柴河水庫滲流監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

劉松

（遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000）

柴河水庫位于遼河中游的支流柴河上，是一座以防洪、灌溉、供水為主的大Ⅱ型水利樞紐工程，是遼河防洪體系中的重要工程。主體工程由土壩、溢洪道、輸水道、水電站等工程組成，設(shè)計總庫容6.36億m3。土壩建成于1974年，為粘土薄心墻砂殼壩，壩高42.3m，壩長982m，心墻和壩殼質(zhì)量較差，0+860m樁號壩基處滲漏量比較大。

滲流監(jiān)測是大壩安全監(jiān)測的重要組成部分，大壩滲流是一個三維問題，影響因素比較復(fù)雜，邊界條件難以確定，致使根據(jù)設(shè)計計算或?qū)嶒灢捎玫姆罎B導(dǎo)滲措施不可能很完善。柴河水庫大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)在大壩整體安全中占有重要地位。

1 滲流監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)的意義

1）大壩雖然經(jīng)過兩次加固，但沒有對心墻、壩基進行處理，僅增加了觀測管。隨著大壩運行年限增加，應(yīng)加強大壩滲流監(jiān)測，了解壩體內(nèi)部的運行狀態(tài)。

2）大壩壩體和壩基布設(shè)的觀測管較多，采用人工觀測方法精度低，周期長，數(shù)據(jù)分析成果滯后，不能及時了解壩體的滲流狀況。

3）土壩的滲流監(jiān)測對水庫工程正常運行和安全度汛起到了重要作用，水庫遇有暴雨、水位較大變化、地震、施工建設(shè)等情況，監(jiān)測工作的重要作用更加突出。

4）隨著水利工程管理向自動化、信息化、智能化發(fā)展，30年的監(jiān)測成果為大壩監(jiān)測自動化的設(shè)計、施工提供了必要的依據(jù)，科技的發(fā)展也使?jié)B流監(jiān)測自動化的數(shù)據(jù)采集技術(shù)日益成熟。

2 自動監(jiān)測項目和測點布置

柴河水庫滲流監(jiān)測自動化系統(tǒng)選用的監(jiān)測項目有：大壩浸潤線、壩基滲流、繞壩滲流、心墻滲水壓力、上游壩坡滲水壓力、排水導(dǎo)滲降壓效能、壩下水位和壩基滲流量。

測點位置和數(shù)量按照現(xiàn)有測點的重要性和資金承受能力確定，選擇最有代表性的監(jiān)測點。庫水位是大壩滲流監(jiān)測成果分析的重要要素，在保持滲流監(jiān)測從傳統(tǒng)型過渡到自動化型的基礎(chǔ)上，增設(shè)庫水位自動監(jiān)測，監(jiān)測成果進入滲流自動監(jiān)測系統(tǒng)。滲流量的監(jiān)測仍采用滲流井法，所不同的是對井式監(jiān)測點進行改造，使監(jiān)測成果自動進入統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺。自動化系統(tǒng)選用監(jiān)測點總數(shù)為42點，其中滲流監(jiān)測點40個、庫水位監(jiān)測點1個和井下監(jiān)測點1個。

監(jiān)測點選取原則：總體滿足土壩觀測有關(guān)規(guī)范要求，保留原有觀測項目齊全，典型斷面具有代表性，斷面測壓管完整，測壓管靈敏度好，符合施工要求，兼顧工程投資。

3 自動化采集系統(tǒng)的組成

滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)采用在測壓管中放置水壓傳感器的方法。系統(tǒng)采用分布式采集方式，由傳感器、采集系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和監(jiān)控軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、可靠性、靈活性、可操作性和可擴展性。

1）傳感器。選用德國Endress+Hauser公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，型號為FMX167，外徑22mm，是陶瓷電容傳感器，是一種在大壩安全監(jiān)測中應(yīng)用穩(wěn)定的傳感器。采用微加工工藝制造，具有精度高、穩(wěn)定性好及很寬的測量范圍，特別適合于微壓和小量程的測量，適用于測量小口徑的管道。

2）采集系統(tǒng)。采用先進的分布式總線式結(jié)構(gòu)，用智能化的測控單元替代了傳統(tǒng)的集線器。智能測控裝置不僅具有集線器的功能，而且具有數(shù)據(jù)自動采集、處理與存儲功能，并且有自己的時鐘，可以完全脫離監(jiān)控計算機自行工作，實現(xiàn)了真正意義上的自動采集與監(jiān)測。現(xiàn)場智能測控單元（MCU）及其擴展設(shè)備采用國內(nèi)自主開發(fā)的成熟產(chǎn)品SMART2000系列：現(xiàn)場智能測控單元 （主MCU）型號為SMART2000，擴展單元模板 （子MCU）型號為ASE-16。

3）通訊系統(tǒng)。由于采用了分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)部的通訊完全變?yōu)閿?shù)字信號的傳輸，同時大壩現(xiàn)場與調(diào)度中心之間采用光纜為傳輸介質(zhì)，大大提高了通訊速率、可靠性和抗干擾能力。

4）防雷系統(tǒng)。由于水庫所在地多為空曠、地勢較高處，所以大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)有易遭雷擊的危害。本系統(tǒng)采用設(shè)置多級的防雷設(shè)備和建設(shè)良好的接地體等手段，同時從切斷雷電傳輸通道和疏導(dǎo)泄放雷電流兩方面入手，最大限度地減小雷電對系統(tǒng)的危害。防雷設(shè)備選用加拿大ECPART和ERICO公司進口的成熟產(chǎn)品。

5）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。采用SQL Server2000，為滲流監(jiān)測自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠、開放性的數(shù)據(jù)庫支持。本系統(tǒng)包括工程概況數(shù)據(jù)庫，設(shè)備考證數(shù)據(jù)庫，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，歷史數(shù)據(jù)庫等。

6）監(jiān)控軟件系統(tǒng)。采用先進的分層分布式結(jié)構(gòu)，分為采集設(shè)備、通信層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層、表示層和用戶終端，分別完成數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、存儲、用戶顯示和操作，操作界面友好，用戶維護與使用簡單。

4 結(jié)語

柴河水庫大壩滲流監(jiān)測自動化系統(tǒng)建成以來，能夠定時地自動采集大壩滲流的實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)精確率較高，極大減輕了人工觀測的工作量，提高了水庫大壩安全監(jiān)測的水平?？傻玫揭韵陆Y(jié)論：

1）滲流監(jiān)測系統(tǒng)在柴河水庫大壩安全穩(wěn)定中起到重要作用，自動化監(jiān)測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析中工作穩(wěn)定、準(zhǔn)確，系統(tǒng)是成熟和可靠的。

2）通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集，可以及時準(zhǔn)確對大壩滲流安全進行科學(xué)評估，為水庫安全運行及技術(shù)管理提供理論依據(jù)，對確保水庫大壩安全是十分重要的。

[1]王德君,劉松.柴河流域防洪安全實時監(jiān)控系統(tǒng)的研究與建設(shè)[J].水利水電技術(shù)，2007（3）：52-54.

[2]劉松.柴河水庫大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].大連理工大學(xué),2009.