昆明市松华坝水库大坝表面变形在线安全监测系统设计

(昆明市松华坝水库管理处 云南 昆明 650201)

一、工程概况

松华坝水库位于昆明市主城北部，盘龙江中游，是昆明主城区防汛抗旱、蓄水、供水的重要水利设施。水库控制流域面积593km2，总库容2.19亿m3，多年平均径流量2.3亿m3，多年平均降雨量957mm。多年平均可供水量1.5亿m3；城市防洪标准为百年一遇。主要建筑物为主坝一座，坝高62m，坝长201m。副坝一座，坝高34.5m，坝长354.6m。输水隧洞两条；低位输水隧洞位于主坝左岸，全长407m。高位输水隧洞位于主坝右岸，全长340m。溢洪道一座，位于副坝左岸，为宽顶闸堰。泄洪隧洞一条，位于副坝右岸，全长220m。坝后式电站一座，装机容量3000kw。目前松华坝水库担负的主要任务是调节盘龙江洪水和径流，保证昆明市防洪安全，供给昆明市居民生活用水、滇池生态补水。

二、自动化监测系统建设的必要性与原则

(一)系统建设必要性

松华坝水库大坝的表面变形移观测采用视准线法和人工水准测量法分别进行水平位移和垂直位移观测。这些方法原理相对简单，设备费用也较低，但都不是自动化监测，不能实时了解大坝变形情况，为实现松华坝水库大坝监测和管理现代化，在观测墩上安装北斗天线及相关设备进行表面位移监测，对水库大坝表面变形实施自动化监测尤其重要，通过先进的监测技术可以对水库进行科学的管理和确保水库运行安全，充分发挥水库的防洪和城市供水功能。

(二)系统建设原则

1.先进性

为提高松华坝坝体表面位移的信息化、数字化管理水平，要求系统的传感测试仪器具有一定国际先进水平。

2.精确性

可靠的仪器仪表还必须具备必要的精度，能正确反映出效应量(原因量)的变化。

3.安全性与可靠性。

系统硬件应能经受水压、灰尘、高温、低温、高湿、高盐等恶劣环境考验，并应具有良好的抗雷击能力。为确保可靠运行，系统还应配置切实可行的避雷、防风、防盗等安全保护措施。

4.简便性

监测仪器要牢固可靠，埋设、测读、操作、维修方便，便于更换，使操作人员易于掌握，有利于提高量测速度和精度。

5.自动化性

监测仪器能够自动分析数据、计算变形量。

三、系统组成及系统功能

(一)系统组成

松华坝坝体表面位移监测系统采用Internet技术建立一个三层B/S松华坝坝体表面位移监测系统，利用网络作为信息传输平台，将松华坝坝体表面位移现场自动化数据采集子系统和控制中心有机地链接为一个分布式的整体，同时远程拥护可以通过Internet连接到现场松华坝坝体表面位移自动化系统，并通过网络对系统进行控制、配置以及获得系统评估出来的松华坝坝体表面位移状态。整个系统可以实现用于存贮、显示、查询、分析各种与松华坝坝体表面位移相关联的信息，而且在同一平台下，预留电子化人工巡检数据接口，实现自动监测与人工巡检的信息发布、数据共享、交流协作等，真正满足整个系统数字化、高资源利用效率以及可持续发展的要求。监测系统网络拓扑图见图1。

图1 监测系统网络拓扑图

本系统包括4个子系统：松华坝坝体表面位移健康监测系统子系统、松华坝坝体表面位移安全预警与综合评估子系统、中心数据库管理子系统；用户界面子系统。

(二)系统功能

松华坝水库表面GNSS自动化变形监测系统采用北斗卫星和GPS技术，结合网络通讯技术和计算机技术，实现主坝外部水平位移及垂直位移监测数据自动采集、自动处理和实时分析预警。系统构成及主要功能见表1。

表1 系统构成及主要功能

四、监测内容

在松华坝水库主坝和副坝按设计要求布置北斗GNSS监测观测点，监测水库大坝的表面位移变化情况。在主坝上游坝布设3个监测点，主坝坝顶布设5个监测点，在主坝下游坝布设4个监测点，副坝坝顶布设4个监测点。在松华坝水库主坝下游坝发电厂范围内布置1个北斗GNSS监测基准点，副坝下游游泳池平地上布置1个北斗GNSS监测基准点。2个基准点和16个监测点的观测数据通过光缆实时传输到控制中心，控制中心软件实时解算出各监测点的三维坐标并保存到数据库，最终通过数据分析软件自动分析各监测点的变化量、变化趋势，并结合其它监测设备对坝体表面位移整体的稳定性进行分析。

五、测点布设

根据现场调查及资料收集，松华坝水库主、副坝表面变形观测点共有25个人工观测点，其中，主坝为18个点，分别布置于上游坝坡3个点，坝顶9个点，下游坝坡2道戗台各3个点；副坝7个点，均布置于坝顶。根据松华坝水库现状沉降观测点布置情况，共布置18个北斗GNSS监测观测点，其中：主坝上游坝布设3个监测点，主坝坝顶布设5个监测点，主坝下游坝布设4个监测点，副坝坝顶布设4个监测点。主坝下游坝发电厂范围内布置1个北斗GNSS监测基准点，副坝下游游泳池平地上布置1个北斗GNSS监测基准点。松华坝水库GNSS监测点位置见表2。

表2 松华坝水库GNSS监测点位置表

六、结语

本文从系统的先进性、精确性、安全性与可靠性、自动化性等土石坝监测需求出发，论述了松华坝水库在线安全监测系统。系统建成后，总体性能达到了设计预期要求，具备自动数据采集、处理、分析和实时预警的功能以及全天候变形监测的能力和较好的故障应对能力。松华坝水库GNSS变形监测数据处理软件，平差后控制点的平面位置精度为3mm，具备毫米级精度变形监测的能力。松华坝水库主坝表面GNSS自动化变形监测系统能很好地满足土石坝监测的应用需求，对加强水库抵抗恶劣天气能力、提升松华坝水库信息化管理水平具有重要意义。