rèn)和恢復(fù)儀器編號(hào)另外，這種儀器還提供RS-485或RS-232接口，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。技術(shù)水平的提高和儀器設(shè)備的改進(jìn)為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。

近年來(lái)，水利部、國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)等相繼發(fā)布了系統(tǒng)化的大壩安全監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，為大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)接口提供了技術(shù)依據(jù)和參考。

2工程概況

陡嶺子水電站位于湖北省鄖西縣夾河鎮(zhèn)境內(nèi)的漢江支流金錢(qián)河上，距十堰市區(qū)120km。工程以發(fā)電為主，兼有灌溉、防洪等綜合效益。工程規(guī)模為大（2）型，工程等級(jí)為Ⅱ等。水庫(kù)為年調(diào)節(jié)型水庫(kù)。

大壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，最大壩高88.5m，壩頂高程275.0m，防浪墻頂高程276.2m，壩頂寬8.0m、長(zhǎng)342.2m。壩基位于弱風(fēng)化基巖上。上游壩坡比1：1.5，下游壩坡設(shè)有三級(jí)2.0m寬?cǎi)R道，馬道間坡比1：1.3。

陡嶺子大壩原有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：表面位移監(jiān)測(cè)（水平和垂直）、內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)、大壩滲流監(jiān)測(cè)、環(huán)境量監(jiān)測(cè)等。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建成時(shí)間較長(zhǎng)，絕大部分監(jiān)測(cè)設(shè)備已損壞，且大多需要依靠人工監(jiān)測(cè)。而傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)手段精度差、效率低、成本高，且無(wú)法獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，已不能滿足日常監(jiān)測(cè)需要。因此對(duì)大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造具有重大意義，不僅可以適時(shí)獲取高精度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還能將各模塊的成果匯總及時(shí)進(jìn)行綜合分析，為水電站的安全運(yùn)行提供保障。

根據(jù)2016年《關(guān)于落實(shí)陡嶺子大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造工作的意見(jiàn)》，對(duì)陡嶺子水電站進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造具體內(nèi)容包括：大壩表面位移監(jiān)測(cè)（水平和垂直）、繞壩滲流監(jiān)測(cè)、環(huán)境變量監(jiān)測(cè)、量水堰滲流監(jiān)測(cè)等。改造后系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

3方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

依據(jù)“經(jīng)濟(jì)、適用、先進(jìn)、合理”的原則對(duì)陡嶺子大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)施。

3.1表面外觀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造

（1）表面監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)及后視點(diǎn)建設(shè)。根據(jù)實(shí)施方案及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，新建工作基點(diǎn)觀測(cè)墩2個(gè)（TN01、TN02）;利用原有控制網(wǎng)點(diǎn)改造成后視點(diǎn)2個(gè)（DK06、DK07）;在新建工作基點(diǎn)墩身埋設(shè)2個(gè)后視棱鏡作為備用后視點(diǎn)（TPGl、TPG2）。DK06、DK07、TN01、TN02均相互通視，TPGl、TPG2與對(duì)岸兩控制點(diǎn)通視，其平面布置見(jiàn)圖1。

所有點(diǎn)位均按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)為強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩形式。兩個(gè)工作基點(diǎn)均建設(shè)混凝土觀測(cè)保護(hù)房。

（2）表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)改造。監(jiān)測(cè)點(diǎn)改造主要是將原有平面監(jiān)測(cè)點(diǎn)改造成標(biāo)準(zhǔn)的觀測(cè)墩形式，既作水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，又作垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。改造監(jiān)測(cè)點(diǎn)共33個(gè)（其中上游面板監(jiān)測(cè)點(diǎn)4個(gè)，壩頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)11個(gè)，馬道18個(gè)），共分5個(gè)斷面，平面布置見(jiàn)圖2。

（3）系統(tǒng)組成。包括兩臺(tái)TM50測(cè)量機(jī)器人、兩套溫度氣壓傳感器、33個(gè)帶有不銹鋼保護(hù)裝置的固定監(jiān)測(cè)棱鏡以及相關(guān)配套設(shè)施、工作站、軟件。數(shù)據(jù)交換及傳輸方式采用GPRS技術(shù)。

3.2繞壩滲流自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造

在大壩左右岸各布置4根繞滲測(cè)壓管，用于監(jiān)測(cè)大壩兩端繞滲情況。擬選擇在大壩防滲心墻前、大壩下游面高程253.0m（馬道三）、大壩下游面高程232.0m（馬道二）、大壩下游面高程208.0m（馬道一）與山體接觸邊界左右岸各布置1根測(cè)壓管進(jìn)行繞壩滲流監(jiān)測(cè)。

此外，每根測(cè)壓管中埋設(shè)1支差阻式滲壓計(jì)，將繞壩滲壓計(jì)接入滲流量自動(dòng)化采集裝置中，實(shí)現(xiàn)繞壩滲流自動(dòng)化觀測(cè)。

3.3滲流量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造

陡嶺子水電站大壩下游原施工圍堰（黏土心墻）處布設(shè)1座量水堰對(duì)大壩滲流量進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。原滲流自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)損壞，無(wú)法正常工作。本次改造設(shè)計(jì)在堰槽中部原量水堰計(jì)處重新布設(shè)量水堰計(jì)，并配套相關(guān)測(cè)報(bào)設(shè)施，建立滲流量自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。滲流量自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由1個(gè)遙測(cè)滲流量站組成，遙測(cè)站的信息通過(guò)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)后，按自報(bào)方式自動(dòng)報(bào)送到陡嶺子水電站水工室數(shù)據(jù)接收站，經(jīng)處理后存人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)采用查詢一應(yīng)答方式。

4系統(tǒng)框架、安裝與調(diào)試

4.1系統(tǒng)框架

陡嶺子水電站大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造系統(tǒng)包括表面位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、滲流滲壓自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、一體化量水堰計(jì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。所有子系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)線纜方式實(shí)現(xiàn)連接，采用GPRS方式遠(yuǎn)程傳輸至管理辦公室內(nèi)的服務(wù)器工作站。通過(guò)工作站內(nèi)系統(tǒng)軟件設(shè)置、配置，遠(yuǎn)程控制各子系統(tǒng)觀測(cè)時(shí)間及工作方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

4.2系統(tǒng)設(shè)備及安裝

陡嶺子水電站大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)改造系統(tǒng)投入和安裝的主要設(shè)備見(jiàn)表1。

4.3系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行

經(jīng)過(guò)首次控制測(cè)量，確定各工作基點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)初始坐標(biāo)，并進(jìn)行設(shè)置、調(diào)試，系統(tǒng)正式運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行期間監(jiān)測(cè)結(jié)果截圖見(jiàn)圖4-6。

圖4為表面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)截圖。由圖可知，最大誤差僅2mm。由于初始坐標(biāo)與首次監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔較短，且該時(shí)期庫(kù)水位穩(wěn)定，可以認(rèn)為是監(jiān)測(cè)誤差。由此表明，系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，可靠且精度高。

由圖5可知，為2019年2月24日至3月5日期間，大壩所在地區(qū)連續(xù)降雨，隨著庫(kù)水位增加，量水堰傳感器監(jiān)測(cè)到每天定時(shí)流量也增加，符合一般規(guī)律，從側(cè)面驗(yàn)證其可靠性。

由圖6可知，為2019年2月12日至3月9日期間，繞壩滲流系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到兩岸壩基水位整體下降，總下降量約33cm。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造后，所有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，具有精度高、不受氣候影響、全自動(dòng)化等特點(diǎn)。

5結(jié)語(yǔ)

陡嶺子水電站大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造是根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合陡嶺子水電站大壩運(yùn)行現(xiàn)狀和實(shí)際需求進(jìn)行的。通過(guò)對(duì)變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目改造，建造了一個(gè)科學(xué)、合理、規(guī)范、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可提高大壩管理水平，為水電站運(yùn)行管理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持和保障。