馬千雙，吳學(xué)偉

（臨朐縣丹河水庫(kù)運(yùn)行維護(hù)中心，山東 濰坊 262612）

1 工程概況

丹河水庫(kù)位于臨朐縣辛寨鎮(zhèn)大后河村東南，彌河支流—丹河中游，控制流域面積37km2。1959 年11 月，丹河水庫(kù)開(kāi)工興建，于1960 年8 月建設(shè)完成并蓄水驗(yàn)收。水庫(kù)樞紐工程建筑物組成主要有主壩、副壩、溢洪道（閘）、放水洞（南北兩座）以及灌區(qū)（東西兩個(gè)）、灌溉用泵站等，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別3 級(jí)。丹河水庫(kù)經(jīng)過(guò)2000 年至2010 年除險(xiǎn)加固后，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50 年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，1000 年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)。

水庫(kù)校核水位193.39m，相應(yīng)庫(kù)容1243 萬(wàn)m3；設(shè)計(jì)洪水位191.31m，相應(yīng)庫(kù)容927 萬(wàn)m3；警戒水位191.31m，相應(yīng)庫(kù)容927 萬(wàn)m3；汛中限制水位、汛中允許超蓄水位、汛末蓄水位均為189.00m，相應(yīng)庫(kù)容629 萬(wàn)m3。

2 安全監(jiān)測(cè)概況

丹河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程完工后，在大壩0+085、0+250、0+440 斷面及溢洪道左右岸共布設(shè)有27根測(cè)壓管，每根測(cè)壓管內(nèi)設(shè)置有滲壓計(jì)，在大壩0+085、0+250、0+440 位置布設(shè)有數(shù)據(jù)采集器（MCU）27 臺(tái)，用以采集大壩滲流壓力數(shù)據(jù)，所有設(shè)備供電方式采用太陽(yáng)能供電，通過(guò)數(shù)據(jù)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，數(shù)據(jù)最終傳輸至水庫(kù)的中央控制室，通過(guò)現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)軟件對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行整編分析處理，從而將相關(guān)圖表在計(jì)算機(jī)及會(huì)議室屏幕上進(jìn)行顯示。在樁號(hào)0+030、0+135、0+250、0+360、0+440 處布設(shè)有6 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的30 個(gè)大壩沉陷位移觀測(cè)點(diǎn)。

3 丹河水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)存在的主要問(wèn)題

目前，丹河水庫(kù)的大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施仍不完備，缺少相應(yīng)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)施，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)設(shè)施由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，存在一定老化、數(shù)據(jù)失準(zhǔn)等問(wèn)題，整體技術(shù)較為落后，無(wú)法適應(yīng)日后水庫(kù)工程運(yùn)行管理工作的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，具體表現(xiàn)如下：

1）丹河水庫(kù)現(xiàn)有測(cè)壓管均存在一定程度的淤積堵塞問(wèn)題，對(duì)于日常大壩滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生了較大影響。

2）丹河水庫(kù)大壩表面沉降位移監(jiān)測(cè)主要采用人工觀測(cè)的方式進(jìn)行記錄性監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確度存在一定偏差，在天氣、人員等制約性因素下，無(wú)法保障數(shù)據(jù)觀測(cè)的實(shí)時(shí)性及連續(xù)性，需進(jìn)行自動(dòng)化建設(shè)。

3）現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)軟件的模塊化及智能化程度較低，無(wú)法適應(yīng)日后大壩安全監(jiān)測(cè)工作的高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，且自動(dòng)化設(shè)備更新后需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新整合優(yōu)化。

4 以往安全監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展情況

未維修改造前，丹河水庫(kù)主要采用人工觀測(cè)方式進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，工作開(kāi)展要求如下：

1）庫(kù)水位在汛限水位189.00m 以下時(shí)，測(cè)壓管觀測(cè)均為每10 天一次。

2）庫(kù)水位超過(guò)汛限水位189.00m 時(shí)，測(cè)壓管觀測(cè)每10 天兩次。必要時(shí)，加密觀測(cè)次數(shù)。

3）庫(kù)水位超過(guò)50 年一遇設(shè)計(jì)洪水191.31m 或發(fā)生導(dǎo)致水庫(kù)出現(xiàn)重大險(xiǎn)情因素時(shí)，測(cè)壓管觀測(cè)每天一次，重大險(xiǎn)情由工程專業(yè)人員輪流24 小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)。

5 丹河水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要建設(shè)內(nèi)容

5.1 大壩滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在現(xiàn)有監(jiān)測(cè)斷面部署新一代大壩滲壓智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩滲流數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、上傳、分析以及管理功能。

5.2 大壩表面沉降位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)大壩的長(zhǎng)度、分布等現(xiàn)狀，在2 個(gè)斷面，部署2 處位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。并通過(guò)4G 無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各測(cè)站數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳輸至系統(tǒng)后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的整編分析。

5.3 運(yùn)行管理單位軟硬件環(huán)境建設(shè)

利用丹河水庫(kù)目前的辦公條件和網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，新購(gòu)置安裝一臺(tái)國(guó)產(chǎn)高性能工控機(jī)，搭建數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，針對(duì)性開(kāi)發(fā)、安裝大壩安全監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)軟件，并預(yù)留巡視巡檢、表面變形監(jiān)測(cè)、水壓（應(yīng)力）監(jiān)測(cè)、庫(kù)區(qū)環(huán)境量監(jiān)測(cè)等接入功能，以全方位提高大壩的安全信息化水平。

6 丹河水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)方案

在丹河水庫(kù)現(xiàn)有大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)維修改造施工，逐步完成對(duì)丹河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全面優(yōu)化升級(jí)，以實(shí)現(xiàn)智慧化控制的目的。通過(guò)完善水庫(kù)大壩滲流觀測(cè)設(shè)施和大壩表面沉降位移觀測(cè)設(shè)施，建設(shè)大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，從而完成對(duì)大壩各項(xiàng)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整編分析，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)管。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如表1 所示。

表1 大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架表

6.1 大壩滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

對(duì)原有測(cè)壓管進(jìn)行清洗，更換設(shè)備進(jìn)行測(cè)壓，設(shè)備采用跟蹤式智能滲壓遙測(cè)儀，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)4G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至系統(tǒng)軟件平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)壓管滲壓水位數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)報(bào)。

6.1.1 跟蹤式智能滲壓遙測(cè)儀

1）設(shè)備工作原理及優(yōu)點(diǎn)：采用跟蹤式監(jiān)測(cè)控制技術(shù)，對(duì)水面的位置及水面變化進(jìn)行實(shí)時(shí)感知及追蹤，將水面的位置信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的水位數(shù)據(jù)完成上傳。設(shè)備集水位智能感知、變化跟蹤、數(shù)據(jù)采集處理、無(wú)線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、自供電等一體化設(shè)計(jì)，具有功耗低、抗雷擊性強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、不受水質(zhì)泥沙等因素影響等特點(diǎn)。

2）設(shè)備精度要求：測(cè)量精度不大于1cm，變幅0～20m。

3）設(shè)備通訊系統(tǒng)：監(jiān)測(cè)站與數(shù)據(jù)中心采用4G通訊方式。

4）設(shè)備供電系統(tǒng)：采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際需求，確保在連續(xù)5 個(gè)陰雨天的情況下，設(shè)備依然能夠正常運(yùn)行。

6.1.2 測(cè)壓管清洗及井口處理

1）測(cè)壓管清洗。目前測(cè)壓管清洗主要有高壓水沖洗法、充氣沉積法、電動(dòng)渦流清淤法以及組合釬掏泥法，根據(jù)各方法處理范圍及優(yōu)缺點(diǎn)（表2），選擇合適的方法。在具體清洗過(guò)程中，需嚴(yán)格控制施工工藝，確保清淤（清洗）過(guò)程中不對(duì)測(cè)壓管管壁及內(nèi)部反濾層造成破壞。

表2 測(cè)壓管清淤（清洗）方法比較表

2）井口處理。井口加裝帶鎖防護(hù)箱，防護(hù)箱采用304 不銹鋼材質(zhì)，鎖具宜采用密碼鎖。

6.2 大壩表面沉降位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在丹河水庫(kù)監(jiān)測(cè)區(qū)附近，選擇地質(zhì)條件好的位置（壩體附近穩(wěn)定性好的基巖上）建立1 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。在大壩特殊情況的斷面（出現(xiàn)裂縫、沖溝、滲水、最大壩高斷面等）上部署2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信管理網(wǎng)關(guān)接入安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)位移沉降相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)報(bào)。

6.2.1 沉降位移監(jiān)測(cè)設(shè)備

結(jié)合現(xiàn)有成功案例，綜合考慮建設(shè)成本及丹河水庫(kù)安裝環(huán)境，監(jiān)測(cè)方法選擇GNSS 監(jiān)測(cè)。

1）設(shè)備工作原理及優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)一定范圍內(nèi)具有代表性的區(qū)域建立變形觀測(cè)點(diǎn)，在遠(yuǎn)方距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)合適的位置建立基準(zhǔn)點(diǎn)。在基準(zhǔn)點(diǎn)架設(shè)GNSS 接收機(jī)，根據(jù)其高精度的已知三維坐標(biāo)，經(jīng)過(guò)幾期觀測(cè)從而得到變形點(diǎn)坐標(biāo)（或者基線）的變化量。根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)的形變量，建立安全監(jiān)測(cè)模型，從而分析滑坡、大壩等的變形規(guī)律并實(shí)現(xiàn)及時(shí)的反饋。具有定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短，以及全天候?qū)崟r(shí)觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。

2）設(shè)備精度要求。GNSS 監(jiān)測(cè)型接收機(jī)防水防塵等級(jí)IP67。標(biāo)準(zhǔn)雙頻：H ≤1.5m，V＜3m（10，PDOPS4）。水平：士2.5mm+lppm（RMS）。垂直：5.0mm+lppm（RMS）?？煽啃裕?9.9%。

3）設(shè)備通訊系統(tǒng)?；鶞?zhǔn)站、監(jiān)測(cè)點(diǎn)與管理中心之間采用4G 通訊方式。

4）設(shè)備供電系統(tǒng)。采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際需求，確保在連續(xù)5 個(gè)陰雨天的情況下，設(shè)備依然能夠正常運(yùn)行。

5）設(shè)備防雷設(shè)計(jì)。系統(tǒng)充分利用庫(kù)區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的防雷和接地設(shè)施，配置避雷針，并做好相關(guān)導(dǎo)線接地工作。

6.2.2 GNSS 監(jiān)測(cè)技術(shù)要求

監(jiān)測(cè)技術(shù)要求結(jié)合《巖土工程監(jiān)測(cè)規(guī)范》（YS/T5229—2019），4.3 水平位移監(jiān)測(cè)與4.4 垂直位移監(jiān)測(cè)章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行確定。

6.3 軟硬件環(huán)境建設(shè)

6.3.1 大壩安全監(jiān)測(cè)管理軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：

1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集管理：實(shí)現(xiàn)對(duì)丹河水庫(kù)大壩沉降、位移、滲流（壓）信息的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集入庫(kù)管理。

2）對(duì)丹河水庫(kù)其他已建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的融合接入。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)：根據(jù)丹河水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)需求，整合數(shù)據(jù)資源，優(yōu)化現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)。

4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：實(shí)現(xiàn)丹河水庫(kù)大壩安全各相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、數(shù)據(jù)分析、異常情況預(yù)警預(yù)報(bào)功能。

5）圖表繪制展示：通過(guò)捕捉到的數(shù)據(jù)自動(dòng)形成相關(guān)圖表。

6）資料整編分析：實(shí)現(xiàn)綜合整編考證數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)記錄數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)成果圖等數(shù)據(jù)及資料的功能。

7）移動(dòng)端建設(shè)：為方便工程科管理人員的日常運(yùn)維管理，針對(duì)性開(kāi)發(fā)手機(jī)APP 移動(dòng)端軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)查看大壩相關(guān)數(shù)據(jù)、及時(shí)推送重要信息等管理功能。

6.3.2 硬件系統(tǒng)

工控機(jī)作為控制安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體監(jiān)測(cè)和控制起著至關(guān)重要的作用。水庫(kù)管理單位作為政府的職能部門，對(duì)于設(shè)備采購(gòu)宜采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，確保數(shù)據(jù)的保密性，經(jīng)比選后選用研華工控機(jī)。

工控機(jī)設(shè)備型號(hào)及相關(guān)配置：型號(hào)IPC610；主板E19AIMB-705G2；IntelI7-67003.4GHZ 四核八線程CPU；8GBDDR42133 內(nèi)存；1T 硬盤(pán)；2G 顯卡；300W 工業(yè)級(jí)電源；K+M；6COM；2×RJ45；4 個(gè)USB3.0，6 個(gè)USB2.0；5 個(gè)PCI 插槽，含24 寸顯示器以及win7 及以上正版操作系統(tǒng)。

7 結(jié)語(yǔ)

丹河水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維修改造項(xiàng)目實(shí)施完成后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行正常，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)大壩的滲流、表面變形等重要參數(shù)，為丹河水庫(kù)的日常運(yùn)行管理提供了有力支撐，為水庫(kù)管理單位的防汛抗旱、興利調(diào)度提供了重要保障