新興苴水庫工程大壩監(jiān)測及水情測報(bào)系統(tǒng)施工質(zhì)量控制

錢仕舜

（祥云縣水旱災(zāi)害防御與水利工程質(zhì)量安全服務(wù)中心，云南 祥云 672100）

0 引言

新興苴水庫工程大壩安全監(jiān)測及水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)，是應(yīng)用現(xiàn)代的遙測、計(jì)算機(jī)和通信等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)時(shí)收集、處理水情、雨情、工情信息，進(jìn)行水文預(yù)報(bào)和優(yōu)化調(diào)度作業(yè)。以實(shí)現(xiàn)水庫防洪、蓄水的合理調(diào)度，充分發(fā)揮工程效益的技術(shù)保障系統(tǒng)。

1 工程概況

新興苴水庫位于金沙江一級支流漁泡江支流禾米河的上游段，距祥云縣城30km。水庫總徑流面積105.01km2，其中本區(qū)徑流面積58.4km2，引水區(qū)徑流面積46.61km2。水庫設(shè)計(jì)總庫容1824 萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積3.17 萬畝。該水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等功能的中型水庫。水庫樞紐由大壩、溢洪道和輸水隧洞組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩高27.14m，壩頂高程2002.30m，壩長392.7m。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為及時(shí)掌握水庫上游地區(qū)的雨情、水情及水庫水位、庫容、大壩浸潤線、滲漏等信息，以滿足水庫防洪調(diào)度的需要，提高運(yùn)行管理水平和經(jīng)濟(jì)效益，在新興苴水庫除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目中配套了大壩安全監(jiān)測及水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了超短波傳輸數(shù)據(jù)等系列成熟的技術(shù)，對新興苴水庫大壩工況信息及水文信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)采集、傳輸和處理，提高了調(diào)度決策的科學(xué)性和時(shí)效性，確保水庫工程安全運(yùn)行。

2.1 系統(tǒng)通信組網(wǎng)

站網(wǎng)布設(shè)主要根據(jù)新興苴水庫的暴雨分部規(guī)律以及水庫調(diào)度運(yùn)行的需要，設(shè)置了2 個(gè)遙測雨量站、1 個(gè)水庫樞紐區(qū)測站及1 個(gè)分中心站，數(shù)據(jù)信息經(jīng)中繼站中轉(zhuǎn)通信傳輸至縣局中心站。系統(tǒng)采用超短波通信，工作體制采用應(yīng)答式[1]。

2.2 系統(tǒng)的構(gòu)成

新興苴水庫大壩監(jiān)測及水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)以縣局為中心站，新興苴水庫設(shè)分中心站和水庫樞紐區(qū)測站，徑流區(qū)布設(shè)2 個(gè)遙測雨量站，系統(tǒng)整體由水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)和大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)組成。

2.2.1 水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)

（1）徑流區(qū)雨量站。在上游人工引水點(diǎn)和自然徑流區(qū)分別各設(shè)置1 個(gè)遙測雨量站，采集雨量參數(shù)并實(shí)時(shí)傳送到新興苴水庫測站，便于掌握引水區(qū)和徑流區(qū)的降雨量情況，估算由此產(chǎn)生的水庫入流量，為防汛決策提供實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)。

（2）樞紐區(qū)測站。水庫樞紐區(qū)測站設(shè)在水庫管理所，監(jiān)測庫區(qū)降雨量、蒸發(fā)量、庫水位及庫容量，用于掌握水位狀態(tài)和推算入庫流量。

（3）分中心站。分中心站是水庫系統(tǒng)的中心，安裝了水情測報(bào)系統(tǒng)終端、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)終端、視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端等設(shè)備，所有系統(tǒng)的最終控制都在水庫測站完成。

2.2.2 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)

大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)分為壩體浸潤線監(jiān)測、壩基滲漏流量監(jiān)測、視頻監(jiān)測三個(gè)部分。

（1）在壩體布置12 個(gè)浸潤線監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)縱向分四排（橫向?yàn)? 個(gè)斷面）布置。在測壓管中埋設(shè)壓力傳感器，上游壩坡一排（埋設(shè)高程1980.60m），下游壩坡三排（埋設(shè)高程分別為1976.50m，1976.00m，1975.50m）。采用自動(dòng)監(jiān)測的方式，使水庫大壩安全信息存貯、查詢和輸出等工作自動(dòng)化。

（2）壩基滲漏流量監(jiān)測。在壩腳總排水溝量水三角堰以內(nèi)，配置超聲波水位計(jì)1 個(gè)，通過實(shí)時(shí)測量堰前水位來確定滲漏流量。

（3）視頻監(jiān)測站。在水庫管理房院外的小山坡頂設(shè)置一個(gè)視頻監(jiān)測點(diǎn)，對庫區(qū)進(jìn)行全面、直接的視頻監(jiān)視；在大壩上游右側(cè)也設(shè)置一個(gè)視頻監(jiān)測點(diǎn)，主要用于觀測庫水位水尺并兼顧大壩的上游坡面。視頻監(jiān)控前端設(shè)備配置2 臺(tái)全方位彩色攝像機(jī)，中心設(shè)備主要由1臺(tái)4 路嵌入式數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)和1 臺(tái)彩色監(jiān)視器及控制鍵盤組成，如圖1 所示。

圖1 視頻監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的視頻信號(hào)接入水庫分中心站機(jī)房，進(jìn)行集中顯示和控制，與其他系統(tǒng)一起，方便水庫管理人員掌握庫區(qū)和大壩的情況，提高了管理效率及安全保衛(wèi)工作。

2.3 系統(tǒng)的基本設(shè)備配置及功能

新興苴水庫工程大壩安全監(jiān)測及水情測報(bào)系統(tǒng)配置的主要設(shè)備及功能如下。

2.3.1 遙測雨量站

遙測雨量站主要有雨量計(jì)（雨量傳感器）、數(shù)據(jù)處理終端、數(shù)字式電臺(tái)、定向天線、天線同軸避雷器、電源（太陽能板、充放電控制器、蓄電池）等硬件設(shè)備。

遙測站具備功耗控制能力，在值守時(shí)關(guān)閉不工作部分電路電源，使設(shè)備處于微功耗狀態(tài)，做到了可無人值守（委托看管），能夠全天候工作。遙測雨量站實(shí)現(xiàn)了雨量信息的自動(dòng)采集、定時(shí)、實(shí)時(shí)自動(dòng)增量、全量發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.3.2 樞紐區(qū)測站

樞紐區(qū)測站主要有雨量計(jì)（雨量傳感器）、蒸發(fā)器、光電浮子水位計(jì)（測上游庫水位）、超聲波水位計(jì)（測三角堰水位）、壓力式傳感器（測壩體浸潤線）、數(shù)據(jù)處理終端、數(shù)字式電臺(tái)、定向天線、信號(hào)隔離器、天線同軸避雷器、12 V 直流充電電源、蓄電池等硬件設(shè)備。

樞紐區(qū)測站主要是將采集到的數(shù)據(jù)信息通過水情采集控制儀（數(shù)據(jù)處理終端）和數(shù)傳電臺(tái)，采用無線（超短波）傳輸方式，利用中繼站傳輸至水庫分中心站機(jī)房及縣局中心站，實(shí)現(xiàn)大壩監(jiān)測、水文預(yù)報(bào)和水庫調(diào)度運(yùn)行的功能。

2.3.3 分中心站

水庫分中心站主要有：定向天線、超短波電臺(tái)、數(shù)據(jù)處理終端、工控機(jī)、彩色監(jiān)視器、硬盤錄像機(jī)、天線同軸避雷器、12 V 直流充電電源、不間斷電源（UPS）等硬件設(shè)備。

水庫分中心站是全系統(tǒng)的信息收集和調(diào)度中心，遙測站采集到水文數(shù)據(jù)并經(jīng)中繼站傳送后在此進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，主要功能是對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性檢查并存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)；將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類并生成數(shù)據(jù)文件，可對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行查詢，插補(bǔ)和修正；可根據(jù)用戶設(shè)定從數(shù)據(jù)庫中讀取某時(shí)間段的水位、庫容、降雨量等數(shù)據(jù)并生成各種日報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表；對數(shù)據(jù)進(jìn)行圖標(biāo)化處理，顯示、打印、繪制各種表格與圖形[2]，如圖2 所示。

圖2 大壩浸潤線

3 主要施工方法及質(zhì)量控制

本工程特點(diǎn)：在技術(shù)上，涉及面廣，行業(yè)跨度大，涉及專業(yè)化很強(qiáng)的無線電通信、計(jì)算機(jī)通信傳輸、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)房環(huán)境工程、防雷接地等領(lǐng)域的技術(shù)；在施工上，具有子系統(tǒng)多、工程范圍大、野外設(shè)備多、工程量大、工程施工工種配合多、調(diào)試復(fù)雜等特點(diǎn)。

3.1 主要施工方法

為保證施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，工程實(shí)施中采取了一系列有效的施工方法，概括起來主要如下6 個(gè)方面。

3.1.1 組織方法

把項(xiàng)目按照系統(tǒng)組成、施工組成、施工階段和特點(diǎn)分解出具體的主要責(zé)任人和監(jiān)督、審核、參與質(zhì)量控制者，做到各司其責(zé)、相互協(xié)調(diào)、監(jiān)督促進(jìn)。

3.1.2 多點(diǎn)鋪開，并行實(shí)施

在具體施工中，按照區(qū)域特點(diǎn)，組織庫區(qū)施工組、遙測站施工組，在統(tǒng)一計(jì)劃之下進(jìn)行分區(qū)域的并行施工。

3.1.3 先基礎(chǔ)、后設(shè)備

基礎(chǔ)工程包含溝道、管道、電纜、設(shè)備基礎(chǔ)基座等工程，是設(shè)備安裝的前提和基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)工程按質(zhì)量要求施工完成后，才能進(jìn)行主要性能設(shè)備的安裝和連接。

3.1.4 先前端、后中心

本系統(tǒng)前端設(shè)備較多，包含2 個(gè)遙測站、12 個(gè)浸潤線壓力傳感器、2 套浸潤線采集設(shè)備、2 套視頻攝像機(jī)等；中心設(shè)備較為集中，所有系統(tǒng)的中心設(shè)備均在水庫分中心機(jī)房內(nèi)。

為了系統(tǒng)的階段調(diào)試需要，系統(tǒng)設(shè)備安裝采取先前端、后中心的方法。對各系統(tǒng)的前端設(shè)備按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求認(rèn)真安裝，對現(xiàn)場能進(jìn)行調(diào)試的部分先進(jìn)行調(diào)試，最后在安裝中心設(shè)備時(shí)能清楚的進(jìn)行系統(tǒng)的連接和調(diào)試。

3.1.5 系統(tǒng)分層、集中統(tǒng)一

對于總系統(tǒng)和各子系統(tǒng)，根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的層次劃分，清晰系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次，結(jié)合施工現(xiàn)場情況，分階段的對于各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行傳感器、現(xiàn)場控制設(shè)備、通信設(shè)備、中心控制設(shè)備及系統(tǒng)軟件按步驟安裝、調(diào)試。

同時(shí)，注重系統(tǒng)的集中和統(tǒng)一性。無論是子系統(tǒng)還是分系統(tǒng)，都存在物理和硬件的連接、集中。所以在分層安裝調(diào)試的同時(shí)，注重系統(tǒng)的相關(guān)性，各子系統(tǒng)的安裝或調(diào)試，都預(yù)先為下一層或總系統(tǒng)做好總連、總調(diào)的準(zhǔn)備。

3.1.6 逐級連接、逐級調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試分為傳感器連接調(diào)試、現(xiàn)場連接或設(shè)備調(diào)試、子系統(tǒng)調(diào)試、中心軟硬件調(diào)試等各級。在調(diào)試工作中，從信息流程上，把系統(tǒng)設(shè)備的安裝看作是為系統(tǒng)調(diào)試服務(wù)的。

各子系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)、現(xiàn)場處理設(shè)備采集的數(shù)據(jù)、通信線路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，按照系統(tǒng)性能的要求，以規(guī)定的格式進(jìn)入中心設(shè)備后，才能便于對中心設(shè)備的軟件和硬件進(jìn)行調(diào)試。所以，根據(jù)系統(tǒng)要求對前、中、后等環(huán)節(jié)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，應(yīng)采取逐級連接、逐級調(diào)試的方式，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能要求。

3.2 質(zhì)量控制

3.2.1 做好儀器設(shè)備運(yùn)輸和保管

要求儀器設(shè)備生產(chǎn)廠家采取有效可靠的防護(hù)措施，保證儀器的安全運(yùn)輸，儀器平穩(wěn)放置，避免擠壓、撞擊或劇烈顛簸、振動(dòng)。

在工地現(xiàn)場建立專用倉庫妥善存放監(jiān)測儀器設(shè)備和電纜，庫內(nèi)保持清潔、干燥，并由專人管理。

3.2.2 嚴(yán)格把好進(jìn)場設(shè)備質(zhì)量關(guān)

儀器設(shè)備進(jìn)場后要認(rèn)真進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)，要檢查儀器工作狀態(tài)、校核儀器出廠參數(shù)、驗(yàn)證儀器各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，確保設(shè)備完整、無缺陷，并附出廠合格證、說明書和檢驗(yàn)報(bào)告。

3.2.3 控制好設(shè)備安裝質(zhì)量

儀器設(shè)備安裝前要進(jìn)行必要的查驗(yàn)和復(fù)核，外觀要求表面無銹蝕、傷痕及裂痕，引出的電纜護(hù)套無損傷；復(fù)核規(guī)格、型號(hào)、數(shù)量要符合設(shè)計(jì)；儀器設(shè)備安裝工序要嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，設(shè)備的檢驗(yàn)、安裝埋設(shè)和電纜敷設(shè)三道工序都要按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行，確保設(shè)備安裝位置準(zhǔn)確、牢固可靠，符合設(shè)計(jì)要求[3]。

3.2.4 嚴(yán)格控制基礎(chǔ)工程的施工質(zhì)量

要把系統(tǒng)的基礎(chǔ)工程當(dāng)作保證工程質(zhì)量的重要施工內(nèi)容，在線路測量、電纜溝道開挖、電纜敷設(shè)等方面組織齊全的技術(shù)和施工力量，進(jìn)行清晰的施工突擊。并對各野外現(xiàn)場站點(diǎn)的基礎(chǔ)、基座等進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)、設(shè)置、安裝。

4 系統(tǒng)的運(yùn)行情況

新興苴水庫大壩監(jiān)測及水情測報(bào)系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了多年，能及時(shí)的讓水庫管理人員掌握水庫的水位、庫容、降雨、滲漏、浸潤線等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以進(jìn)行歷史曲線及歷史數(shù)據(jù)的查詢，基本能反映水庫水情、雨情、工情的動(dòng)態(tài)，可以更快地掌握水庫運(yùn)行管理的規(guī)律性，提高水庫運(yùn)行管理的水平和效率。

5 結(jié)語

（1）大壩監(jiān)測及水情測報(bào)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)要設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)三個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)沒做好，都將影響系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量，因此在實(shí)施前要結(jié)合工程實(shí)際情況制定一個(gè)科學(xué)合理的規(guī)劃。

（2）水庫工程管理信息化，對提高水庫工程安全運(yùn)行管理水平意義重大，能有效的提高運(yùn)行管理工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。