清河水庫除險加固工程安全監測自動化系統構建

1安全監測現狀

清河水庫現有大壩安全監測內容包括水平位移觀測、垂直位移觀測、壩體浸潤線觀測、壩基滲透壓力觀測、大壩排水體和繞壩滲流觀測。溢洪道觀測內容包括水平位移觀測、垂直位移觀測、堰基滲透壓力觀測。其中：

1）水平位移觀測利用WILDT3經緯儀，採用視準線法，利用燈光覘標在夜間進行人工觀測。

2）垂直位移觀測採用水準測量法人工觀測。

3）壩體浸潤線觀測、壩基滲透壓力觀測、大壩排水體和繞壩滲流觀測、溢洪道堰基滲透壓力觀測均採用測壓管觀測法，自制測繩進行人工觀測。

總體上，水庫現行的安全監測還是以人工爲主，這種方法工作量大、信息收集週期長、數據整理工作繁瑣，觀測結果精度不高，不能滿足水庫現代化管理的需求。

2設計依據

SL60-94《土石壩安全監測技術規範》、GB12897-91《國家一、二、三等水準測量規範》、SL169-96《土石壩安全監測資料整編規程》、SL265-2001 《水閘設 計規範》、SL253 -2000 《溢洪 道設計規範》、SDJ336－89 《混凝土大壩安全監測技術規範》、《遼寧省清河水庫工程安全分析綜合評價報告》。

3監測項目設置

依據現行規範相關規定設置有：變形監測、滲流監測、水位監測、應力監測、溫度監測及流量監測的安全監測項目。

3.1變形監測

爲了保持監測數據的連續性，清河水庫變形監測基本保持原壩體和溢洪道變形監測點的佈局。

1）水平位移監測方法。水平位移監測採用全站儀，採集的數據可隨後在計算中心進行後處理從而得到各測點的水平位移量。

2）垂直位移監測方法。用數碼水準儀及測尺，沿着壩兩岸起測基點與壩上各位移標點（水平位移標點與垂直位移標點共用一點） 組成附合水準路線，按國家三等水準測量(GB12898-91)方法進行監測，閉合差不大於±1.4 mm。

3.2滲流監測

爲了監測壩體在上、下游水位差作用下產生的滲流場，設置滲流監測。滲流監測包括壩體浸潤線監測、繞壩滲流監測、基礎滲透壓力監測、繞閘滲流監測。這次設計採用在原測點佈設位置附近重新鑽測壓孔，安裝測壓管，設置滲壓計,各測點接入DAU數據採集單元，納入自動化監測系統。

3.3溢洪道閘墩應力、應變觀測

爲了解溢洪道閘墩在一側水壓力及弧門推力作用下的應力分佈，在觀測基面閘墩迎水側的'牛腿鉸支座下部，各佈置2組三向應變計組，以觀測該截面的應力、應變及受力狀況。以上各測點接入DAU數據採集單元，納入自動化監測系統。

3.4溫度監測

在各典型觀測基面，沿着壩高方向，在上游壩面內側、下游壩面內側及壩體內部各均勻佈置4只溫度計，在壩體與基岩接觸面均勻佈置4只溫度計，共計28只溫度計，進行庫水溫、壩體表面溫度、壩體溫度及壩基溫度的觀測。以上各測點接入DAU數據採集單元，納入自動化監測系統。

3.5溢洪道閘門上、下游水位及水面線觀測

在溢洪道閘門上游閘墩及下游翼牆上畫上水尺標誌，監測大壩上、下游水位，同時測量溢洪道的水面線。

3.6庫區水位觀測

在左岸泄洪洞進口附近，庫區水流平穩處，設置一支水位計監測庫區水位。

3.7流量監測

爲監測泄洪流量，在左岸泄洪洞出口、右岸泄洪洞進口，各設置一套八聲路超聲波流量計用於監測泄洪流量。

3.8巡視檢查

由於自然因素變化多變，監測儀器佈設有限，因此，從施工期到運行期都要進行巡視檢查。

4大壩安全監測自動化系統

4.1系統組成

該安全監測自動化系統採用分層分佈式的網絡結構系統，主要由傳感器、監測分站（DAU）、監測總站（中控觀測室）、光纜及安全監測管理軟件組成。系統監測總站位於樞紐中控室內，由監測服務器、監測工作站、打印機、UPS電源等設備組成，負責接收各分站傳來的實時監測數據、入庫、後處理、數據分析、分析成果顯示輸出、報表打印、網絡發佈等功能，監測數據、系統參數和其它信息資料存放在數據庫中，數據庫運行在監測服務器上以實現資源共享。監測分站作爲前端用戶訪問和處理數據庫中的數據，並提供網絡發佈功能，除系統管理員可以直接在監測服務器上對系統進行參數設置、數據庫管理等操作外，其他操作人員通過權限設置在局域網內任意一臺工作站上，通過綜合自動化系統平臺，實現對監測自動化系統進行數據的查詢、監視等操作。

4.2系統功能

1）監測數據採集功能。

2）系統操作及顯示功能。

3）數據存儲功能。

4）綜合信息管（處）理功能。

5）大壩安全監測分析評價功能。

6）大壩安全監測分析成果WEB發佈功能。

7）系統防護和自檢功能。

8）人工接口功能。

4.3系統數據採集方式與體制

數據採集應具有自動巡迴測量、自動選點測量和人工測量等功能。系統既可對接入數據採集單元的全部各類監測儀器依次進行測量，也可對接入數據採集單元的全部各類監測儀器中的某一指定儀器進行選點測量，同時還有專用接口接入人工測量儀表對監測儀器進行人工測量。人工測量與自動化測量相互獨立，以便可互校或替代。

系統的監測數據採集方式分爲人工採集、半自動採集和自動採集。

人工採集：人工採集的對象爲只能人工監測的項目和需要用人工方法作爲對比的監測項目，通過人工採集方式獲得的原始數據，均應及時輸入安全監測自動化系統的相關數據庫。

半自動採集：在施工期和運行期自動化系統故障或檢修的情況下，可由操作人員攜帶讀數儀表（檢測儀）或便攜式電腦到現場直接讀數，然後再轉入安全監測自動化系統的相關數據庫。

自動採集：可實現自動採集的監測項目，由操作人員在監測中心站的監測服務器或監測工作站上，直接設置採集參數後，通過現場數據採集終端自動進行監測數據採集並傳輸至監測中心站的相關數據庫。

4.4傳 輸

大壩安全自動化監測系統內的數據信息傳輸採用光纖傳輸，信息通訊管理採用無線通訊和局域網系統。具有遠程監控功能及遠程診斷功能。保證管理人員或工程技術人員可以不到現場，即可對全部觀測點進行觀測和自檢自校。

4.5管理及處理分析

系統軟件運用水利專業技術，藉助於計算機專業的數據庫、科學計算、圖形顯示、網絡技術等手段，採用面向對象的模塊化結構設計原則；使系統在一個安全、穩定、先進、可擴展、可操作性強、易於管理維護的環境下運行。系統軟件具有在線和離線數據管理和分析處理功能及全面、完善的數據庫管理功能，包括數據顯示、更新、增刪、檢索、查詢、整編、打印等，對觀測數據與工程檔案實施全面管理、存儲、檢索、繪製圖表、年鑑製作等工作，使觀測資料管理進入辦公自動化。

4.6大壩安全監測分析系統軟件

清河水庫大壩安全監測系統能實現監測採集數據的綜合管理和分析，歷史資料整編的人機接口。按照實際工作的需求，系統劃分爲數據採集子系統、監測數據管理信息子系統、安全監測分析評價子系統與分析評價成果發佈子系統。

5結 語

這次設計在滿足相關規範標準的基礎上，設計中充分考慮工程實際情況和安全監測管理需要，選擇必要的監測項目和測點，力求優化合理。建成後的自動化安全監測系統技術先進、功能強大、測值準確可靠、便於運行維護。設計中充分考慮了今後經濟和技術的發展，使建成後的自動化監測系統能滿足現代化管理的需求，併爲今後的擴展留有餘地。