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某水庫大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)

文檔作者：尹細(xì)偉谷艷昌董福昌文檔來源：南京水利科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月30日
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154 尹細(xì)偉，谷艷昌，董福昌．某水庫大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng) 愛絲
文章編號(hào)：1006-2610(2011)S1．-0154-_04
某水庫大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)
尹細(xì)偉，谷艷昌，董福昌
(南京水利科學(xué)研究院，南京210029；)
摘要：針對(duì)某心墻土石壩工程及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀，依據(jù)土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范，進(jìn)行了大壩安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及自動(dòng)化
系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：土石壩；安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：TV698．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(cè)項(xiàng)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(jí)建筑物，
次要建筑物為3級(jí)。水庫總庫容1．3112X10 Ill 。
大壩為黏土心墻土石混合壩，除險(xiǎn)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(cè)工作。目前已開展的觀測(cè)項(xiàng)目有：大壩變形觀
測(cè)、滲流觀測(cè)、預(yù)應(yīng)力錨索觀測(cè)以及巡視檢查等。大
壩監(jiān)測(cè)設(shè)施較全，但儀器老化嚴(yán)重，影響監(jiān)測(cè)結(jié)果，監(jiān)
測(cè)方式是人工監(jiān)測(cè)，耗時(shí)耗力，也無法做到同步監(jiān)測(cè)。
因此需要設(shè)計(jì)一套新的大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。
收稿日期：2011-08-26
作者簡介：尹細(xì)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(cè)等研究工作．
2．1 大壩變形監(jiān)測(cè)
大壩已運(yùn)行20余a，考慮到監(jiān)測(cè)資料的連續(xù)性，
表面變形監(jiān)測(cè)沿用原有的測(cè)點(diǎn)位置，將原有測(cè)點(diǎn)整
修，安裝歸心底盤，采用全站儀監(jiān)測(cè)。大壩表面變形
監(jiān)測(cè)布置橫斷面6個(gè)，縱斷面6個(gè)。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(gè)測(cè)點(diǎn)；壩頂下游側(cè)即軸距6 in、高程359．5 In布設(shè)1
排，共6個(gè)測(cè)點(diǎn)；下游壩坡346 Ill平臺(tái)、331 In平臺(tái)、
316 In平臺(tái)各布設(shè)6個(gè)測(cè)點(diǎn)，301 In平臺(tái)布設(shè)5個(gè)測(cè)
點(diǎn)；斷面樁號(hào)分別為0+012 113，0+058 m，0+085 In，0+
120 In，0+145 In，0+170 In，共35個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。此外，左
岸壩段樁號(hào)0—055 in與0—100 in兩個(gè)斷面上分別布
置3個(gè)變形測(cè)點(diǎn)，其中上游側(cè)1個(gè)，下游側(cè)2個(gè)，共6
個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。大壩變形監(jiān)測(cè)平面布置見圖1。
溢洪道閘墩與邊墩各布置1個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)，共
計(jì)4個(gè)，同時(shí)在左岸山體上布置2個(gè)工作基點(diǎn)。
考慮大壩變形觀測(cè)頻次少，可采用人工觀測(cè)方
式，將觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入到中央控制室的計(jì)算機(jī)終端，利
用觀測(cè)資料整編分析軟件進(jìn)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(cè)平面布置圖
2．2 大壩滲流監(jiān)測(cè) 安裝水位計(jì)監(jiān)測(cè)堰上水頭進(jìn)行滲流量監(jiān)測(cè)。
(1)滲流壓力監(jiān)測(cè) 大壩滲流監(jiān)測(cè)平面布置見圖2；大壩滲流監(jiān)測(cè)
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(cè)布置4個(gè)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(gè)斷面，右岸繞滲0+210 In，
0+240 In兩個(gè)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(yán)重部位?？v斷面設(shè)置5個(gè)，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(jí)、二級(jí)與三
級(jí)馬道上游側(cè)各1排，其中為了監(jiān)測(cè)排水棱體上游
側(cè)滲壓情況，把位于三級(jí)馬道上的BIO，B15點(diǎn)設(shè)置
在軸距141．5 m處。
(2)滲流量監(jiān)測(cè)
大壩滲流量是分析大壩安全的重要參數(shù)，應(yīng)加
強(qiáng)對(duì)下游壩腳滲流量監(jiān)測(cè)。目前，量水堰位于大壩
下游量水堰堤298 In高程平臺(tái)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(cè)
環(huán)境量監(jiān)測(cè)包括上、下游水位監(jiān)測(cè)、氣溫監(jiān)測(cè)和
氣壓監(jiān)測(cè)。上游水位監(jiān)測(cè)直接共用水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系
統(tǒng)數(shù)據(jù)。在主壩下游鉆孔并安裝下游水位計(jì)監(jiān)測(cè)下
游水位。在壩頂布設(shè)1支溫度計(jì)，以測(cè)量壩址溫度
變化情況。在主壩觀測(cè)房內(nèi)設(shè)1支氣壓計(jì)進(jìn)行氣壓
監(jiān)測(cè)。
3 自動(dòng)化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
3．1 設(shè)計(jì)原則
設(shè)計(jì)有明確的針對(duì)性和代表性。以《土石壩安全
監(jiān)測(cè)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(duì)影響和控制該工程安全性態(tài)的監(jiān)測(cè)變量重點(diǎn)
監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、測(cè)點(diǎn)布置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化組合，盡量利用
l56 尹細(xì)偉，谷艷昌，董福昌．某水庫大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)
原有的觀測(cè)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(jì)選擇的主要要
求，它能在工程實(shí)際的運(yùn)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(jìn)性
監(jiān)測(cè)儀器和監(jiān)測(cè)方法力求先進(jìn)，其準(zhǔn)確度和精
度等技術(shù)性能指標(biāo)應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范及工程監(jiān)測(cè)要
求，以便系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
(3)系統(tǒng)應(yīng)保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性
系統(tǒng)備有人工測(cè)量接口，以便在系統(tǒng)完建之前
或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行人工補(bǔ)測(cè)，保證數(shù)據(jù)的連
圖2 大壩滲流監(jiān)測(cè)平面布置圖
圖3 大壩滲流監(jiān)測(cè)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(yùn)行時(shí)，進(jìn)行校測(cè)。
(4)可維護(hù)性和擴(kuò)展性
選用的監(jiān)測(cè)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(hù)性及擴(kuò)展性，以便于系統(tǒng)13常
維護(hù)和功能擴(kuò)展。
3．2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
該大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)包括各種類型傳感
器、測(cè)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(jì)、量水堰計(jì)、下游水位計(jì)、溫度
計(jì)和氣壓計(jì)。測(cè)量控制單元(MCU)是系統(tǒng)中的主
要部分，用于對(duì)各種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，并
與中央控制室計(jì)算機(jī)連接通訊、發(fā)送指令和數(shù)據(jù)傳
輸，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)設(shè)2個(gè)測(cè)量控制單元，
MCU房分別設(shè)在左岸溢洪道啟閉機(jī)房內(nèi)(MCU1)和
右壩頭監(jiān)測(cè)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(cè)量控制單元MCU實(shí)
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(jìn)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(cè)自動(dòng)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(dòng)采集各類傳感器，能用應(yīng)答式或自報(bào)式
對(duì)接人的監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。能按設(shè)定的方式
進(jìn)行巡測(cè)、定時(shí)巡測(cè)、選測(cè)以及人工測(cè)量。
(2)通信功能
通信包括：現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信和遠(yuǎn)程通信功能。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制單元與中央控制裝置或其它計(jì)算機(jī)可
通過電纜、光纜實(shí)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)資源分級(jí)共享。
(3)存儲(chǔ)功能
測(cè)量控制單元具有存儲(chǔ)器和掉電保護(hù)功能，能
暫存所測(cè)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(cè)量控制單元的監(jiān)測(cè)數(shù)
據(jù)，自動(dòng)檢驗(yàn)、存儲(chǔ)。
(4)數(shù)據(jù)管理功能
系統(tǒng)具備對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)資料整編規(guī)程》
(SL169-96) 的要求對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行整編，及時(shí)
制成圖表。
(6)自檢與自校功能
系統(tǒng)能對(duì)各功能模塊、電源電壓、蓄電池電壓等
進(jìn)行自檢，出現(xiàn)異常進(jìn)行報(bào)警，并顯示故障等信息。
能對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自校，出現(xiàn)超限數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)報(bào)警，對(duì)
超限數(shù)據(jù)加上標(biāo)志。
(7)防雷抗電磁干擾功能
系統(tǒng)有防雷設(shè)計(jì)，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(shí)數(shù)據(jù)不丟失、
不失真，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。
(8)供電功能‘
系統(tǒng)具有向監(jiān)測(cè)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(dòng)上電，并維護(hù)3 d正常運(yùn)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(diǎn)，重點(diǎn)介紹了該水庫大壩安全監(jiān)
測(cè)項(xiàng)目與自動(dòng)化系統(tǒng)總體方案。其中，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括
大壩表面變形監(jiān)測(cè)、大壩滲流監(jiān)測(cè)和環(huán)境量監(jiān)測(cè)，滿
足工程安全監(jiān)測(cè)要求。安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)
對(duì)安全監(jiān)測(cè)參量的實(shí)時(shí)采集、傳輸、管理與分析。大
壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，能為水庫大壩的安全運(yùn)行管
理與洪水資源利用提供重要的技術(shù)支撐。
參考文獻(xiàn)：
[1] SI_60-94，土石壩安全監(jiān)測(cè)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(dòng)監(jiān)測(cè)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(cè)資料整編規(guī)程[S]．北京：中國水
利水電出版社．1996．

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