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某水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)

文檔作者：尹細偉谷艷昌董福昌文檔來源：南京水利科學(xué)研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月30日
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154 尹細偉，谷艷昌，董福昌．某水庫大壩安全監(jiān)測自動 愛絲
文章編號：1006-2610(2011)S1．-0154-_04
某水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)
尹細偉，谷艷昌，董福昌
(南京水利科學(xué)研究院，南京210029；)
摘要：針對某心墻土石壩工程及監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀，依據(jù)土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，進行了大壩安全監(jiān)測項目及自動化
系統(tǒng)方案設(shè)計。
關(guān)鍵詞：土石壩；安全監(jiān)測；自動化系統(tǒng)
中圖分類號：TV698．1 文獻標識碼：A
The safety m onitoring automation system of a dam
YIN Xi-wei，GU Yan-chang，DONG Fu—chang
(Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210029，China)
Abstract：in consideration of one earth—rockfill dam with core and the current status of the dam monitoring system and based on the safe—
ty monitoring standard of earth—rockfill dam，alternative for the dam safety monitoring items．a(chǎn)nd automation system is designed in this
P印er·
Key words：earth—rockfill dam ；safety monitoring；automation；system
1 T程概況 2 監(jiān)測項目與布置
某水庫是一座以灌溉為主，兼有發(fā)電、防洪、養(yǎng)
殖等綜合效益的大(2)型水庫。樞紐工程由大壩、
溢洪道、灌溉發(fā)電洞、導(dǎo)流放空洞及壩后電站組成，
水庫工程屬于二等工程，主要建筑物為2級建筑物，
次要建筑物為3級。水庫總庫容1．3112X10 Ill 。
大壩為黏土心墻土石混合壩，除險加固采用混凝土
防滲墻結(jié)合帷幕灌漿方式截滲。最大壩高70 m，壩
頂高程360．50 m，壩軸長480 111，壩頂寬8 m，壩基
高程290．50 m。
自1985年大壩基本建成以來，相繼開展了安全
監(jiān)測工作。目前已開展的觀測項目有：大壩變形觀
測、滲流觀測、預(yù)應(yīng)力錨索觀測以及巡視檢查等。大
壩監(jiān)測設(shè)施較全，但儀器老化嚴重，影響監(jiān)測結(jié)果，監(jiān)
測方式是人工監(jiān)測，耗時耗力，也無法做到同步監(jiān)測。
因此需要設(shè)計一套新的大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)。
收稿日期：2011-08-26
作者簡介：尹細偉(1983一)，男，湖北省大冶市人，碩士研究生
主要從事大壩安全監(jiān)測等研究工作．
2．1 大壩變形監(jiān)測
大壩已運行20余a，考慮到監(jiān)測資料的連續(xù)性，
表面變形監(jiān)測沿用原有的測點位置，將原有測點整
修，安裝歸心底盤，采用全站儀監(jiān)測。大壩表面變形
監(jiān)測布置橫斷面6個，縱斷面6個。在上游壩坡正常
蓄水位附近即軸距一13 m、高程356 Ill布設(shè)1排，共6
個測點；壩頂下游側(cè)即軸距6 in、高程359．5 In布設(shè)1
排，共6個測點；下游壩坡346 Ill平臺、331 In平臺、
316 In平臺各布設(shè)6個測點，301 In平臺布設(shè)5個測
點；斷面樁號分別為0+012 113，0+058 m，0+085 In，0+
120 In，0+145 In，0+170 In，共35個觀測點。此外，左
岸壩段樁號0—055 in與0—100 in兩個斷面上分別布
置3個變形測點，其中上游側(cè)1個，下游側(cè)2個，共6
個觀測點。大壩變形監(jiān)測平面布置見圖1。
溢洪道閘墩與邊墩各布置1個變形觀測點，共
計4個，同時在左岸山體上布置2個工作基點。
考慮大壩變形觀測頻次少，可采用人工觀測方
式，將觀測數(shù)據(jù)輸入到中央控制室的計算機終端，利
用觀測資料整編分析軟件進行整編與分析。
西北水電·201 1年·增刊 l55
圖1 大壩變形監(jiān)測平面布置圖
2．2 大壩滲流監(jiān)測 安裝水位計監(jiān)測堰上水頭進行滲流量監(jiān)測。
(1)滲流壓力監(jiān)測 大壩滲流監(jiān)測平面布置見圖2；大壩滲流監(jiān)測
根據(jù)壩基地質(zhì)條件、壩體填筑質(zhì)量以及大壩加
固處理情況等，大壩滲壓觀測布置4個橫斷面，即斷
面0+012 m，0+060 n3，0+120 m，0+170 m，左岸繞滲
為0—055 rn，0—020 m兩個斷面，右岸繞滲0+210 In，
0+240 In兩個斷面。0+120 m為原河床最大斷面
處，0+012 m，0+060 m，0+170 m斷面均為原滲漏較
嚴重部位。縱斷面設(shè)置5個，分別位于上游側(cè)軸距
為一4．0 rn、下游側(cè)軸距3．0 rn、以及一級、二級與三
級馬道上游側(cè)各1排，其中為了監(jiān)測排水棱體上游
側(cè)滲壓情況，把位于三級馬道上的BIO，B15點設(shè)置
在軸距141．5 m處。
(2)滲流量監(jiān)測
大壩滲流量是分析大壩安全的重要參數(shù)，應(yīng)加
強對下游壩腳滲流量監(jiān)測。目前，量水堰位于大壩
下游量水堰堤298 In高程平臺右端，在該量水堰上
典型斷面剖面見圖3。
2．3 大壩環(huán)境量監(jiān)測
環(huán)境量監(jiān)測包括上、下游水位監(jiān)測、氣溫監(jiān)測和
氣壓監(jiān)測。上游水位監(jiān)測直接共用水文自動測報系
統(tǒng)數(shù)據(jù)。在主壩下游鉆孔并安裝下游水位計監(jiān)測下
游水位。在壩頂布設(shè)1支溫度計，以測量壩址溫度
變化情況。在主壩觀測房內(nèi)設(shè)1支氣壓計進行氣壓
監(jiān)測。
3 自動化系統(tǒng)總體設(shè)計
3．1 設(shè)計原則
設(shè)計有明確的針對性和代表性。以《土石壩安全
監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》s【60—94等有關(guān)技術(shù)規(guī)范[1 為依
據(jù)，針對影響和控制該工程安全性態(tài)的監(jiān)測變量重點
監(jiān)測，監(jiān)測項目、測點布置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化組合，盡量利用
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原有的觀測設(shè)施，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和節(jié)省投資。
(1)儀器設(shè)備具有穩(wěn)定性和可靠性
儀器設(shè)備的穩(wěn)定可靠是儀器設(shè)計選擇的主要要
求，它能在工程實際的運行環(huán)境條件下長期保持原
有的技術(shù)性能，正常工作。
(2)儀器設(shè)備具有技術(shù)先進性
監(jiān)測儀器和監(jiān)測方法力求先進，其準確度和精
度等技術(shù)性能指標應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范及工程監(jiān)測要
求，以便系統(tǒng)能實現(xiàn)聯(lián)機實時監(jiān)測。
(3)系統(tǒng)應(yīng)保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性
系統(tǒng)備有人工測量接口，以便在系統(tǒng)完建之前
或系統(tǒng)發(fā)生故障時，進行人工補測，保證數(shù)據(jù)的連
圖2 大壩滲流監(jiān)測平面布置圖
圖3 大壩滲流監(jiān)測典型斷面剖面圖 單位：mill：高程：m
西北水電·201 1年·增刊 157
續(xù)性。也可在系統(tǒng)正常運行時，進行校測。
(4)可維護性和擴展性
選用的監(jiān)測儀器設(shè)備在滿足規(guī)范和工程要求的
前提下，應(yīng)具有可維護性及擴展性，以便于系統(tǒng)13常
維護和功能擴展。
3．2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
該大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)包括各種類型傳感
器、測量控制單元和管理處中央控制室。傳感器主
要包括：孑L隙水壓力計、量水堰計、下游水位計、溫度
計和氣壓計。測量控制單元(MCU)是系統(tǒng)中的主
要部分，用于對各種傳感器進行數(shù)據(jù)采集和存儲，并
與中央控制室計算機連接通訊、發(fā)送指令和數(shù)據(jù)傳
輸，實現(xiàn)實時監(jiān)測。該系統(tǒng)設(shè)2個測量控制單元，
MCU房分別設(shè)在左岸溢洪道啟閉機房內(nèi)(MCU1)和
右壩頭監(jiān)測房內(nèi)(MCU2)。傳感器與控制單元之間
用電纜連接，控制單元與信息中心用光纜連接。中
央控制室設(shè)在信息中心，它與測量控制單元MCU實
現(xiàn)雙向通訊。配有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分析軟件，
可進行在線監(jiān)控或離線監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖4。
圖4 大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3．3 系統(tǒng)功能
(1)數(shù)據(jù)采集功能
能自動采集各類傳感器，能用應(yīng)答式或自報式
對接人的監(jiān)測儀器進行準確測量。能按設(shè)定的方式
進行巡測、定時巡測、選測以及人工測量。
(2)通信功能
通信包括：現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信和遠程通信功能。
現(xiàn)場測量控制單元與中央控制裝置或其它計算機可
通過電纜、光纜實現(xiàn)雙向通訊；中央控制裝置與其它
部門通過有線、無線、微波、公用網(wǎng)絡(luò)等多種通信媒
介實現(xiàn)遠程控制，實現(xiàn)資源分級共享。
(3)存儲功能
測量控制單元具有存儲器和掉電保護功能，能
暫存所測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)斷電后保證不丟失數(shù)據(jù)和參數(shù)。
中央控制裝置能接受所有測量控制單元的監(jiān)測數(shù)
據(jù)，自動檢驗、存儲。
(4)數(shù)據(jù)管理功能
系統(tǒng)具備對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行錄入、顯示、打印、修
改、刪除、查詢、備份與恢復(fù)等功能。
(5)數(shù)據(jù)整編功能
系統(tǒng)能按《土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程》
(SL169-96) 的要求對監(jiān)測資料進行整編，及時
制成圖表。
(6)自檢與自校功能
系統(tǒng)能對各功能模塊、電源電壓、蓄電池電壓等
進行自檢，出現(xiàn)異常進行報警，并顯示故障等信息。
能對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自校，出現(xiàn)超限數(shù)據(jù)時應(yīng)報警，對
超限數(shù)據(jù)加上標志。
(7)防雷抗電磁干擾功能
系統(tǒng)有防雷設(shè)計，具備防止感應(yīng)雷電和抗電磁
干擾的能力，在發(fā)生雷擊或電磁干擾時數(shù)據(jù)不丟失、
不失真，保證系統(tǒng)正常運行。
(8)供電功能‘
系統(tǒng)具有向監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備提供凈化、穩(wěn)定電
源的功能。系統(tǒng)配有備用電源，在外部電源中斷的
情況下，能自動上電，并維護3 d正常運行。
4 結(jié)語
依據(jù)《土石壩安全監(jiān)i貝0技術(shù)規(guī)范》(sL60—94)和
該水庫大壩工程特點，重點介紹了該水庫大壩安全監(jiān)
測項目與自動化系統(tǒng)總體方案。其中，監(jiān)測項目包括
大壩表面變形監(jiān)測、大壩滲流監(jiān)測和環(huán)境量監(jiān)測，滿
足工程安全監(jiān)測要求。安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)能實現(xiàn)
對安全監(jiān)測參量的實時采集、傳輸、管理與分析。大
壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，能為水庫大壩的安全運行管
理與洪水資源利用提供重要的技術(shù)支撐。
參考文獻：
[1] SI_60-94，土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國水利水電
出版社．2005．
[2] SL268-2001，大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件[S]．
北京：中國水利水電出版社，2001．
[3] SL169—96，土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程[S]．北京：中國水
利水電出版社．1996．

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