石山口水库大坝安全监测自动化系统建设探讨

□兰福江（信阳市水利局）

一、概述

石山口水库位于罗山县城南33km，淮河水系竹竿河支流小潢河的上游，控制流域面积306km2，加固后总库容2.81亿m3，是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、养殖及城市供水等综合利用的大（2）型水库。主坝长295.0m，坝顶高程85.62m，最大坝高25.62m，坝顶宽7m。石山口水库除险加固主要工程建设内容有主、副坝加固；重建泄洪闸，拆除重建南干渠首闸，输水洞及北干灌溉洞加固；拆除重建南干渠及溢洪道交通桥；防汛公路建设，大坝及溢洪道自动化监测；管理设施改善建设等。石山口水库大坝安全监测系统，是对大坝原有的测压管和新增的减压井测压管共62孔的渗流运行状态进行自动化监测，同时将新改造的溢洪道底板的渗流状态也纳入自动化监测系统。

二、大坝安全监测自动化系统实施方案

大坝安全监测自动化系统由大坝监测站、溢洪道监测站和远程中央控制室构成。中央控制室可同时对大坝和溢洪道埋设的仪器进行自动化监测，现场监测站的自动化采集仪也可人工现场操作，对监测仪器进行数据采集、显示。观测站与中央控制室组成RS-485网络，依靠光纤进行远距离传输。为了保证自动数据采集监测系统能够长期稳定地运行，自动化设备采用抗干扰能力强，可靠性高，故障率低，扩展方便的自动化采集设备和HT-DBS数据采集、分析系统。HT-DBS型智能分布式工程安全监测系统数据采集网络采用总线拓扑，即以监控主机作为中央节点，用总线向外延伸，连接所有数据采集单元。数据采集单元设在观测站，这些数据采集单元构成的现场网络为分布式光纤+RS-485网络结构，以便进一步提高系统防雷可靠性，数据采集单元连接所有进入自动化监测的仪器。

监控主机设在电站中控室，负责前方数据的采集与通讯；监测数据、系统参数和其它信息资料存放在数据库中，数据库运行在监测服务器上以实现资源共享。除系统管理员可以直接在监测服务器上对系统进行参数设置、数据库管理等操作外，其他操作人员通过权限设置在监测工作站对监测自动化系统进行数据的查询、监视等操作。

监控主机与服务器构成监测局域网，通过通信服务口接入电站监控系统，通过电站监控系统的光端机将数据传至业主的远程控制中心。

三、大坝安全监测自动化系统的基本功能

（一）监测数据采集功能

HT-DBS型智能分布式工程安全监测系统能采集本工程所选用的各类传感器；能实现对各类传感器按指定方式自动进行数据采集，包括中央控制方式及自动控制方式，即监测数据自动采集的方式除了通过监测管理中心的监测服务器或具有一定权限的监测工作站下发的命令进行选测、巡测或单检外，还可通过预先设定的参数（如采集时间、频次等），由现场数据采集单元自动定时测量，满足“无人值班”的要求。所采集的数据可暂存在数据采集单元中或根据监测服务器、监测工作站的命令，将所测数据传送到监测管理中心，并进行处理、计算、检验、转入数据库等；测点的测值应具有越限报警功能。

(二)系统操作及显示功能

HT-DBS型智能分布式工程安全监测系统能在监测服务器、监测工作站上实现监视操作、输入／输出、显示打印、报告当前测值状态、调用历史数据等功能；具有系统调度、过程信息文件的形成、转入数据库、通信等一系列运行管理功能；可通过人机接口界面（如键盘等）控制各级画面显示，可对系统配置、测点信息及相应的参数、监测数据等进行编辑修改；可显示建筑物及监测系统布置图、绘制监测量的历史过程图、分布图，显示报警窗口等。

（三）数据存储、电源管理及通信功能

HT-DBS型智能分布式工程安全监测系统的数据采集单元DAU2000具有存储器和掉电保护模块，能暂存所采集的数据，存储容量用完后应能自动覆盖。数据采集单元具备有备用电源（如蓄电池等），在交流供电电源（220V）断电时可自动切换，且至少能供电7d以上，以保证交流供电电源故障时，数据不丢失和不影响正常的数据采集。数据通信包括现场级和监测管理中心级的数据通信。

（四）综合信息管（处）理功能

HT-DBS型智能分布式工程安全监测系统的HT-DBS软件及时从采集施工期到正常运行期的各种监测数据进行综合分析以掌握各监测对象的工作状态。包括在线监测、大坝性态的离线分析、图形报表制作、图文资料及数据库管理等，实现数据的人工／自动采集、测值的离线性态分析、模型管理及预报、工程文档资料管理、测值及图形图像管理、报表制作、图形制作等日常大坝安全管理的全部内容。这些功能可根据工程需要分阶段实现。

（五）系统自检功能

HT-DBS型智能分布式工程安全监测系统能对监测系统设备、各功能模块、电源、通信状态等进行自检，便于系统测试及系统维护；能在监测服务器上显示故障部位及类型，便于及时提供维修。

（六）人工接口功能

自动数据采集装置应具有与便携计算机连接的接口，能够使用便携计算机从数据采集单元中读取监测数据，以保证在通信系统故障时可获得监测数据；另外在数据管理软件中具有人工数据输入接口。

四、现场采集数据对比及初步分析

（一）数据对比

石山口渗流自动化传感器埋设从2007年1～8月完成了62个孔位和两个量水堰传感器及设备安装调试工作，9～10月投入运行，现已采集了大量数据，从大量数据初步分析认为数据可靠性较高。现将各孔传感器采集的数据与人工观测的数据进行对比如下表。

传感器采集的数据与人工观测的数据对比表

（因孔位太多，监测数据量大，水库只选择了3个典型断面和部分典型绕坝渗流监测的数据进行对比分析）

（二）初步分析结论

从自动化监测的数据和人工监测的数据来看，其差值＜10cm，应该认为自动化监测的数据精度很高。从大量采集的数据与库水位的相关性密切，且具规律性。从6个月监测的数据与1998～2004年人工观测的数据比较，在相同水位情况下自动化采集的数据准确性和稳定性，明显优于人工观测值。由于监测的时间较短,难于用过程线更直观地显现出其优越性。