水库大坝安全监测自动化建设研究

梅风波

（河北省邢台市朱庄水库管理处，河北 邢台 054000）

大坝安全监测是指在大坝原型中设置对应的观测仪器来展开现场测量，通过测量获取到相关的数据，并根据数据来判断和分析大坝结构的变化。数据的精确度和系统设备的技术能力及老化程度息息相关，如果设备老化过度，就会导致传输数据失真，从而让监测人员没法获取准确的数值，导致监测行为失去精确性。故需要就安全监测系统的自动化采集系统进行更新，让测量精确度得到大幅度的提升，本文研究中将基于某水库大坝工程，探讨水库大坝的安全监测自动化设计思路。

1 水库大坝工程概况

该水库位于河流主干线上，是一座以防洪、灌溉为主，发电为辅的综合利用的大型水利枢纽工程，由溢流坝、非溢流坝、泄洪底孔、放水洞、发电洞、高低电站及南、北干渠渠首建筑物等组成。控制流域面积1220km2，总库容4.162亿m3，调洪库容2.08 亿m3，兴利库容2.285 亿m3，大坝为混凝土浆砌石重力坝。溢流坝布置在河床段，全长111m，分八、九、十共三个坝段，溢流堰堰顶建闸6 孔，单孔净宽14m，堰顶高程243.0m，为克-奥（Ⅱ）型曲线。非溢流坝布置在两岸，由左岸非溢流坝段和右岸非溢流坝段组成，坝顶全长433m，坝顶高程261.68m，坝顶宽6m；左岸非溢流坝段坝顶长194.5m，在坝轴线桩号0+218 处设拐点，拐角26°00′38″，右岸非溢流坝段坝顶长238.5m。泄洪底孔布设在河床溢流坝段（八、九、十坝块）的3 个中墩内，共设3 孔，进口底高程210.0m，孔口尺寸为2.2m×4m，底孔下游以曲线段与溢流面平顺衔接。水库正常蓄水位251m，防洪高水位255.15m，设计洪水位255.30m，校核洪水位258.90m，汛限控制水位242m，死水位220m。

2 大坝安全监测系统设计

2.1 模块设计

自动化安全监测系统的构建十分复杂，它主要由渗压计、频率测量、库位水位测量等多个部分组成，技术人员在设计水库大坝的安全监测自动化系统时，需要结合温度、雨量、大气气温等监测内容对监测系统进行良好的设计与改造。

在该大坝的监测模块组件中，有5 条视准线，5 个测站，5 个后视点和49 个测点，其中，在坝顶AB 向有9 个测点，视线长532.66m，坝顶BC 向有27 个测点，视线长536.56m，溢流坝分水墩下16 九个测点，视线长508.58m，消力池边墙下165 两个测点，视线长341.07m，消力池边墙下208 两个测点，视线长209.03m。为了实现整个系统的自动化运作，设计师需要设计好数据接收处理装置和数据处理装置，而这二者必须是完全独立的软件配置项，两者需要有不同的运作平台，这样才能保障对大坝的温度、雨量、电压的最精确化的追踪和评估，为此在设计自动化监测系统时，这两个软件的数据驻留平台最好设置为两台独立运行的计算机，避免因为共用一个数据处理设备而发生数据接收处理装置和水库监测数据处理装置在计算过程中抢占计算机CPU，造成数据错误的问题。当数据流向情报分析软件时，三者之间以高速局域网进行及时通信，保证数据传输的同步化。

大坝渗流量观测有2 处，一处在坝体灌浆廊道的排水沟内，另一处设在消力池北边墙竖井内。为了兼顾两处观测点，整个系统的设计最好要采取二级三层布置形式，其中的二级又作为现场监控与远程操控级，依据自动化系统的规划要求，保证各个监测系统都能够很好地承担运行管理职能，由于检测系统涉及的内容较多，因此在结构上最好采用网状数据结构，以多点对多点的形式传递信息，让系统的兼容性比传统的监测系统更加强大，灵活性更高。如在数据反馈方面，二级三层布置形式可以进行连续性的计算和评估，让监测人员可以从机房中心对大坝情况的监视工作保持不间断、同步化的追踪。此外，中心机房的前置机也要采取Internet 技术，使监测系统拥有扩宽开放性的功能，大坝竖向位移基点两个，竖向位移的起测点有7 个，观测标点119 个，因此数据的测量归纳十分庞大，需要通过局域网来实现数据的传递处理。这样在进行监测时，就只有极少部分数据逻辑是在前端实现，让客户端的计算机载荷得到了减轻，系统的维护与升级更加方便，消耗的成本也更低。

2.2 系统设计

B/S 型结构是自动化监测系统过程中用于前端数据处理技术架构，B/S 型结构在保有了客户机和数据服务器两层体系结构的基础上，又增加了Wed 服务器，也就是说在B/S 型结构中拥有两个服务器，一个是数据服务器，另一个是Wed服务器，所起其结构也呈现为接口、Wed 服务器、数据服务器三层体系。先看第一层体系，B/S 型结构的第一层体系是接口，接口是实现监测人员和系统连接的基础，也是实现数据双向沟通的必要组成部分，由于B/S 型结构的目的是实现更快、更强、更精准的数据信息处理能力，因此B/S 型结构的第一层体系与第二层体系保持紧密的关联系[4]。B/S 型结构的第二层体系是Wed 服务器，它的运作原理是，当监测人员开始使用B/S 型结构的相应程序对测点进行连接，执行数据传输等操作时，B/S 型结构的接口会发出服务请求，Wed服务器在接受到这层请求信息之后，会对此进行相应的回复，同时通过HTML 代码将对应信息反馈给使用者。监测人员在获得反馈信息后便能完成对数据信息的获取已经处理，此时监测人员能够依靠B/S 型结构的第三层体系，也就是数据服务器对数据进行提取和保存操作，实现信息处理的精准化、效率化。在B/S 型结构中，第二层体系和第三层体系之间呈协同工作状态，Wed 服务器与数据库服务器对数据同步进行处理，前者负责接收请求信息并对操作者给出对应的反馈，而后者则对服务器上传递的指令进行协调和处理。

在自动化监测系统中，B/S 型结构是非常重要的组成部分，它的主要应用目的是帮助工作人员在监测过程中更加便捷地找到并浏览对应的测点，发现数据源，并进行传输、下载、备份等处理行为，帮助操作者实现高效的自动化监测。通过B/S 型结构，操作者可以在监测过程中将指令进行精确化和针对化，根据具体的工作需求和工作标准以正垂线和倒垂线为媒介，向数据库终端发出特定的工作请求，而工作请求则会通过局域网另一端的服务器处理后反馈给工作人员。B/S 型结构在自动化监测系统过程中展现出非常显著的优点，其一是运行和维护上简单快捷，B/S 型结构的系统组成并不复杂，而且可以让监测人员随时随地对大坝的温度、电压数据进行操作和访问，这有助于帮助操作者即时了解问题的发生点，以及快速制定维护方案，保障监测过程的正常化运转。其二是信息的处理和转换非常简单，如果监测人员想要处理和转换工作中产生的数据信息，那么仅仅只需要安装一个服务器和数据库，便能实现高效率的数据存纳。其三是B/S 型结构对监测设备的低要求，除了有着操作简单快捷的优点以外，B/S 型结构对监测设备也不需要太过精密的设置，这让监测人员在对测点反馈进行处理时的资源消耗大大降低，性价比有效提高。

3 结语

从本文研究中可见，自动化监测系统应用在水库大坝安全监测工作中，不仅能够确保水库大坝运行的稳定性与安全性，还可以将自动化技术的优势得到充分发挥。自动化技术在测量精确、实时性、稳定性等方面都发挥出了不可忽视的作用。由于该系统设计合理，自动化程度高，因此能够避免水库大坝异常运行情况的发生，同时，还为后期系统维护提供了科学的参考意见，这对我国水库大坝工程建设具有重大意义.