打冲沟水库工程大坝测压管水位监测系统的设计

田小军

(安顺市水利水电勘测设计研究院，贵州 安顺 561000)

打冲沟水库工程大坝测压管水位监测系统的设计

田小军

(安顺市水利水电勘测设计研究院，贵州 安顺 561000)

基于目前水库工程大坝进行水位控制过程中存在的问题，文章以贵州省紫云县打冲沟水库工程为例，分析了水库工程大坝水位安全监测的条件，并提出了测压管水位监测系统的设计应用策略，其目的是为相关建设者提供一些理论依据。

打冲沟水库工程；大坝测压管水位监测系统

1 工程概况

打冲沟水库位于紫云县大营乡大岩村打冲沟组，所在河流为珠江流域西江水系红水河左支流桑郎河的左岸支流乐宽河，坝址距紫云县城76km，距安顺市区152km，工程建设目标主要是为农村人畜饮水、灌溉及乡镇供水。工程所在区域大地构造单元属(Ⅰ)扬子(Pt)准地台-(Ⅰ2)黔南(D-T32)台陷，位于望谟北西向构造变形区(Ⅰ22)与贵定南北向构造变形区交界处(Ⅰ21)。此外，水库工程还会受降雨量、径流、洪水以及泥沙等水文问题的影响。这种情况下，就在很大程度上增加了大坝水位的控制难度。为此，相关人员采用测压管水位监测系统来进行设计控制，以降低不良的水文地质条件对工程建设使用带来的不稳定影响。

2 打冲沟水库工程大坝水位安全监测条件

打冲沟水库工程大坝的正常蓄水位设计为1230m，相应库容为115万m3；校核洪水设计为1232.69m。因水库工程大坝及附属建筑物的安全与否直接影响到下游广大人民生命和财产安全。因此，本工程建设人员应在充分了解水库大坝水文地质条件的基础上对水位进行安全监测控制。在气象方面，根据紫云气象站1959-2014年资料统计分析，多年平均气温15.3℃，最大一日暴雨182.1mm，多年平均最大风速10m/s，多年平均降水量1281.5mm。在径流方面，由于乐宽河属典型的山区雨源型河流，径流由降雨补给，径流特性与降水特性基本一致，洪枯悬殊，年内分配不均，径流主要集中在汛期5-10月[1]。如表1所示，为打冲沟水库上、下坝址径流频率分析计算成果表。

在泥沙方面，因工程涉及流域的泥沙主要来源于暴雨对坡面的侵蚀，以及洪水对河床的冲刷。为此，结合流域内植被情况、土壤情况及河道淤沙情况，设计流域输沙模数取150t/km2，泥沙容重按1.3t/m3计算，推移质按悬移质的20%考虑入库。经计算，打冲沟水库上坝址年输沙量为0.061万t，下坝址年输沙量为0.0696万t[2]。

针对上述水文条件影响，相关人员规划建设了水情自动测报系统，具体来说，就是根据站网布设原则，从水情测报要求角度入手，设置坝前水位雨量遥测站1个，用以监控整个流域面积的降雨量。还设置了1个坝下遥测水位站，即根据打冲沟水库大坝坝址情况，在大坝下游处设置遥测水位站1个，以及时提供水库下游水位。然而，水情自动测报系统并不能实现大坝的有效监测，为此，相关建设人员应从实际问题出发，利用测压管水位监测系统进行优化设计[3]。

3 打冲沟水库工程大坝测压管水位监测系统设计应用

3.1 上位机和通信主机通信设计

测压管水位监测系统中的上位机与通信主机的通信，可利用计算机技术，即采用8 位1200bit/s无校验RS-232方式来进行实现。具体来说，如果上位机监测测压管水位发送了十六进制数据40H+分机号( 01H-3EH) 给通信主机，通信主机就应把RS-232转RS-485 异步通信电路传送给分机，从而启动分机测量。对于上位机要监测数据控制，则应发送十六进制数据，即80H+分机号( 01H-3EH) 给通信主机。这样一来，通信主机就能把命令由RS-232转为RS-485 异步通信电路传送给分机，进而实现测压管水位监测系统的通信功能设计目标[4]。

表1 打冲沟水库上、下坝址径流频率分析计算成果表

3.2 通信主机和分机的通信设计

分机串行接口是采用8位1 200bit/s无校验方式与RS-485总线进行通信的。其中RS-485 为半双工数据传输，即采用1对平衡差分信号线，从而实现差分接收、平衡发送以及高速远距的传送。这是因为RS-485串行接口构成分布式系统具有十分便捷的功能效果。例如，当某一分机向主机进行数据传送时，该分机的发送器使能端(EN)实现控制，即可实现数据发送且与其他分机的使能端区分开来。此外，由于分机向通信主机的数据发送应采用被动方式，因此，通信主机应以命令的方式来控制某分机数据的分机回送。值得注意的是，某分机数据的发送要禁止其他分机结构数据信息，只有这样使测压管水位监测系统的各分机才恢复到接收通信主机命令的状态[5]。

3.3 应用测试注意事项

在实际设计过程中，设计人员应充分利用连通器的设计原理，建立大坝水库工程的测压管水位监测模型。在设置上位机测压管模块分机参数过程中，设计人员要明确每个分机设计任务是由步距、误差以及备注共同组成的。而后，通过对分机发出测量指令，进而通过查看模块进度，来确定当前数据接收的状态。此外，对于分机数据返回设计控制过程来说，设计人员应通过系统处理显示每个分机正在进行测量的脉冲数。然而，由于测量过程模块显示的是测量过程的数据，因此，测量结果模块显示的是测量的最终数据。值得注意的是，在点击数据查询图标后，会弹出数据查询窗口，系统操作人员就要在文本框中输入要查询的分机号。此过程，要输入查找的关键词，否则就会限制出所有的测压管水文安全监测系统的分机信息[6]。

4 结 语

综上所述，水情自动测报系统的规划建设并不能实现水库大坝工程水位的有效监督控制。为此，研究人员应在明确水位安全监测系统建设条件的基础上，采用测压管水位监测系统设计，来提高大坝建设使用的安全稳定性。这是实现地区现代化经济建设成果保护的课题内容，相关建设人员应将其作用于实践。

[1]王林生,曹建生,王风燕,等.大坝测压管水位监测系统设计[J].人民黄河,2013(07):101-102.

[2]韩勇,成波,曲树国.日照水库大坝测压管水位自动化观测系统设计与应用[J].中国水能及电气化,2015(08):53-56.

[3]申莲.希尼尔水库大坝渗流监测安全评价[J].水利规划与设计,2014(10):83-88.

[4]魏庆宾.基于云概率密度分布估计的大坝监测数据分析[J].人民长江,2015(10):77-82.

[5]张宇.龙凤山水库大坝测压管安全监测系统设计的探讨[J].黑龙江水利科技,2014(04):116-117.

[6]李文运,刘裕辉.引滦水库自动化安全监测系统的开发研究[J].控制工程,2012(01):181-186.

1007-7596(2017)07-0074-02

2017-06-16

田小军(1965-)，男，贵州开阳人，工程师，从事水利水电勘测设计工作。

TV

B