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滿拉水利樞紐工程安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

文檔作者：楊軍阿旺次仁文檔來源：西藏滿拉水利樞紐管理局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月17日
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2015年第3期 東北水利水電 工程建設(shè)與管理
[文章編號(hào)]1002-0624(2015)03-0065-03
滿拉水利樞紐工程安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)
楊軍，阿旺次仁
(西藏滿拉水利樞紐管理局，西藏自治區(qū)江孜857400)
【摘要】西藏滿拉水利樞紐工程安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)已運(yùn)行多年，現(xiàn)處于癱瘓狀態(tài)，需對(duì)其進(jìn)
行升級(jí)改造。改造設(shè)計(jì)結(jié)合國內(nèi)工程安全監(jiān)測技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，并充分考慮利用原有
儀器設(shè)備并節(jié)約工程投資等要求，制定了全面系統(tǒng)的改造方案。該改造設(shè)計(jì)對(duì)于其它類似工
程的安全監(jiān)測自動(dòng)化項(xiàng)目升級(jí)改造具有一定的借鑒意義。
[關(guān)鍵詞]滿拉水利樞紐；安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)；改造設(shè)計(jì)
[中圖分類號(hào)】TV698．1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B
1 工程概況
滿拉水利樞紐工程位于西藏自治區(qū)日喀則地
區(qū)江孜縣龍馬鄉(xiāng)境內(nèi)的年楚河支流龍馬河上，下
游距江孜縣城28 km，距日喀則市118 km。
滿拉水利樞紐工程是年楚河流域農(nóng)業(yè)綜合開
發(fā)的骨干工程，具有以灌溉、發(fā)電為主，兼有防洪、
旅游等綜合效益的水利工程。其永久建筑物主要由
大壩、泄洪洞、引水隧洞及地面式發(fā)電廠房等四部
分組成。工程規(guī)模為大(2)型、等別為二等，大壩及
泄洪洞為Ⅱ級(jí)建筑物，引水隧洞及廠房為Ⅳ級(jí)建筑
物。大壩為粘土心墻堆石壩，壩頂高程為4261．3 m，
壩頂寬10 m，長287 m，最大壩高76．3 m。
2 工程安全監(jiān)測現(xiàn)狀
為了保證樞紐的安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)并安裝一定
數(shù)量的監(jiān)測儀器設(shè)備，對(duì)樞紐的運(yùn)行情況和工作
性態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。滿拉水利樞紐工程安全監(jiān)測自動(dòng)
化系統(tǒng)于2001年5月投入試運(yùn)行，按其所屬工程
建筑物及功能劃分主要為：1)大壩安全監(jiān)測；2)引
水系統(tǒng)安全監(jiān)測；3)樞紐外部變形安全監(jiān)測；4)工
程安全監(jiān)測自動(dòng)化。
滿拉水利樞紐工程大壩的地震設(shè)防烈度為8
度，屬地震高烈度區(qū)。強(qiáng)震監(jiān)測系統(tǒng)主要由4套強(qiáng)
震測點(diǎn)、1臺(tái)強(qiáng)震采集儀及1臺(tái)強(qiáng)震采集工作站組
成。通過現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合管理人員描述及有關(guān)資料
確認(rèn)，兩套系統(tǒng)自2004年以來就已經(jīng)出現(xiàn)一定的
故障率，到2013年4月22日現(xiàn)場測試，基本處于
癱瘓狀態(tài)。通過于2013年4月22至24日現(xiàn)場實(shí)
地檢測發(fā)現(xiàn)，DAU均已不同程度損壞，有電源系
統(tǒng)及主模塊受雷擊損壞，也有部分設(shè)備電路老化
嚴(yán)重，主板受潮濕及電解液的浸泡已銹爛。負(fù)責(zé)數(shù)
據(jù)采集及強(qiáng)震采集的2臺(tái)工作站也無法使用，強(qiáng)
震采集儀也無法工作。
3 改造的必要性及設(shè)計(jì)原則
3．1必要性
由于滿拉大壩建造在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖土特性
不均勻的地基上，在各種力的作用和自然因素的影
響下，其工作性態(tài)和安全狀況隨時(shí)都在變化。加上
受大壩開工時(shí)的設(shè)計(jì)水平、施工質(zhì)量、建筑材料及
配套安全監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)水平與使用壽命的影響，如
果大壩的工作性態(tài)出現(xiàn)異常，而現(xiàn)場技術(shù)人員卻不
能及時(shí)掌握而任險(xiǎn)情發(fā)展，其后果不堪設(shè)想。
西藏所在的喜馬拉雅山脈形成歷史較晚，構(gòu)
造較年輕，加上正處于歐亞大陸板塊與印度板塊
碰撞的前沿地帶，這些因素導(dǎo)致西藏成為中國大
陸地震頻度最高、強(qiáng)度最大的省份。2011年9月
· 65 ·
工程建設(shè)與管理 東北水利水電 2015年第3期
18日鄰近的亞東就發(fā)生了6．8級(jí)地震。為此，對(duì)現(xiàn)
有系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，建立一套可靠先進(jìn)的工程
安全監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)控樞紐的安全運(yùn)行，具
有重大意義。
3．2 設(shè)計(jì)原則
1)系統(tǒng)的可靠性，可靠性指標(biāo)要求滿足下列
要求：系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置的平均無故障時(shí)間
(MTBF)不小于6 300 h；監(jiān)測系統(tǒng)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)
的缺失率應(yīng)不大于3％；自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)其準(zhǔn)確度
應(yīng)滿足SL551，SL268等規(guī)程規(guī)范要求。
2)系統(tǒng)的先進(jìn)性，充分利用當(dāng)前監(jiān)測儀器設(shè)備、
計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和通訊控制的先進(jìn)軟、硬件技術(shù)。
3)充分了解樞紐工程實(shí)際，確定需要改造的
監(jiān)測項(xiàng)目，同時(shí)充分考慮利用現(xiàn)有的儀器及設(shè)備，
達(dá)到節(jié)省投資、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目標(biāo)。
3．3 改造項(xiàng)目的確定
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研安全監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)狀及存在
的問題，確定此次安全監(jiān)測改造的重點(diǎn)為大壩安
全監(jiān)測及工程安全監(jiān)測自動(dòng)化，具體改造的監(jiān)測
項(xiàng)目有：1)大壩壩體內(nèi)部位移；2)大壩滲流；3)大
壩強(qiáng)震；4)庫區(qū)環(huán)境量；5)工程安全監(jiān)測自動(dòng)化系
統(tǒng)。庫區(qū)環(huán)境量監(jiān)測項(xiàng)目為新增項(xiàng)目，其余監(jiān)測項(xiàng)
目均為升級(jí)改造項(xiàng)目。
共布設(shè)4個(gè)測壓管和6支滲壓計(jì)。
2)繞壩滲流和滲流量自動(dòng)化監(jiān)測
滿拉水利樞紐工程繞壩滲流和滲流量監(jiān)測布
設(shè)12個(gè)測壓孔，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測，在孔內(nèi)安裝滲
壓計(jì)，共12支。
4．3 大壩強(qiáng)震監(jiān)測
滿拉水利樞紐工程大壩在原址重新布設(shè)強(qiáng)震
監(jiān)測臺(tái)陣，即在大壩上選擇一個(gè)最高(樁號(hào)0+
142．30 m)和一個(gè)自由場測點(diǎn)(大壩下游距壩趾約
100 m處)為主要監(jiān)測目標(biāo)。在監(jiān)測斷面的下游壩
坡上，在壩頂、1／2壩高和壩趾布設(shè)3個(gè)測點(diǎn)；在溢
洪道、右岸壩肩及自由場各布設(shè)1個(gè)測點(diǎn)，共6
個(gè)。每個(gè)測點(diǎn)安裝1臺(tái)3向一體式加速度傳感器，
每臺(tái)加速度傳感器配1臺(tái)強(qiáng)震儀。強(qiáng)震采集儀安
裝在左岸監(jiān)測房內(nèi)，通過強(qiáng)震僅之間的組網(wǎng)進(jìn)行
自動(dòng)監(jiān)測地震動(dòng)力加速度變化的瞬間過程。
4．4 庫區(qū)環(huán)境量監(jiān)測
在滿拉水利樞紐壩上1號(hào)監(jiān)測站屋頂(左壩
頭)設(shè)置1套～ 體式小型自動(dòng)氣象站，測量要素有
降水、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度。數(shù)據(jù)采集軟件安裝
在監(jiān)測管理站內(nèi)的數(shù)據(jù)采集工作站上，通過采集
網(wǎng)絡(luò)的通訊光纜實(shí)現(xiàn)環(huán)境量監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集
與存儲(chǔ)。
4 系統(tǒng)改造設(shè)計(jì) 5 工程安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)
4．1大壩壩體內(nèi)部變形監(jiān)測
為監(jiān)測大壩壩體的內(nèi)部位移，選擇樁號(hào)0+
150．00 m，在壩軸線下游側(cè)，距壩軸線7 m處，布
設(shè)1條測斜管，監(jiān)測粘土心墻內(nèi)部分層水平位移
分布的大小與分布規(guī)律。人工監(jiān)測采用活動(dòng)測斜
儀，自動(dòng)監(jiān)測采用在測斜管內(nèi)安裝固定測斜儀的
方式實(shí)現(xiàn)，固定測斜儀間距6 m，共安裝13臺(tái)。
4．2 大壩滲流監(jiān)測
1)壩體浸潤線監(jiān)測
為了解壩體內(nèi)浸潤線的位置變化，掌握壩體
在運(yùn)行期的滲流情況，在壩體內(nèi)設(shè)測壓管進(jìn)行浸
潤線監(jiān)測。沿壩軸線選擇2個(gè)監(jiān)測斷面，樁號(hào)為：
0+088．00 m，0+146．00 m，每個(gè)監(jiān)測斷面布設(shè)2個(gè)
測壓管，分別布設(shè)在壩軸線上游側(cè)距壩軸線1 m
和壩軸線下游側(cè)、距壩軸線7 nl處。人工監(jiān)測采用
平尺水位計(jì)，自動(dòng)監(jiān)測采用測壓管內(nèi)放置滲壓計(jì)，
· 66 ·
5．1 監(jiān)測站設(shè)置
滿拉水利樞紐工程共設(shè)3座監(jiān)測站，分別位
于大壩左岸、進(jìn)水口閘室及施工支洞出口，1號(hào)監(jiān)
測站同時(shí)為強(qiáng)震監(jiān)測站。監(jiān)測管理站設(shè)置于廠區(qū)
辦公樓內(nèi)，監(jiān)測管理中心站設(shè)置于江孜縣滿拉水
利樞紐管理局辦公樓內(nèi)的會(huì)商中心。
1號(hào)監(jiān)測站接入傳感器34支，2號(hào)監(jiān)測站接
入傳感器35支，3號(hào)監(jiān)測站接入傳感器81支。共
計(jì)需要7臺(tái)DAU。
5．2 自動(dòng)化采集網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建
滿拉水利樞紐工程安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)的采
集網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用基于RS一485通訊協(xié)議的控制網(wǎng)
絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋其3個(gè)監(jiān)測站及1個(gè)監(jiān)測管理站。由
于監(jiān)測站分布范圍較廣，設(shè)計(jì)采用光纜作為通訊介
質(zhì)布設(shè)安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)的采集網(wǎng)絡(luò)。為保證
通訊的可靠性，采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為雙環(huán)自愈型，光纜
2015年第3期 東北水利水電 工程建設(shè)與管理
類型要求為鎧裝聚乙烯護(hù)層通信用室外8芯光纜。
5．3 強(qiáng)震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建
滿拉水利樞紐工程強(qiáng)震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用基
于TCP／IP通訊協(xié)議的以太網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋1號(hào)監(jiān)
測站、2號(hào)監(jiān)測站及現(xiàn)場辦公樓內(nèi)的監(jiān)測管理站。
設(shè)計(jì)采用光纜做為通訊介質(zhì)布設(shè)強(qiáng)震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
壩頂中間、1／2壩高、壩趾及自由場的強(qiáng)震傳
感器通過強(qiáng)震專用電纜接入安裝在1號(hào)監(jiān)測站內(nèi)
的強(qiáng)震監(jiān)測儀內(nèi)，壩頂右岸及溢洪道的強(qiáng)震傳感
器通過強(qiáng)震專用電纜接入安裝在2號(hào)監(jiān)測站內(nèi)的
強(qiáng)震監(jiān)測儀內(nèi)。2個(gè)監(jiān)測站內(nèi)的強(qiáng)震監(jiān)測儀通過光
纜與監(jiān)測管理站內(nèi)的強(qiáng)震采集服務(wù)器相連，完成
強(qiáng)震的數(shù)據(jù)的采集及存儲(chǔ)。
5．4 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)集成
現(xiàn)場監(jiān)測管理站設(shè)置廠區(qū)辦公樓內(nèi)，并安裝1
臺(tái)數(shù)據(jù)采集工作站。在江孜縣滿拉水利樞紐管理
局辦公樓設(shè)立監(jiān)測管理中心站(與水情會(huì)商中心
共用)，安裝1臺(tái)服務(wù)器及1臺(tái)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與分
析工作站。監(jiān)測管理站內(nèi)的數(shù)據(jù)采集工作站通過
電廠控制光纜將自動(dòng)化采集網(wǎng)絡(luò)接入江孜縣滿拉
水利樞紐管理局辦公樓內(nèi)監(jiān)測管理中心站的管理
網(wǎng)絡(luò)中。由安裝在現(xiàn)場監(jiān)測管理站的數(shù)據(jù)采集工
作站完成現(xiàn)場實(shí)時(shí)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集工作，由安裝
在監(jiān)測管理中心站的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及分析工作站
完成遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)管理分析工作。
5．5 安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)軟件
統(tǒng)”是一個(gè)基于自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)管理
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫、數(shù)學(xué)物理模型方法
為基礎(chǔ)的，為滿拉水利樞紐工程安全運(yùn)行服務(wù)的
工程安全監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)具有先進(jìn)性、可靠性、
實(shí)用性、易用性、可擴(kuò)充性及兼容性等先進(jìn)特征。
系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)組成：數(shù)據(jù)庫子系
統(tǒng)——主要由原始數(shù)據(jù)庫、整編數(shù)據(jù)庫、分析數(shù)據(jù)
庫、系統(tǒng)配置庫、模型庫、方法庫、工程資料庫等組
成；數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)——人工監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入模塊、
自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集模塊、遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)采集模塊；數(shù)
據(jù)管理分析子系統(tǒng)—— 綜合信息管理及分析程
序。數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)是整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心，它為其
它子系統(tǒng)提供底層數(shù)據(jù)服務(wù)支持。
6 結(jié)語
此次改造設(shè)計(jì)結(jié)合國內(nèi)工程安全監(jiān)測技術(shù)、
自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，并充分考慮利用原有儀器設(shè)
備并節(jié)約工程投資等要求，改造方案全面系統(tǒng)，改
造后滿拉水利樞紐工程安全監(jiān)測自動(dòng)化水平可達(dá)
到國內(nèi)先進(jìn)水平，對(duì)于其它類似工程的安全監(jiān)測
自動(dòng)化項(xiàng)目升級(jí)改造也具有一定的借鑒意義。
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“滿拉水利樞紐工程安全監(jiān)測自動(dòng)化軟件系 【收稿日期】2014—10—31
-4" K-" K-" K-"
(上接第54頁)
形過程線法對(duì)于概化過程線法的最大流量計(jì)算誤
差呈增大趨勢。2)對(duì)于個(gè)別水庫，形狀系數(shù)在大于
0．05的小范圍內(nèi)，誤差非常小，可以用三角形過程
線法代替概化過程線法。3)由于形狀系數(shù)反應(yīng)的
是洪水過程線的形狀特征，因此對(duì)于不同的水庫，
形狀系數(shù)的大小對(duì)于計(jì)算結(jié)果無法比較的。
[參考文獻(xiàn)]
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