大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在某水庫(kù)的應(yīng)用

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摘要：福建省福清市東張水庫(kù)，在保留人工觀(guān)測(cè)設(shè)施的基礎(chǔ)上，利用加拿大援助的儀器建成了大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)加方系統(tǒng)，并于后期增建了壩頂引張線(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)中方系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了大壩安全的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：東張水庫(kù)、大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè) 東張水庫(kù)位于福建省福清市龍江中游，壩址在福清市宏路鎮(zhèn)真豐村，壩址以上控制流域面積200Km2，總庫(kù)容2.06億m3，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)及生活供水為主，兼有防洪、發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖等綜合利用的大（二）型水利工程。樞紐工程由攔河壩、溢洪道、輸水洞和壩后電站組成。攔河壩為混凝土寬縫重力壩，壩頂長(zhǎng)度210m，最大壩高38.5m。 工程建成以來(lái)，堅(jiān)持按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行觀(guān)測(cè)，積累了大量的觀(guān)測(cè)資料，但經(jīng)過(guò)了四十年的運(yùn)行，亦出現(xiàn)了一些問(wèn)題，即：監(jiān)測(cè)手段落后、監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備陳舊老化、監(jiān)測(cè)誤差較大以及無(wú)監(jiān)測(cè)資料整編等，不能準(zhǔn)確及時(shí)的保障大壩安全運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)了大壩安全的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。 一、大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備 大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由中方、加拿大兩套設(shè)備組成。 1）加方監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：傳感器共有58個(gè)，包括鋼弦式滲壓計(jì)28個(gè)，三向測(cè)縫計(jì)10個(gè)，垂線(xiàn)坐標(biāo)儀7個(gè)，上游水位計(jì)1個(gè)，下游水位計(jì)2個(gè)，超聲波水位計(jì)2個(gè)，雨量計(jì)1個(gè)，壩溫計(jì)3個(gè)，水溫計(jì)3個(gè)，氣溫計(jì)1個(gè)。首先，系統(tǒng)通過(guò)MCU采集各種儀器測(cè)量到的數(shù)據(jù)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到硬盤(pán)上名為SQLDATA1.DB的數(shù)據(jù)庫(kù)文件中。其次，采用DSM_UPDATE軟件將GEONET采集的數(shù)據(jù)從SYBASE數(shù)據(jù)庫(kù)格式轉(zhuǎn)化為ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)格式，從而使測(cè)量數(shù)據(jù)可以直接被DSM數(shù)據(jù)管理軟件所使用。最后，由DSM軟件具體完成過(guò)程線(xiàn)繪制、報(bào)表生成及打印等功能。 2）中方監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：采用南京水利水文自動(dòng)化研究所生產(chǎn)的DG-2000型分布式大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。分布在壩頂各監(jiān)測(cè)部位的16臺(tái)監(jiān)測(cè)儀器用電纜接入4臺(tái)MCU-1M型測(cè)控裝置，測(cè)控裝置通過(guò)通訊電纜連接，電源電纜從中央控制裝置引到各測(cè)控裝置，按總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。 二、大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作原理 1、加方監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置位置及其儀器工作原理 ⑴．監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集：可對(duì)垂線(xiàn)坐標(biāo)儀、滲壓計(jì)、三向測(cè)縫計(jì)、雨量計(jì)、水溫計(jì)、氣溫計(jì)、上下游水位計(jì)、超聲波水位計(jì)等各種傳感器采取自動(dòng)監(jiān)測(cè)（自報(bào)式）和強(qiáng)制監(jiān)測(cè)（應(yīng)答式）的方式進(jìn)行巡測(cè)、選測(cè)和人工測(cè)量。 ⑵．?dāng)?shù)據(jù)通訊：測(cè)控單元與工作站之間具有雙向通訊功能。 ⑶．?dāng)?shù)據(jù)分析和管理：對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存貯和打印，建立工程檔案，并實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)處理和離線(xiàn)處理，及時(shí)制成圖表，對(duì)工程性態(tài)進(jìn)行分析和安全評(píng)估。 ⑷．壩基揚(yáng)壓力的監(jiān)測(cè)：壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)壩基揚(yáng)壓力變化，橫向揚(yáng)壓力孔11個(gè)，布置在3號(hào)、7號(hào)、9號(hào)和12號(hào)壩段。揚(yáng)壓力觀(guān)測(cè)采用振弦式滲壓計(jì)觀(guān)測(cè)，滲壓計(jì)的傳感元件是一根附在膜上的鋼琴弦，它由繞組磁鐵激勵(lì)作用在膜上的壓力來(lái)改變弦的壓力，張力與鋼弦共振或自然頻率成比例，通過(guò)頻率信號(hào)測(cè)量再轉(zhuǎn)換成水壓力數(shù)據(jù)量。 ⑸．接縫測(cè)量：三向測(cè)縫計(jì)共有10個(gè)，其中7個(gè)安裝在擋水壩段壩面上，3個(gè)安裝在溢流壩段寬縫上游側(cè)。測(cè)縫計(jì)測(cè)量壩的上下游，左右岸和沉陷的相對(duì)變化。測(cè)縫計(jì)的工作原理與滲壓計(jì)相同。 ⑹．壩基的水平位移和擾度監(jiān)測(cè)：在8-9號(hào)橫縫、12號(hào)壩段中間各鉆一個(gè)倒垂孔，倒垂孔底部鉆至壩基面以下三分之一壩高不小于10米。其工作原理是利用液箱中液體對(duì)浮子的浮力，將錨固在基巖深處的不銹鋼拉緊成為一條鉛直線(xiàn)可用此垂線(xiàn)測(cè)定建筑物的變位。   ⑺．滲漏量的觀(guān)測(cè)：滲漏量反映壩身整體性，壩縫止水結(jié)構(gòu)及防滲帷幕的工作狀態(tài)，對(duì)了解大壩的運(yùn)行狀態(tài)有重要的意義，結(jié)合水庫(kù)的實(shí)際滲流情況布設(shè)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用量水堰對(duì)壩基廊道及壩后集水井進(jìn)行測(cè)量，即在12號(hào)壩基基礎(chǔ)廊道和3號(hào)壩后集水井各設(shè)一量水堰，采用超聲波水位計(jì)測(cè)量堰上水頭，從而得出滲漏量。 ⑻．繞壩滲流的監(jiān)測(cè)：根據(jù)地質(zhì)資料，左岸地質(zhì)條件較差，故在左岸增設(shè)繞壩滲流觀(guān)測(cè)，它也是采用振弦式儀器測(cè)量，工作原理與滲壓計(jì)相同。 ⑼．雨量計(jì)：設(shè)置在2號(hào)壩段觀(guān)測(cè)房壩頂設(shè)置一個(gè)翻斗式雨量計(jì)，工作原理是：當(dāng)下雨時(shí)就翻斗轉(zhuǎn)一次，關(guān)閉磁性開(kāi)關(guān)給MCU一個(gè)脈沖的信號(hào)，分辨率為每翻一次0.254mm。那么MCU計(jì)下每次脈沖的信號(hào)變成雨量。 ⑽．壩溫計(jì)埋設(shè)于7號(hào)壩段下游坡40m和50m高程上，先在壩坡上鉆一個(gè)深50cm的孔，將壩溫計(jì)輕輕放入后，用水泥砂漿封堵；上游水位計(jì)（庫(kù)水位計(jì)）雨量計(jì)、氣溫計(jì)安裝在2號(hào)壩段水位觀(guān)測(cè)房?jī)?nèi)，下游水位計(jì)為壓力式水位計(jì)，安裝在溢洪道挑流鼻坎下，外用鋼管保護(hù)。 2、中方監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置位置及其儀器工作原理 （1）、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能 1）中央控制方式：由中央控制裝置發(fā)出命令，測(cè)控裝置接收命令、完成規(guī)定的測(cè)量，測(cè)量完畢將數(shù)據(jù)暫存，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至中央控制裝置內(nèi)存儲(chǔ)。 2）自動(dòng)控制方式：由測(cè)控裝置自動(dòng)按設(shè)定的時(shí)間和方式（可設(shè)定）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將所測(cè)數(shù)據(jù)暫存，并能將所測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送至中央控制裝置內(nèi)存儲(chǔ)。 3）特殊條件下自動(dòng)控制方式：在汛期或其它特殊情況下，電源和通訊完全中斷，各測(cè)控裝置應(yīng)能依靠自備電源繼續(xù)進(jìn)行自動(dòng)巡測(cè)，維持運(yùn)行時(shí)間不小于一周，能將所有測(cè)值自動(dòng)存儲(chǔ)，等待提取。 （2）、顯示、報(bào)警功能：能顯示大壩及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全貌、測(cè)點(diǎn)布置平面和剖面圖，各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)過(guò)程線(xiàn)、分布線(xiàn)、多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)線(xiàn)及其它圖形，顯示報(bào)警狀態(tài)，顯示所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)成果、各種報(bào)表及分析計(jì)算成果，顯示有關(guān)工程安全的技術(shù)資料和巡視檢查信息。信管主機(jī)接投影儀，實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示。對(duì)超差數(shù)據(jù)自動(dòng)報(bào)警。 （3）、存儲(chǔ)功能：數(shù)據(jù)分三級(jí)存儲(chǔ)，測(cè)控裝置能暫存所測(cè)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)容量不小于128KB，并在斷電的情況下不丟失數(shù)據(jù)；所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巡視檢查信息應(yīng)能全部存入信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，可存檔或進(jìn)一步處理。 （4）、數(shù)據(jù)通訊功能：數(shù)據(jù)通訊包括現(xiàn)場(chǎng)和管理級(jí)的數(shù)據(jù)通訊。 （5）、數(shù)據(jù)管理功能：中央控制裝置具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的一般管理能力，信息管理主機(jī)具有在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、大壩性態(tài)的離線(xiàn)分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、報(bào)表制作、圖文資料瀏覽、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、測(cè)點(diǎn)信息管理、監(jiān)測(cè)成果管理，可供大壩安全評(píng)估和運(yùn)行管理。 （6）、系統(tǒng)自檢功能：系統(tǒng)具有自檢能力，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢驗(yàn)，能在計(jì)算機(jī)上顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，以便及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。 （7）、系統(tǒng)供電：系統(tǒng)所有設(shè)備應(yīng)能采用220V交流電源，測(cè)控裝置應(yīng)具有備用蓄電池，在系統(tǒng)供電中斷的情況下，保證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置至少能連續(xù)工作一周。 （8）、防雷、抗干擾功能：系統(tǒng)應(yīng)具有防雷、抗電磁干擾技術(shù)措施，保證了系統(tǒng)不受雷電流和電磁破壞，在電壓波動(dòng)或電源中斷情況下也能安全穩(wěn)定運(yùn)行。 （9）、防震、防塵功能：由于本所所有傳感器和測(cè)控裝置均安裝在壩頂，因此所有支座、箱體具備防震、防塵功能。 （10）、大壩的引張線(xiàn)系統(tǒng)：系統(tǒng)垂線(xiàn)測(cè)點(diǎn)2個(gè)，引張線(xiàn)測(cè)點(diǎn)14個(gè)。引張線(xiàn)的探頭從上游往下游走，右岸的探頭從上游往下游走，左岸的探頭從下游往上游走。 三、大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)信息管理軟件 大壩安全信息管理系統(tǒng)集中管理和保存大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和大壩安全信息，提供大壩性態(tài)的分析評(píng)判成果，用于大壩運(yùn)行管理。大壩安全信息管理系統(tǒng)配置的專(zhuān)用軟件有DSIM大壩安全信息管理軟件和MDAP監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析軟件。 1、DSIM大壩安全信息管理軟件 該軟件具有對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及有關(guān)大壩安全信息自動(dòng)獲取、存儲(chǔ)、加工處理和輸入輸出功能，并為數(shù)據(jù)分析軟件提供完備的數(shù)據(jù)接口，生成有關(guān)報(bào)表和圖形，分析評(píng)判大壩運(yùn)行性態(tài)，做好運(yùn)行管理工作，其主要功能如下： （1）測(cè)點(diǎn)管理：大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所有測(cè)點(diǎn)的屬性均為管理對(duì)象。使得測(cè)量數(shù)據(jù)、算法（將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成監(jiān)測(cè)物理量）、入庫(kù)控制及報(bào)表將自動(dòng)地跟蹤修改，使系統(tǒng)具有高度的靈活性和穩(wěn)定性。 （2）數(shù)據(jù)輸入：可通過(guò)自動(dòng)輸入、人工輸入、全自動(dòng)物理量轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)過(guò)濾等執(zhí)行。 （3）數(shù)據(jù)輸出： 通過(guò)輸出向?qū)Э梢暂敵鰷y(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)圖表，數(shù)據(jù)模板和報(bào)表。 （4）通過(guò)輸出模板輸出數(shù)據(jù)：通過(guò)數(shù)據(jù)管理的輸出向?qū)л敵鰣?bào)表，即：月報(bào)、年報(bào)、系統(tǒng)信息的報(bào)表。報(bào)表數(shù)據(jù)還可以轉(zhuǎn)換為WORD或EXCEL數(shù)據(jù)，為二次處理數(shù)據(jù)提供了方便，還可自動(dòng)創(chuàng)建多點(diǎn)數(shù)據(jù)輸出模板并輸出。 （5）巡查信息管理：人工巡視檢查信息用以彌補(bǔ)儀器監(jiān)測(cè)的不足，每次巡視檢查獲得的信息可用人工輸入，以便資料分析和大壩安全評(píng)定時(shí)查詢(xún)和輸出歷史巡查記錄。 （6）大壩安全文檔管理：有關(guān)大壩安全的文檔包括文字資料和工程圖按大壩安全檢查（鑒定）要求建立，除作為檔案保存外也便于進(jìn)行資料分析和大壩安全評(píng)判時(shí)調(diào)閱。 （7）備份管理：備份管理提供數(shù)據(jù)和系統(tǒng)信息的備份與還原功能。 （8）系統(tǒng)安全管理：具有系統(tǒng)設(shè)置權(quán)限的用戶(hù)可添加和刪除系統(tǒng)用戶(hù)，給不同用戶(hù)設(shè)置不同的權(quán)限，不同的用戶(hù)以自己的口令和密碼在系統(tǒng)登錄后有不同安全級(jí)別的操作權(quán)限。 2、 MDAP監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析軟件 MDAP大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可用于變形、滲流、滲壓、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算分析：能自動(dòng)對(duì)各測(cè)點(diǎn)的不同監(jiān)測(cè)值或物理量轉(zhuǎn)換成果進(jìn)行粗差檢驗(yàn)和剔除；提供豐富的圖形和報(bào)表功能，使整個(gè)分析過(guò)程窗口化、分析結(jié)果圖形化。