大坝自动监测系统在桃山水库工程中的应用

杜 君，王忠武

（五大连池市山口水电站管理处，黑龙江五大连池 164500）

1 概况

桃山水库大坝由主坝、副坝、溢洪道等主要建筑物组成。由于在水库一期工程中，大坝及溢洪道没有任何安全自动监测设施。因此在二期工程设计中，桃山水库大坝自动监测系统是构成桃山综合自动化系统的一项重要组成部分。

2 安全监测系统构成

2.1 系统介绍

工程安全监测自动化系统是集工程建筑物（构筑物）、传感器、多功能采集设备（MCU）、计算机、自动化和通信技术于一体的系统工程。工程监测自动化系统由网络监测站（运行遥测监控软件和数据处理及管理等软件）、现场数据采集网络、传输介质3个部分组成。

2.2 系统构成及配置

桃山水库大坝安全自动监测系统采用分层分布式（集散式）系统结构，系统现地层包括数据测控单元（MCU），现地单元的所有监测数据经A/D转换后由总线上传至监控主机（上位系统）集中分析管理。

MCU是整个数据自动采集系统的关键设备。该装置采用完全模块化结构，多CPU并列运行;整个单元由数据采集智能模块、通信模块、电源模块和防雷模块等组成，采集智能模块均独立运行，互不干扰。

选用进口 PIV2.4G工控机 1台，内存 256MB/硬盘40GB，配有10/100M以太网卡、多串口通讯卡及MODEM等。监控主机设在水库管理处（监测中心）。

根据仪器类型，渗压计（振弦式压力传感器）及量水堰渗流量仪由四芯屏蔽水工电缆引出，接入MCU数据测控单元中。根据现场实际情况及管理运行要求，在大坝各个断面处及溢洪道各设1个MCU。各测控单元通过双绞线（RS485接口）及与监控主机相联，从而形成桃山水库的安全自动化监测网络。

大坝安全监测管理系统是整个大坝安全自动监测系统的灵魂和中枢，它担负着自动化数据采集、远程服务、系统管理、文档管理、数据管理、图形制作、测值预报、报表制作、离线分析等大坝安全日常管理工作。

3 自动监测项目

根据桃山水库工程大坝的型式、规模、工程等级及地形、地质条件和地理环境等因素，选取主坝坝基渗流压力、溢洪道堰基渗流压力（扬压力）及主坝渗流量作为系统自动监测项目。

4 监测点布置方案

根据《土石坝安全监测技术规范》，在大坝上选取典型断面，每个断面监测点布置坝基渗流压力监测点，在溢洪道闸室前后、两侧布置渗压监测点，用来监测溢洪道泄槽地板的扬压力。

设置于主坝后排水沟出口直线段布置一个三角堰，监测排水沟内水位变化。

5 监测设备方式的安装

5.1 渗压计

大坝主体为黏土心墙堆石坝，为二期工程施工，二期心墙为斜墙，因此一部分渗压监测线穿过黏土心墙，如果采用穿管埋设的安装方式势必会对防渗体的防渗效果造成较大的影响。桃山大坝二期为坝体主体加高工程，二期工程完成后，最大坝高只有24 m，并且由于一期大坝已经运行多年，坝体、坝基沉降基本稳定，坝体的加高对坝基的沉降影响很微小。这些监测点都位于大坝坝基处，沉降微小不显著，可以考虑将渗压计埋设至坝基处，并将渗压计的基准高程确定为相应安装处的高程。因此设计中考虑在这部分监测点的监测设备安装上采用钻孔埋入式安装，监测设备采用每孔2只渗压计（一对一备份），在钻孔安装时确定各个监测点的准确基准高程，设备设置完成后对钻孔用膨胀丸和心墙料进行填充，保证心墙的防渗效果。监测电缆在坝体表面碎石护坡下埋设至MCU处，电缆需穿钢管保护。

在坝后不穿过黏土心墙的监测点，采用钻孔穿管埋设的安装方式。渗压计安装于渗压监测管中，监测电缆固定于监测管管口处以渗压管管口高程为基准高程。监测电缆在坝体表面碎石护坡下埋设至MCU处，电缆需穿钢管保护。

在溢洪道闸室前后、两侧布置渗压监测点，用来监测溢洪道泄槽底板的扬压力。采用钻孔穿管埋设的安装方式。渗压计安装于渗压监测管中，监测电缆固定于监测管管口处，以渗压管管口高程为基准高程。

5.2 量水堰计

设置于主坝后排水沟出口直线段布置一个三角堰，并选用量水堰计安装于三角堰以上2 m处排水沟出口直线段水流稳定处，监测排水沟内水位变化。监测电缆在坝体表面碎石护坡下埋设至MCU4处，电缆需穿钢管保护。

5.3 MCU数据测控单元

大坝设置典型断面，每个断面布置1个MCU数据测控单元，采集存储并上传相应监测断面监测仪器的数据。

溢洪道布置1个MCU数据测控单元，采集存储并上传溢洪道处监测仪器的数据。