馬旺水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)探析

朱永斌，欒美慧，李靜旭

（1.高密市馬旺水庫(kù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)中心，山東 高密261517；2.高密市引調(diào)水工程運(yùn)營(yíng)維護(hù)中心，山東 高密261500）

馬旺水庫(kù)位于山東省高密市柴溝鎮(zhèn)馬旺村西南，控制流域面積68 km2，是一座具有防洪、灌溉功能的中型水利（樞紐）工程。水庫(kù)于1959年10月動(dòng)工興建，1960年5月竣工，2006年開(kāi)始除險(xiǎn)加固，2010年竣工驗(yàn)收。水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000年一遇洪水校核，興利水位51.53 m，水庫(kù)汛限水位51.53 m，設(shè)計(jì)洪水位52.51 m，校核洪水位53.55 m。水庫(kù)總庫(kù)容2 695萬(wàn)m3，興利庫(kù)容1 185萬(wàn)m3，死庫(kù)容75萬(wàn)m3。主體工程由主壩、副壩、泄洪道、放水洞等組成。主壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程55.5 m，最大壩高15 m，壩軸線長(zhǎng)度203 m。副壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程55.5 m，最大壩高8 m，壩軸線長(zhǎng)度1 138 m。2010年新設(shè)三孔溢洪閘，閘門尺寸6×4.5 m。水庫(kù)樞紐工程等級(jí)Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)。

隨著馬旺水庫(kù)大壩安全管理水平的不斷提升，原有人工觀測(cè)由于受經(jīng)費(fèi)和自身技術(shù)水平限制，已越來(lái)越不能滿足水庫(kù)大壩安全管理需要，亟需建設(shè)一套信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩安全實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)基于手機(jī)移動(dòng)端巡視檢查以及基于軟件的資料整編管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)方案

1.1 建設(shè)思路

結(jié)合馬旺水庫(kù)大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀需求和國(guó)家對(duì)水庫(kù)規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化要求，建設(shè)提供本地及云端、計(jì)算機(jī)端（PC）和移動(dòng)端（APP）相結(jié)合的大壩安全監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)，全面提升馬旺水庫(kù)大壩安全運(yùn)行的數(shù)字化、精細(xì)化、智能化、規(guī)范化管理水平。系統(tǒng)通過(guò)在馬旺水庫(kù)大壩建設(shè)28處滲壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)站和8處大壩變形監(jiān)測(cè)站，通過(guò)無(wú)線或有線的方式自動(dòng)上報(bào)管理中心，由管理中心整合原有的水位、雨量等數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理、統(tǒng)計(jì)、整編、分析等，實(shí)現(xiàn)馬旺水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性和精度，及時(shí)預(yù)報(bào)大壩承受能力和可能發(fā)生的事件。

1.2 建設(shè)方案

1）大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)。主要內(nèi)容為安裝工控機(jī)一臺(tái)，配套信息管理系統(tǒng)軟件一套，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩的變形監(jiān)測(cè)、滲壓監(jiān)測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理和在線分析、大壩安全評(píng)判預(yù)警和輔助決策、大壩基礎(chǔ)資料及業(yè)務(wù)資料整編、巡視檢查痕跡式管理等業(yè)務(wù)管理功能，全面整合大壩安全監(jiān)測(cè)信息，全面提升大壩安全信息化規(guī)范化管理水平。

2）大壩滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。大壩滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要沿馬旺水庫(kù)大壩新設(shè)立28處滲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別位于大壩0+330、0+435、0+510以及0+850四個(gè)斷面處，每個(gè)斷面7處，其中壩體管3處，壩基管4處。

3）大壩表面變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。大壩表面變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是在馬旺水庫(kù)大壩0＋405斷面、0＋590斷面新建8處大壩變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)斷面4處，在馬旺水庫(kù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)中心院內(nèi)新建變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)1處。

2 系統(tǒng)建設(shè)成效

2.1 節(jié)約運(yùn)行管理成本

建設(shè)完成大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)后，可以自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的定時(shí)采集，只需要定期進(jìn)行人工比對(duì)；同時(shí)系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)資料整編分析功能，可以直接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的報(bào)表形成、繪制各種分析圖形等，有效降低數(shù)據(jù)處理勞動(dòng)強(qiáng)度和時(shí)間，提高了工程運(yùn)行效率，節(jié)約了運(yùn)行管理成本。

2.2 提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性

通過(guò)安裝大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，大幅度降低主觀、客觀因素的影響及人工參與度低，排除了人工誤差對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響，特別是滲壓監(jiān)測(cè)中采用感應(yīng)式水位檢測(cè)原理，水位變化判斷監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確、誤差小，提高了整個(gè)大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2.3 提升管理信息化水平

在新建大壩滲壓監(jiān)測(cè)和大壩表面變形監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，將原有水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)、降雨自動(dòng)監(jiān)測(cè)接入大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)，在大壩變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)、環(huán)境量監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)管理和在線分析、大壩安全評(píng)判預(yù)警和輔助決策等基礎(chǔ)上，提供大壩基礎(chǔ)資料及業(yè)務(wù)資料整編、巡視檢查痕跡式管理等業(yè)務(wù)管理功能，在很大程度上提升了水庫(kù)運(yùn)行管理的信息化水平，為馬旺水庫(kù)后期數(shù)字水庫(kù)的建設(shè)提供了平臺(tái)支撐。

2.4 提高水庫(kù)應(yīng)急處置能力與維護(hù)水平

可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大壩安全運(yùn)行數(shù)據(jù)，提供24 h實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警，保證惡劣環(huán)境下對(duì)壩體安全運(yùn)行狀態(tài)的不間斷監(jiān)測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。當(dāng)數(shù)據(jù)異常時(shí)，通過(guò)聲光報(bào)警提醒水庫(kù)管理人員采取必要措施進(jìn)行處理，提升馬旺水庫(kù)的應(yīng)急處置能力。同時(shí)，有助于水庫(kù)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、系統(tǒng)化的管理，提高馬旺水庫(kù)的運(yùn)行維護(hù)水平。

3 存在問(wèn)題

3.1 功能較少，尚不能完全滿足發(fā)展需求

因受資金和現(xiàn)有水庫(kù)運(yùn)行維護(hù)現(xiàn)狀所限，大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)只完成了大壩滲壓、庫(kù)水位、大壩表面變形、庫(kù)區(qū)降雨量4個(gè)模塊的建設(shè)，其他監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)因水庫(kù)目前尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸和整編，功能相對(duì)單一，不能滿足數(shù)字水庫(kù)建設(shè)的需求。

3.2 監(jiān)測(cè)時(shí)段數(shù)據(jù)受外界因素影響大

馬旺水庫(kù)大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用全球定位系統(tǒng)（GNSS）進(jìn)行全天候觀測(cè)，部分時(shí)段數(shù)據(jù)受大壩道路上行車、衛(wèi)星信號(hào)等因素影響偏離較大，在進(jìn)行數(shù)據(jù)整編分析時(shí)要剔除這部分?jǐn)?shù)據(jù)需要定期和人工觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 注意事項(xiàng)

4.1 設(shè)備供電

設(shè)備供電方式分市電供電和太陽(yáng)能供電、蓄電池供電三種方式，馬旺水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用市電供電加充電蓄電池結(jié)合方式，很好地解決后期維護(hù)成本高的問(wèn)題，并有效避免市電停電時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的缺失。

4.2 數(shù)據(jù)通訊

馬旺水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸充分利用監(jiān)控光纜和供電電纜鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有線傳輸，避免了無(wú)線傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)固定IP的要求，降低了造價(jià)和后期運(yùn)行費(fèi)用。

4.3 大壩表面變形監(jiān)測(cè)

鑒于全球定位系統(tǒng)（GNSS）具有定位精度高，全天侯觀測(cè)、自動(dòng)采集、傳輸數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，綜合考慮建設(shè)成本及應(yīng)用環(huán)境，結(jié)合水庫(kù)大壩的實(shí)際情況，確定馬旺水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)采用GNSS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

馬旺水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)自2019年12月建成以來(lái)，運(yùn)行良好。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化改造取得了良好的效果，為水庫(kù)大壩安全運(yùn)行提供了及時(shí)有效的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析整編圖表，為水庫(kù)管理單位和各級(jí)管理部門對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的指揮調(diào)度提供了強(qiáng)有力的決策支撐。