马旺水库大坝安全监测自动化系统建设探析

朱永斌，栾美慧，李静旭

（1.高密市马旺水库运营维护中心，山东 高密261517；2.高密市引调水工程运营维护中心，山东 高密261500）

马旺水库位于山东省高密市柴沟镇马旺村西南，控制流域面积68 km2，是一座具有防洪、灌溉功能的中型水利（枢纽）工程。水库于1959年10月动工兴建，1960年5月竣工，2006年开始除险加固，2010年竣工验收。水库防洪标准为50年一遇洪水设计，1 000年一遇洪水校核，兴利水位51.53 m，水库汛限水位51.53 m，设计洪水位52.51 m，校核洪水位53.55 m。水库总库容2 695万m3，兴利库容1 185万m3，死库容75万m3。主体工程由主坝、副坝、泄洪道、放水洞等组成。主坝为均质土坝，坝顶高程55.5 m，最大坝高15 m，坝轴线长度203 m。副坝为均质土坝，坝顶高程55.5 m，最大坝高8 m，坝轴线长度1 138 m。2010年新设三孔溢洪闸，闸门尺寸6×4.5 m。水库枢纽工程等级Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物级别为5级。

随着马旺水库大坝安全管理水平的不断提升，原有人工观测由于受经费和自身技术水平限制，已越来越不能满足水库大坝安全管理需要，亟需建设一套信息化系统实现对大坝安全实时在线监测，实现基于手机移动端巡视检查以及基于软件的资料整编管理。

1 系统设计与建设方案

1.1 建设思路

结合马旺水库大坝安全自动监测现状需求和国家对水库规范化标准化要求，建设提供本地及云端、计算机端（PC）和移动端（APP）相结合的大坝安全监测信息管理系统，全面提升马旺水库大坝安全运行的数字化、精细化、智能化、规范化管理水平。系统通过在马旺水库大坝建设28处渗压自动监测站和8处大坝变形监测站，通过无线或有线的方式自动上报管理中心，由管理中心整合原有的水位、雨量等数据，进行处理、统计、整编、分析等，实现马旺水库大坝安全监测数据的实时性、可靠性和精度，及时预报大坝承受能力和可能发生的事件。

1.2 建设方案

1）大坝安全自动监测信息管理系统。主要内容为安装工控机一台，配套信息管理系统软件一套，实现对大坝的变形监测、渗压监测、水位监测、雨量监测数据的管理和在线分析、大坝安全评判预警和辅助决策、大坝基础资料及业务资料整编、巡视检查痕迹式管理等业务管理功能，全面整合大坝安全监测信息，全面提升大坝安全信息化规范化管理水平。

2）大坝渗压监测系统。大坝渗流监测系统主要沿马旺水库大坝新设立28处渗压监测点，分别位于大坝0+330、0+435、0+510以及0+850四个断面处，每个断面7处，其中坝体管3处，坝基管4处。

3）大坝表面变形监测系统。大坝表面变形监测系统主要是在马旺水库大坝0＋405断面、0＋590断面新建8处大坝变形监测点，每个断面4处，在马旺水库运营维护中心院内新建变形监测基准点1处。

2 系统建设成效

2.1 节约运行管理成本

建设完成大坝安全监测自动化系统后，可以自动完成数据的定时采集，只需要定期进行人工比对；同时系统还具备数据资料整编分析功能，可以直接实现自动化的报表形成、绘制各种分析图形等，有效降低数据处理劳动强度和时间，提高了工程运行效率，节约了运行管理成本。

2.2 提高监测数据准确性与稳定性

通过安装大坝安全监测自动化系统，大幅度降低主观、客观因素的影响及人工参与度低，排除了人工误差对监测结果的影响，特别是渗压监测中采用感应式水位检测原理，水位变化判断监测准确、误差小，提高了整个大坝安全监测数据的准确性和稳定性。

2.3 提升管理信息化水平

在新建大坝渗压监测和大坝表面变形监测的基础上，将原有水位自动监测、降雨自动监测接入大坝安全自动监测信息管理系统，在大坝变形监测、渗流监测、环境量监测、数据管理和在线分析、大坝安全评判预警和辅助决策等基础上，提供大坝基础资料及业务资料整编、巡视检查痕迹式管理等业务管理功能，在很大程度上提升了水库运行管理的信息化水平，为马旺水库后期数字水库的建设提供了平台支撑。

2.4 提高水库应急处置能力与维护水平

可实时监测大坝安全运行数据，提供24 h实时在线监测预警，保证恶劣环境下对坝体安全运行状态的不间断监测，并对数据进行分析。当数据异常时，通过声光报警提醒水库管理人员采取必要措施进行处理，提升马旺水库的应急处置能力。同时，有助于水库实现精细化、系统化的管理，提高马旺水库的运行维护水平。

3 存在问题

3.1 功能较少，尚不能完全满足发展需求

因受资金和现有水库运行维护现状所限，大坝安全自动监测信息管理系统只完成了大坝渗压、库水位、大坝表面变形、库区降雨量4个模块的建设，其他监测数据因水库目前尚未实现自动监测，数据不能实现自动传输和整编，功能相对单一，不能满足数字水库建设的需求。

3.2 监测时段数据受外界因素影响大

马旺水库大坝变形监测系统采用全球定位系统（GNSS）进行全天候观测，部分时段数据受大坝道路上行车、卫星信号等因素影响偏离较大，在进行数据整编分析时要剔除这部分数据需要定期和人工观测结果进行对比，确保分析结果的准确性。

4 注意事项

4.1 设备供电

设备供电方式分市电供电和太阳能供电、蓄电池供电三种方式，马旺水库大坝安全监测自动化系统采用市电供电加充电蓄电池结合方式，很好地解决后期维护成本高的问题，并有效避免市电停电时监测数据的缺失。

4.2 数据通讯

马旺水库大坝安全监测自动化系统变形监测数据传输充分利用监控光缆和供电电缆铺设，实现数据有线传输，避免了无线传输对网络固定IP的要求，降低了造价和后期运行费用。

4.3 大坝表面变形监测

鉴于全球定位系统（GNSS）具有定位精度高，全天侯观测、自动采集、传输数据的特点，综合考虑建设成本及应用环境，结合水库大坝的实际情况，确定马旺水库大坝安全监测自动化系统变形监测采用GNSS监测系统。

5 结语

马旺水库大坝安全监测自动化系统自2019年12月建成以来，运行良好。经实际运行验证，水库大坝安全监测自动化改造取得了良好的效果，为水库大坝安全运行提供了及时有效的监测数据和分析整编图表，为水库管理单位和各级管理部门对水库运行的指挥调度提供了强有力的决策支撑。