大坝安全监测系统的运行管理与探讨——以黄壁庄水库为例

葛义荣（河北省黄壁庄水库管理局，河北石家庄　050224）



大坝安全监测系统的运行管理与探讨——以黄壁庄水库为例

葛义荣
（河北省黄壁庄水库管理局，河北石家庄050224）

【摘 要】大坝安全监测自动化系统在水库工程管理中发挥着重要作用。本文对黄壁庄水库大坝安全自动监测系统运行管理方法及存在的问题进行了阐述，旨在完善系统管理机制，充分发挥其功能作用，最大限度地为水库安全运行服务。

【关键词】大坝安全监测系统；自动化；运行管理

1 黄壁庄水库工程概况

黄壁庄水库位于河北省省会石家庄西北30km处，是海河流域子牙河系滹沱河中下游重要的、具有控制性的大（1）型水利枢纽工程，总库容12.1亿m3。它与上游28km处的岗南水库联合运用，总控制流域面积23400km2，占滹沱河流域面积的95%。水库以防洪为主，兼顾灌溉、发电、城市供水、环境供水等，具有巨大的社会效益和经济效益。

水库枢纽建筑物由主坝、副坝、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道、电站重力坝等组成。主坝为水中填土均质坝，坝顶长1757.63m，最大坝高30.7m；副坝亦为水中填土均质坝，坝顶长6907.3m，最大坝高19.2m；重力坝为常态混凝土坝，内设输水洞和发电洞，坝顶长136.5m，最大坝高28m；正常溢洪道型式为开敞式实用堰，内设泄洪底孔2孔，溢流堰堰顶净宽96m，分8孔布置；非常溢洪道型式为胸墙式宽顶堰，堰顶净宽85.8m，分11孔布置；新增非常溢洪道型式为胸墙式宽顶堰，堰顶净宽60m，分5孔布置。

水库于1958年10月开始兴建，经过扩建，至1968年主体工程基本完成。由于设计防洪标准低及施工质量等问题，水库多年来一直处于带病运行状态，险情频繁出现，1999年3月开始实施黄壁庄水库除险加固工程，2005年12月竣工验收。为提升水库管理手段，在此次除险加固中，建设了以大坝安全监测系统、黄壁庄—岗南水情自动测报系统、闸门监控系统为主的三大自动化系统。

2 大坝安全监测自动化系统简介

2.1 系统组成

黄壁庄水库大坝安全监测系统（以下简称系统）由DG型分布式数据采集系统、DSIM型信息管理系统、MDAP型资料分析3个软件和现地各测控单元（MCU）组成。水库水工建筑物共布设15个现地监测单元和大坝安全监测中心，34个MCU，接入了327支自动观测仪器，其中，渗压计195支，应力应变计120支，温度计10支，气温计、雨量计各1支。系统的监测内容包括主坝、副坝、重力坝、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道等建筑物的基础扬压力、绕渗、浸润线、应力应变、温度和渗压等与大坝安全密切相关的参量。各建筑物自动观测仪器布设统计见下表。

黄壁庄水库自动观测仪器布设统计表

2.2 系统功能

黄壁庄水库大坝安全监测系统采用分层分布开放式数据采集系统，运行方式为分散控制方式，可命令各个现地监测单元按设定时间自动进行巡测、存储数据，并向大坝安全监测站报送数据。其具有：ⓐ监测功能，包括各类传感器的数据采集功能和信号越限报警功能，存储监测数据并传送到中央控制装置集中存储或处理，在中央控制装置故障、总线故障或系统完全断电情况下自动运行，时间可持续一周，各台测控装置自动按设定时间进行巡测，自动存储数据等待提取，每台MCU均具备常规巡测、巡测、定时巡测、常规选测、检查选测、人工测量；ⓑ显示功能，建筑物及监测系统的全貌、各现地监测单元的概貌、监测布置图、过程曲线、监控图、报警状态窗口等；ⓒ操作功能，可实现监控操作、输入/输出、显示打印、报告现在测值、调用历史数据、评估运行状态，修改系统配置、系统测试、系统维护；ⓓ数据通信功能，包括各个现地控制单元与大坝安全监测站之间的数据通信、大坝安全监测站与监控中心之间的数据通信、大坝安全监测站与省水利厅监控中心之间的数据通信；ⓔ综合信息管理功能，包括在线监测、大坝状态的离线分析、预测预报、报表制作、图文资料，数据库管理及安全评估；ⓕ系统自检功能，每次数据采集过程均首先进行自检，当系统中硬件设备或通信线路发生故障时在中央控制装置显示故障信息，以便及时维护，见下图。

黄壁庄水库大坝安全监测系统图

3 系统的运行管理模式

3.1 领导重视，明确职责

针对系统的不断开发实施，水库局领导高度重视，责成有关部门积极配合，抽调精干技术人员组建管理小组，明确职责，尽早介入整个除险加固安全监测仪器的安装调试中，并进行全程跟班操作，了解系统的基本原理和设备的运行状态，掌握基本的维修技能，为今后系统的安全运行管理奠定了基础。

3.2 规范管理，建章立制

为保证系统正常运行并发挥作用，使系统更加规范化、精细化管理，建立了《工程管理制度》《水工监测制度》《大坝安全监测自动化系统操作规程》以及《信息化管理责任制》，确定系统管理人员，明确其责任与管理要求，落实职责。

3.3 加强培训，提高技能强化技能培训，提高实际应用水平。一是采取“走出去，请进来”的培训方式，参加开发单位的系统使用培训，请专家现场指导操作，理论与实际相结合。二是采取内部交流方式，尤其在水工、通信、监测、计算机等方面，相互学习借鉴管理中的经验与不足，达到共同提高的目的。三是对新上岗人员，采取传帮带方式，进行岗前培训、技能考核后，方可对系统进行管理操作。

3.4 运行日志，台账管理

建立了系统运行日志及维修记录。对系统的数据采集系统、信息管理系统、资料分析系统及MCU每日的运行状态进行查看和记录，并将设备出现问题的时间、地点、原因及维护、维修、更换配件等处理情况进行逐一登记、汇总，及时掌握系统运行规律和状态。

3.5 人工比对，多方监测

在实现大坝安全自动监测的同时，监测人员每月4次用水工比例电桥等读数仪表，在MCU设有的人工比对接口上进行人工测读，对比观测。同时对保留的原有人工观测设施进行观测，以防自动化设备出现故障时保持观测资料的连续性。系统运行以来，自动监测与人工采集数据基本接近，各成果数据稳定正常。

4 系统运行中存在的问题

4.1 雷击问题

由于黄壁庄水库位于雷击频发地区，监测系统时常因遭遇雷击而损坏，造成通信失败，甚至整个系统瘫痪。系统运行十几年来，据不完全统计，遭雷击损坏设备模块32个，芯片30个，光端机16个，光纤转换器8个，UPS电源4个，蓄电池14块，损失严重，可见雷击对系统的破坏很大。

4.2 监测设备保护问题

大坝自动化监测的仪器设备除了自身因设备老化等原因失效外，因监测设施大都安装在室外建筑物上，还存在人为破坏，如施工机械开挖、破坏观测亭门锁等，都会对传感器、MCU等相关设备造成损坏。

4.3 监测数据稳定问题

从运行状况看，汛期监测数据相对不太稳定，究其原因是安装MCU的观测亭内较潮湿，故监测设备周边环境的好坏对系统运行稳定性的影响较明显。

4.4 人员问题

从事大坝安全监测工作的技术人员虽具有相关或相近专业，在工作中通过边学习边摸索能完成基本的工作，但对大坝安全监测业务知识缺乏专业系统的掌握，在该领域不能达到“精”的效果；由于系统出现问题具有突发性、随机性、专业性，现场运行维护管理业务人员有时对系统设备出现的故障等问题不能及时解决，影响系统的正常运行使用。

5 解决措施及探讨

5.1 培养复合型人才

大坝安全监测是对计算机技术、数字传输技术发展介入较快的一门学科，且大坝安全监测系统涉及多个知识领域，科技含量较高，对技术人员的素质要求呈现不断发展变化的趋势，需要运行管理人员不断增强相应的技术能力和素质。要定期或不定期地对观测人员进行技能培训，加大技术人员之间业务交流。管理人员的整体素质提高了，其实际动手能力和处理问题的水平提高了，从而在系统出现故障时能及时到现场自行维护修复，节省维修费用，充分发挥系统的功能作用。

5.2 加大系统防雷改造

通过增强系统电源、通信和传感器部分的防雷和抗电磁干扰性能，减少因雷击对系统设备造成的影响。2009年8月请安装厂家技术人员对水库大坝安全自动监测系统进行了防雷改造，以正常溢洪道、监控中心、副坝A4 +495断面作为试点，对这3个测站进行了传感器防雷改造，共计6个模块。防雷改造即在测量模块和信号线路之间增加防雷模块，雷电通过传感器的信号电缆传输，防雷模块在此起到一个隔断的作用，从而对测量模块起到保护作用。经过几年的运行，系统运行良好。2015年又对主坝、非常溢洪道、新增非常溢洪道建筑物进行了传感器防雷改造，2016年已做好对电站重力坝、副坝建筑物自动监测系统的防雷改造项目计划且准备实施。

5.3 加强人工巡视检查

大坝安全巡视检查工作具有全面性、及时性和直观性等特点，是大坝仪器监测及其自动化所不能替代的，坚持大坝仪器监测和巡视检查相结合，对系统设备运行使用的环境做进一步改善和更新，加强日常巡查，降低故障率，提高系统运行稳定性，确保监测数据的连续性和精确性。

5.4 解决维护费用不足问题

系统投入运行十余年来，日常维护、维修和管理需要资金很大。随着水库工程管理现代化信息技术日新月异的发展，系统的软、硬件设备趋于落后，但由于管理维护资金短缺，未做进一步升级改造，制约了水库自动化发展。建管并重，希望加大维护资金投入，保证系统发挥作用。

5.5 减少人工观测测次

大坝安全自动监测系统提高了观测精度和工作效率，降低了劳动强度，逐步由人工观测向自动化发展。经过人工与自动化对比监测，已证明系统运行稳定，测值准确，可满足大坝安全运行管理的技术需要。

5.6 增强软件的实用性分析软件建立了安全评估系统，但由于大坝安全评判的复杂性，该软件离实用还有一段距离。水库应与高校和科研单位联合，结合工程实际运行情况，有针对性地开发大坝安全监测信息与水工安全管理专业软件，突出其实用性、有效性。

5.7 多学习，勤沟通

积极与开发单位有关技术人员勤沟通、多交流，汇报系统运行状态，了解系统的前沿发展情况，遇到不能解决的棘手问题，及时向专家咨询请教，必要时请有关技术人员到水库现场进行全面维护，确保系统的正常稳定运行。

5.8 加大监测资料分析力度

监测的目的是最大限度地为水库安全运行服务，应充分利用系统采集到的各种监测信息，加强对信息的综合整理分析，及时分析大坝存在或出现的安全隐患，对大坝的安全状况进行客观的评价，指导大坝的安全运行。

6 结 语

大坝安全监测系统经过十余年的运行、改造、维护，系统运行稳定，自动监测仪器完好率在90%以上，提高了水库工程现代化管理水平。在系统的管理实践中，应逐步完善自动化安全监测数据库，培养高素质技术人才，引进先进技术，创造性地开展工作，以最大程度地适应和满足现代化工程管理发展的需要。

参考文献

［1］赵卫，杨定华.工程安全监测技术2006［M］.北京：中国水利水电出版社，2006.

［2］程洪波.大坝安全监测自动化系统应用探讨［J］.水利建设与管理，2010（5）.

水电站技术

Operation management and discussion on dam safety monitoring system：with Huangbizhuang Reservoir as an example

GE Yirong
（Hebei Huangbizhuang Reservoir Administration，Shijiazhuang 050224，China）

Abstract：Dam safety monitoring automation system plays an important role in reservoir engineering management.In the paper，the operation management method and problems of dam safety automatic monitoring system in Huangbizhuang Reservoir are described aiming at perfecting system management system，fully exerting its functions and roles，and maximally serving the safe operation of reservoir.

Key words：dam safety monitoring system；automation；operation management

DOI：10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.03.010

中图分类号：TV697.1

文献标识码：A

文章编号：1673-8241（2016）03-0041-05