龙凤山水库大坝测压管安全监测系统设计的探讨

张 宇

(五常市水务局，黑龙江五常150200)

1 大坝测压管安全监测系统现状

龙凤山水库位于黑龙江省五常市东南50 km，拉林河支流的牤牛河中游，控制流域面积1 740 km2，总库容2.77亿m3，是以防洪、灌溉为主，兼顾发电、养鱼、旅游等综合利用的大(2)型水利枢纽工程。

龙凤山水库土坝测压管始建于1964年。1980年按坝身管、坝基管、绕渗管3种测压管线布线，进行了补充完善，总体布局为15个断面、56根测压管，采用管内水位人工量测记录。1989年水库消险期间和2003年分别由哈尔滨工业大学将水库测压管安全监测系统更新改造为电容式水位自动测报系统。

经过10多a的运行，由于设备自然老化严重，急需更新改造大坝测压管安全监测系统，用先进的科学技术实现采集、传输、处理测压管观测数据，为水库大坝安全运行管理提供可靠依据，发挥水库工程效益[1]。

2 设计主要工作性能

龙凤山水库测压管安全监测系统硬件主要是大坝测压管更新改造和渗压监测，软件采用B/S模式和C/S模式设计，总体采用B/S模式实现访问，部分功能采用C/S模式，部分功能采用后台服务模式实时运行，地图数据以WebGIS方式访问，用户使用浏览器能够完成所有操作。

水库大坝测压管安全监测系统设计性能应具备支持多种硬件平台。软件开发工具和系统开发平台符合国家标准和相关技术规范要求。完全模块化设计，支持参数化配置，支持组件及组件的动态加载。提供故障诊断工具，具备错误记录功能。保证连续24 h不间断工作，平均无故障时间＞8 760 h，出现故障时及时报警，软件系统具备自动和手动恢复功能，自动恢复时间＜15 min，手工恢复时间＜12 h，软件系统要防止消耗过多的系统资源而使系统崩溃。软件版本易于升级。大坝测压管安全监测信息以GIS、图表、多媒体等方式进行展示。

3 水库测压管布设

根据龙凤山水库观测需要，依据2003年原测压管线建设方案，布设15个观测线，56根观测管，其中坝身管24根、坝基管4根、绕渗管8根。对于已经报废的16根测压管进行测压管更新，在紧挨原测压管位置重新钻孔安置新的测压管，新的测压管与原管相同管径、长度、深度安装，其余测压管进行清淤处理。

测压管安全监测系统设备安装主要是0+470断面1台铁质烤漆监测仪器箱安装在距大坝坡面20 cm处，仪器箱上方配置太阳能电池板。各断面信号线缆从坝基测压管开始沿监测断面向坝顶测压管布线，经过最上面的测压管后，向0+470断面向布线，每个测压管处设1个接线盒。线缆布设采取穿管沟埋方式布置。大坝测压管监测设备仪器箱上加装避雷针，敷设避雷接地体，室外信号传输电缆均采用铁管屏蔽，地埋处理，接地电阻要求＜10 Ω。测压管监测断面划分和埋设点见表1。

表1 测压管监测断面划分和埋设点统计表

4 测压管安全监测系统信息采集与传输

4.1 工作模式

大坝自动测压系统每天定时采集各测压管中的渗漏水位，并通过GPRS/GSM信道采用自报应答式向中心站发送。时间设定可调。

4.2 通讯组网

大坝测压管安全监测系统由遥测终端(RTU)、GPRS/GSM模块、渗压计(压力式水位计)、太阳能板、太阳能充电控制器、蓄电池等组成。采用分布式自动化数据采集形式，15监测断面56处渗压测点监测数据，通过数据总线方式汇集到0+470监测断面，接入测站的RTU，测站RTU采用双机备份，测站RTU数据采用GPRS/GSM无线传输到设在水库管理处的中心调度室计算机[2]。

4.3 信息接收与处理

监测站采集的监测信息采用GPRS一站单发方式直接传输到水库中心站，中心站将收到渗漏信息进行分类处理，全部数据分别存储到本地专用数据库和公用数据库，专用数据库供大坝测压上位软件进行数据查询、分析、统计时调用。公用数据库供其他软件调用。

测压信息的接收与处理由大坝上位软件完成，对监测站上传的渗漏信息，按坝身、坝基、绕渗进行分类处理，对监测资料进行检验、合理性分析、修正处理和统计。上位软件由信息采集模块、数据分析模块、数据管理模块、统计输出模块、安全管理模块组成，主要完成以下任务:

实时在线远程自动监测坝体、坝基及绕渗的渗流压力，记录监测对象完整的数据变化过程，并且存入相关数据库，对采集数据进行分析、给出大坝体渗流水位曲线。

1)信息采集模块:按测量周期采集监测数据，分析入库存储，可实时远程监测大坝的各测试参数，可根据需要设定采集频率、测点数据。

2)数据分析模块:对监测资料进行检验、修正处理，各种监测要素的统计模型建立，各种物理量的统计分析和允许变化范围的确定，对原始数据可进行各种计算。数据越限报警，提供动态闪烁、声音报警等提示。

3)数据管理模块:对大坝监测数据进行插入、删除、修改、数据库维护、备份与恢复。

4)统计输出模块:对当前数据进行统计查询，也可进行历史数据统计查询，统计查询结果数据可以以图形方式显示也可报表形式显示，能显示各种监测要素的瞬时值和极值统计量，时间历程曲线图、X/Y坐标图、模拟图、直方图等形式，也能够以数据库形式保存，还可以直接生成Excel或其他形式报表。支持对图形、报表、曲线、报警信息、各种统计计算结果等的打印。

5)安全管理模块:用户分级授权和审定工作，报警日志生成和报警设备警示。

[1]史建国，赵琳.土石坝测压管深管封孔与设备埋设技术研究[J].现代农业科技，2011(09):257－258.

[2]季安，姜葵红，牟燕妮，于文蓬，兰昊.大坝测压管观测资料分析在北邢家水库渗流安全评价中的应用[J].大坝与安全，2008(05):38－41.