光明水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)探討

呂衍恒，劉磊，齊文艷

（新泰市光明水庫(kù)管理處，山東新泰271200）

光明水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)探討

呂衍恒，劉磊，齊文艷

（新泰市光明水庫(kù)管理處，山東新泰271200）

結(jié)合光明水庫(kù)實(shí)際，從壩體表面變形監(jiān)測(cè)、庫(kù)水位監(jiān)測(cè)、庫(kù)區(qū)降雨量監(jiān)測(cè)、浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)等幾個(gè)方面，提出水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)方案，為類似項(xiàng)目的開展提供了思路。

光明水庫(kù)；大壩；安全監(jiān)測(cè)；GPS監(jiān)測(cè)器

光明水庫(kù)位于山東省泰安新泰市境內(nèi)，控制流域面積134 km2，總庫(kù)容1.04億m3，下游防洪保護(hù)面積1.67萬(wàn)hm2，是集防洪、農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的一座大（2）型水庫(kù)。光明水庫(kù)壩長(zhǎng)860 m，最大壩高23 m，壩頂寬5 m，壩頂高程181 m，防浪墻高程182.2 m。為確保水庫(kù)大壩安全，需要對(duì)大壩實(shí)施安全監(jiān)測(cè)。

1　系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

結(jié)合水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范和水庫(kù)工程的實(shí)際情況，系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)如下：1）直觀顯示各項(xiàng)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控信息數(shù)據(jù)的歷史變化過(guò)程及當(dāng)前狀態(tài)，為安全生產(chǎn)管理人員提供簡(jiǎn)單明了、直觀的信息參考。2）一旦出現(xiàn)緊急異常情況（如大/暴雨等惡劣天氣、連續(xù)陰雨天氣等），系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息（包括聲光報(bào)警、系統(tǒng)警示窗及聲音報(bào)警、監(jiān)控大屏幕警示窗報(bào)警、分級(jí)手機(jī)短信報(bào)警等）。3）可實(shí)現(xiàn)水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)信息在光明水庫(kù)管理局、新泰市水利局等主管單位多級(jí)共享。4）為便于項(xiàng)目的日常管理，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程登錄、遠(yuǎn)程訪問(wèn)、遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程維護(hù)。

2　系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

光明水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括壩體表面變形監(jiān)測(cè)、庫(kù)水位監(jiān)測(cè)、庫(kù)區(qū)降雨量監(jiān)測(cè)、浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體預(yù)期是保證壩體的安全，充分發(fā)揮工程效益，更好地為安全生產(chǎn)服務(wù)。具體設(shè)計(jì)功能如下：1）實(shí)現(xiàn)對(duì)光明水庫(kù)重要運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、計(jì)算、分析，包括庫(kù)水位、庫(kù)區(qū)降雨量、壩體表面位移，壩體浸潤(rùn)線等，實(shí)時(shí)掌握光明水庫(kù)運(yùn)行的安全狀態(tài)。2）直觀顯示各項(xiàng)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控信息數(shù)據(jù)的歷史變化過(guò)程及當(dāng)前狀態(tài)，為水庫(kù)安全生產(chǎn)管理人員提供簡(jiǎn)單明了、直觀有效的信息參考。對(duì)比以前的人工計(jì)算分析，系統(tǒng)自動(dòng)采集分析計(jì)算，減少因人工誤操作等原因造成的誤差。3）一旦出現(xiàn)緊急異常情況，系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。報(bào)警及時(shí)、迅速、直觀，做到一有超過(guò)現(xiàn)值立即報(bào)警，可以讓管理人員有足夠的時(shí)間做好安全防范工作，降低災(zāi)害發(fā)生的可能性。4）能接入因特網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程登錄、遠(yuǎn)程訪問(wèn)、遠(yuǎn)程管理和遠(yuǎn)程維護(hù)。5）分級(jí)管理平臺(tái)工作模式，方便光明水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)信息在庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)站管理員、技術(shù)員可以隨時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)登錄觀察水庫(kù)安全狀況，真正做到了自動(dòng)化辦公。

3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)按多級(jí)管理平臺(tái)模式設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)信息在庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)站、庫(kù)區(qū)管理中心站、光明水庫(kù)上級(jí)安全生產(chǎn)主管部門等多級(jí)共享，系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，可以用作政府安監(jiān)部門及企業(yè)內(nèi)部的管理平臺(tái)。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看、操控、管理、維護(hù)，網(wǎng)頁(yè)式遠(yuǎn)程操作，不需安裝任何客戶端程序即可進(jìn)行遠(yuǎn)程查看、操控、管理與維護(hù)，方便易用，只要有因特網(wǎng)就能進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)，全程與本地操作完全一樣。成果分析結(jié)果以動(dòng)畫形式表現(xiàn)，便于直觀掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

光明水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由3部分組成：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析及管理子系統(tǒng)（監(jiān)測(cè)管理中心）。其中，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)由安裝在水庫(kù)壩體表面、內(nèi)部以及其他區(qū)域的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)設(shè)備組成；采集的原始數(shù)據(jù)通過(guò)由光纖搭建而成的數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)進(jìn)行傳輸；原始數(shù)據(jù)流最終傳到監(jiān)控中心由軟件進(jìn)行自動(dòng)解算、分析。

4　監(jiān)測(cè)技術(shù)方案

4.1壩體表面位移監(jiān)測(cè)

壩體表面位移監(jiān)測(cè)主要分為基準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè)、變形監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析處理及運(yùn)行維護(hù)4大部分。

1）基準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè)。基準(zhǔn)網(wǎng)為GNSS基準(zhǔn)點(diǎn)，其基準(zhǔn)點(diǎn)作為大壩位移監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)起算網(wǎng)點(diǎn)，采用GNSS連續(xù)運(yùn)行技術(shù)獲得，并定時(shí)與國(guó)際IGS網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以確認(rèn)其是否發(fā)生位移。本項(xiàng)目擬在樁號(hào)0+115和0+375各設(shè)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站2個(gè)。

2）變形監(jiān)測(cè)。大壩外觀變形監(jiān)測(cè)采用GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的方式，針對(duì)系統(tǒng)分別設(shè)置相應(yīng)的觀測(cè)墩、供電、通訊、防雷、防盜等設(shè)施。本項(xiàng)目擬在0+115、0+250、0+375、0+593斷面各設(shè)變形監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。

3）數(shù)據(jù)分析處理。大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)光纖通訊的方式傳輸并保存至數(shù)據(jù)解算服務(wù)器，由系統(tǒng)軟件按照事先設(shè)定的嚴(yán)格的質(zhì)量控制流程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，以獲取大壩、滑坡體內(nèi)各斷面、測(cè)點(diǎn)的三維位移變化矢量信息。若大壩位移量超警戒閾值，立即上報(bào)相應(yīng)的預(yù)警預(yù)報(bào)信息，并調(diào)整增加相應(yīng)的監(jiān)測(cè)頻率和現(xiàn)場(chǎng)巡查力度。

4）運(yùn)行維護(hù)。針對(duì)運(yùn)行期間各類日常故障、突發(fā)事件，由專人在測(cè)區(qū)內(nèi)定時(shí)進(jìn)行巡查和設(shè)備維護(hù)，保證各類監(jiān)測(cè)設(shè)備、設(shè)施能夠正常運(yùn)行。

4.2浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)

浸潤(rùn)線是大壩安全的生命線，浸潤(rùn)線的高度直接關(guān)系到壩體穩(wěn)定及安全性狀。因此，需在現(xiàn)有大壩測(cè)壓管中安裝振弦式測(cè)壓計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)預(yù)警初步設(shè)計(jì)分為黃色、橙色、紅色三級(jí)，其中三級(jí)為較重，二級(jí)為嚴(yán)重，一級(jí)為特別嚴(yán)重。管理單位將根據(jù)系統(tǒng)發(fā)布的各級(jí)預(yù)警，密切注意水庫(kù)的安全狀況，以便采取相應(yīng)處理措施。

4.3降雨量監(jiān)測(cè)

在水庫(kù)大壩0+115斷面位置設(shè)置降雨量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，水庫(kù)大壩在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中降雨量監(jiān)測(cè)選擇智能雨量站監(jiān)測(cè)裝置，智能雨量站采用翻斗式雨量計(jì)。參考國(guó)家氣象局對(duì)降雨量級(jí)別的劃分對(duì)降雨預(yù)警設(shè)計(jì)分為1～3級(jí)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后可根據(jù)當(dāng)?shù)厮臍庀筚Y料以及實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)警參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

4.4庫(kù)水位監(jiān)測(cè)

光明水庫(kù)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在放水洞和溢洪閘附近，分別采用超聲波水位計(jì)和GPS水位計(jì)。初步控制對(duì)庫(kù)水位預(yù)警值設(shè)置參照標(biāo)準(zhǔn)為：控制水位和設(shè)計(jì)水位高差不小于0.50 m。預(yù)警設(shè)計(jì)為：一級(jí)預(yù)警值為設(shè)計(jì)水位高程下0.50 m，二級(jí)預(yù)警值為設(shè)計(jì)水位高程下0.75 m，三級(jí)預(yù)警值為設(shè)計(jì)水位高程下1.00 m。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后可將實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)原設(shè)計(jì)單位并對(duì)預(yù)警值進(jìn)行重新計(jì)算和優(yōu)化調(diào)整。

5　結(jié)語(yǔ)

目前光明水庫(kù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)尚不夠完善，還沒(méi)有達(dá)到大中型水庫(kù)自動(dòng)化項(xiàng)目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更是保證壩體安全的重點(diǎn)項(xiàng)目，需要盡快開展建設(shè)，完善系統(tǒng)功能。本文結(jié)合光明水庫(kù)工況，初步提出了系統(tǒng)建設(shè)方案，具體預(yù)警值的設(shè)置還需要結(jié)合水庫(kù)大壩的歷史數(shù)據(jù)和今后的防汛與供水調(diào)度等需求做適當(dāng)調(diào)整。建議相關(guān)主管部門盡快開展建設(shè)，確保水庫(kù)大壩安全，早日發(fā)揮效益。

［1］張衛(wèi)東，徐永兵.大壩滲流分析模型與分析方法研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2007（6）：34－36.

［2］鞏向偉，侯豐奎，張衛(wèi)東，等.水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及自動(dòng)化［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2007（2）：65－68.

［3］武建，徐永兵，于淼淼，等.無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)及其在大型灌區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2013，19（10）：116－118.

［4］祝在芳，孫培吉，徐永兵.大中型水庫(kù)自動(dòng)化項(xiàng)目標(biāo)段劃分［J］.山東水利，2011（9）：14－15.

（責(zé)任編輯張玉燕）

TV697

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2016-05-02

呂衍恒（1985—），男，助理工程師