浅述寨子河水库大坝安全监测自动化系统建设

(1.四川省万源市中型水库建设管理局，四川 万源，636350；

2.四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川 德阳，618000)



浅述寨子河水库大坝安全监测自动化系统建设

侯典平1，徐望斌2

(1.四川省万源市中型水库建设管理局，四川 万源，636350；

2.四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川 德阳，618000)

本文以寨子河水库工程为实例，阐述了建设大坝安全监测系统自动化的意义及监测自动化系统组成和自动化技术。对原设计的大坝安全监测系统进行了优化，既提升了大坝安全监测效率，又节省了工程投资。

寨子河水库 大坝安全监测 自动化系统

1 前言

中国已建成近9万座水库，这些水库是我国国民经济的重要基础设施。随着运行时间的增长，水库大坝总会出现各类不同的问题，如果这些问题因察觉不及时而不能得到及时解决，再经过一个量变引起质变的过程后，水库很可能就变成了病险水库。因此，大坝安全监测尤为重要。

调查统计结果表明，造成病险水库的主要原因是大坝安全监测方法落后，人工监测不及时，监测数据不准确，不能及时发现坝体隐患，大坝长期带病超限运行，在遇暴雨洪水高水位运行时，容易引起坝体滑坡或垮坝事故。因此，适合于水库工作环境的、能够长期稳定运行的新型自动采集技术，是解决此类问题的理想方案。

2 工程概况及监测内容

万源寨子河水库位于后河左岸一级支流寨子河中游，坝址以上控制集水面积20.3km2，多年平均来水量1827×104m3，是一座以城市供水和灌溉为主，兼顾乡村人畜供水的中型水利工程。拦河大坝为碾压式沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程880.00m，坝顶宽10.0m，坝顶轴线长227.00m，建基面高程787.00m，最大坝高93.0m。

水库大坝主要监测内容有：大坝土体压力观测、大坝渗流观测、沥青混凝土心墙及过渡层料位错变形观测、心墙温度观测、大坝土体位移观测、心墙应力应变观测和心墙位移观测。在工程建设过程中，与设计单位共同协商，对自动化监测系统进行了修改和优化：增设了坝后量水堰自动观测水位计，并在自动观测装置进行数据采集和传输后，并入大坝自动化观测系统进行分析；将原有的疏浚有线传输调整为无线传输，供电采用太阳能供电。

3 大坝安全监测设施组成

调整和优化后的大坝安全监测设施包括：埋入坝体及基岩内应进入自动化观测系统的工程安全监测设施，包括土体位移计33组(套)、固定测斜仪15组(支)、渗压计16组(支)、温度计11组(支)、位错计32组(支)、土压力计8支、两向应变计组14套(28支)、自动化绕渗仪8组(支)、水位计1支、量水堰计1支，共153支。共设置4个测站：测站1(振弦式仪器71支，RS-485信号传感器12支)，测站2(振弦式仪器31支，RS-485信号传感器2支)，测站3(振弦式仪器34支，RS-485信号传感器3支)，测站4(量水堰测站，RS-485信号传感器1支)。4个测站采集数据后经无线传输至管理中心站，由管理站内的自动化数据采集和管理软件进行分析和处理。

4 自动化系统组成及工作原理

自动化采集系统由自动测量单元、振弦测量模块、智能测量模块、GPRS数据通信模块、太阳能供电系统、数据服务器、PC机、自动化数据采集软件、自动化数据分析系统软件等组成。

4.1 振弦式采集模块

GDA1102型振弦测量模块适用于自动采集振弦式传感器信号。模块有金属外壳，有效防护电磁干扰；模块有12个工作状态指示灯，显示电源、测量、收信、发信、各通路的工作状态；模块与主板为即插即拔式设计，系统自动识别模块类型及插座地址。规格及主要技术参数如表1。

表1 振弦测量模块规格及主要技术参数

4.2 智能采集模块

GDA1105型智能测量模块适用于自动采集各类RS485信号传输的传感器，其测量精度高、功能齐全、抗干扰能力强、适应长期运行。模块有金属外壳，可有效防护电磁干扰。模块与主板为即插即拔式设计。规格及主要技术参数如表2。

表2 智能测量模块规格及主要技术参数

4.3 GPRS无线通信模块

(1)高速传输：由于GPRS网络采取了先进的分组交换技术，数据传输最高理论值可达171.2kb/s。实际使用中一般能达到20kb/s～40kb/s；

(2)组网灵活：GPRS网络覆盖面广，可全国漫游而不增加额外费用；

(3)防雷击：GPRS采用小功率短天线，不需要室外架设大天线，克服了有线传输设备和无线电台容易被雷击而损坏和中断通信的情况；

(4)信道保障：GPRS通信链路由专业运营商维护，在出现通信链路中断的情况下能得到及时抢修，免除通信链路维护的后顾之忧；

(5)快速登录：上线时间很快，GPRS无线终端一开机，就已经与GPRS网络建立了连接，每次登录网络，只需要进行一次激活过程；

(6)DTU断线之后无需拨号可自动登录。

4.4 采集软件

(1)系统可运行在Windows2000/2003/XP操作系统下，使用大型网络数据库；

(2)大坝及工程安全监测所涉及到各种仪器过程图线，都可以编辑并储存为一组设置，每次绘图时调用可自动生成与该设置风格完全一致的图表。监测数据最大限度地以图、表的形式加以展现，一目了然；

(3)能管理众多的串口、协议和路由，胜任复杂的分布式测量通信系统的数据采集、传输和管理，并具有充分的可拓展性。可将若干个工程的安全监测信息集中在一起，这些工程既可具有一定程度的地域性，也可在完全不同的区域；

(4)可定制的表格包括监测结果的年、季、月、旬、周、日等各种周期报表，表格风格随意多样，能适应任意复杂的格式，表格中数据的定义丰富齐全，包括普通测值、条件测值和各种特征值在内的几乎所有的报表需要的数据都能轻松获得。庞杂繁多的系统资源构成信息和监测数据可以方便地备份和恢复，既能保障系统的可靠与安全，又使系统的建立、维护和扩充更加方便；

(5)通过提供的固定算法和用户自定义算法，能实现各种不同的监测成果计算。

4.5 太阳能供电系统

根据数据采集与传输功能需要，需要40W太阳能供电系统8组(含量水堰测站1组)。系统组成为φ50mm立杆、控制器、安装架、12V/20AH免维护蓄电池等。

5 大坝安全监测自动化系统的建设

按照下列要求进行监测仪器埋设、安装：

(1)严格按施工图纸和制造商使用说明书的要求，以及批准的安装和埋设措施计划，进行仪器设备的安装和埋设，并接受监理工程师的检查；

(2)减少建筑物施工和观测仪器安装埋设工序的相互干扰，并将观测仪器设备的埋设计划，列入建筑物施工的进度计划中；

(3)仪器设备埋设安装前应将埋设安装仪器设备的意向通知监理工程师。安装仪器设备的仓面、钻孔及待装仪器设备和材料，必须经现场监理工程师验收合格；

(4)埋设过程中损坏的仪器立即补埋，或按监理工程师的要求采取必要的补救措施；

(5)及时向监理工程师提供已埋设安装仪器的编号、坐标和方向、电缆走向、埋设时间及埋设前后的观测资料、气温等资料。

随着工程进展，对所有仪器采集的数据进行监测，确保施工期仪器的完好性和数据采集的可靠性。在所有设备安装埋设完毕后，经区内线路分别传输至各测站，随后即可进行自动化传输和分析处理系统的连通、调试，实现大坝安全监测的自动化。

6 结语

经实践检验，寨子河水库大坝安全监测自动化系统建设过程受控，建设效果良好，提升了监测效率，节省了建设及运营投资。

〔1〕刘 奇，高永超，何维民.论棋盘山水库大坝安全监测自动化系统技术研究[J].现代农业科技,2009(7):280-282.

〔2〕朱 盟.大伙房水库大坝安全监测自动化系统技术研究[J].现代农业科技，2007(23)：220-222.

〔3〕潘伟晖，何建新.浅谈磨子潭水库大坝安全监测自动化系统建设[J].治淮，2007(8)：36-38.

〔4〕许长亭，周大鹏，王 瑞，等.喀左县瓦房店水库大坝安全监测系统土建中的问题与解决方法[J].现代农业科技，2007(18)：224-225.

〔5〕SL531-2012，《大坝安全监测仪器安装标准》[S].

〔6〕SL551-2012，《土石坝安全监测技术规范》[S].

侯典平(1975.1-)，男，汉族，四川达州人，工程师，主要从事水利工程建设管理工作；

徐望斌(1979.8-)，男，汉族，湖北鄂州人，高级工程师，从事水工设计工作。

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TV697.2∶TP27

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