陡河水库大坝安全监测系统

1、陡河水库大坝安全监测系统简述周金波(河北省唐山市陡河水库管理处 唐山 063021)摘要：为了进一步加强陡河水库大坝安全监测，根据冇关技术规范对陡河水库大坝变形、坝基渗压、浸润线 和渗流量监测进行项目结构设计，以及数据采集和整编软件进行总体设计，介绍了陡河水库大坝安全监测 项目、仪器设备选型、系统纽成和系统运行特点和情况，实践证明，该系统的运行，能够适时采集和管理 各种监测数据，并按陡河水库监测资料整编耍求进行整编，提高了水库人坝安全监测管理水平。关键词：测虽控制单元：测点；监测中图分莫号：文欢标识码：文章偏号：作者简介：周金波(1977),女 仅族)，河北唐山人，工程师,主要从事水利工程管理

2、工作,(tedthe safety monitor ing system of douhe reservoi r damzhou j inbo(hebei province tangshcin city douhe reservoir management office tangshan 063021)abstract： n order to further strengthen the douhe reservoir dcim safety monitoring, according to the relevant technical norms of douhe

3、reservoir dam deformation, pressure ba ji she n, saturation 1ine and seepage flow monitoring project structure design, as well as the data col lection and compilation of software for overall design, introduces the douhe reservoir dam safety mon i to ring project, equipment selection, system composit

4、ion and operation chtiracteristics and practice has proved that the operation of the system can timely collection and management of monitoring data, and according to douhe reservoir monitoring data compilation requirements reorganization, improve the reservoir dam safety monitoring of the whole mana

5、gement leve1 key word： mcasurcmcnl control unit; measuring point; monitoring1工程概况陡河水库于1956年建成，大坝为均质土坝。监测项冃有变形、坝基渗压、浸润线和渗 流量观测。由于运行时间长，再加上76年地震对观测设施的影响，致使设备老化，许多测 压管的滤水管被堵，再加上观测手段落后，监测数据不能全面反映人坝安全状况，为了进一 步加强陡河水库大坝安全监测，提高运行管理水平，2004年利用光纤传感器和数据采集软 件，开发了陡河水库大坝安全监测自动化系统。2系统设计2 1系统结构与原理该系统包括各种类型传感器，3个测最控制

6、单元和一个管理处中央控制装置，如图1所示。传感器包括孔隙水压力计、量水堰计、上游水位计、卜游水位计、南量计、温度计和 气压计。测量控制单元mcu与传感器z间用电缆连接。川于对各种传感器进行数据采集和存 储，并与屮央控制室计算机连接通讯，发送指令和数据传输，实时监测，测量控制单元之间 及测量控制单元与屮央控制装宜采用光缆连接。陡河水库人坝安全监测系统采用分布式数据采集系统结构，包括各种类型传感器54 个，测量控制单元3个（分别位于主坝桩号0+170、0+500、0+400）和管理处中央控制装置,（设在大坝管理处办公楼）、它与测量控制单元mcu实现双向通讯同。传感器与控制单元 之间用电缆连接，测量

7、控制单元之间及测最控制单元与屮央控制装置采用光缆连接。屮央控 制中心配有数据采集和数据处理分析软件，可进在线监控或离线监控。系统结构图如国1 所示。中央控制室自纤解 环光制器 双愈调调光纤mcu1 l传感器图1系统结构图2 2监测项日及布登根据土石坝安全监测技术规范sl60-94的要求，设置的监测项日包括：巡视检 杳，表面变形监测（水平位移和竖向位移），渗流（坝体渗流压力、坝基渗流压力、渗流量）、 环境量（上下游水位、气温、降水量）监测。2 2 1坝体坝棊渗流压力监测根据规范规定并结合木工程的实际需要确定，坝体渗流圧力观测断面上的压力分布和浸 润线位置的确定，坝体渗流压力观测断面分別选在：桩号

8、0+100为最大坝高处，桩号0+170 为河床与一级台地交界处，桩号0+350和1+100分别为一级台地和二级台地标准断面，桩号 0+720和1+400为坝基淤泥段，桩号1+700位于一级台地与二级台地交接处，共设7个断面。 横断面根据坝型结构断面大小和渗流场特征，设34条观测铅垂线，并顺流线方向布置， 观测横断而上测点布置，根据建筑物地下轮廓形状、坝基地质条件、以及防渗和排水型式等 确定。2 2 2渗流量监测渗流量监测点的布置冇2处，分别设在河床段三角形量水堰处和一级台地排水沟矩形量 水垠处。最水垠上安装水位计监测垠上水头，计算相对渗流最。2 2 3环境量监测环境量监测点的布置有5处，库水位

9、监测点安装在大坝上游竖井内，下游水位观测安装 在下游排水沟处，降水量监测点布设在大坝上游竖井顶部，气温监测点采用电阻温度计，设 在坝区专用百叶箱内。气压计设在大坝观测房内。3系统软件的作用3 1数据采集软件通过计算机与mcu通讯，向mcu发送设置指令，接收mcu的测量数据。mcu能够对通讯 情况、内部温度、工作电压、充电电压是否正常，以及mcu测量模块和通道与所接传感器类 型是否相符进行自检，保证测虽正常。在mcu工作z前，对mcu的参数和数据库中的各测点 进行设置。设置包括以下项：通讯速率：根据计算机与mcu通讯方式、通讯介质，设置适 当的传输速率，这样在保证传输的可靠性下，可使数据传输达到

10、最快。系统时间：设置 mcu内部时间，使其与计算机时间同步。通道配置：対mcu中各通道进行设置，主要设置 的内容包括仪器类型、仪器指标、测量范围等，这样mcu nj釆取正确测量方式对通道进行测 虽:。定吋测量时间：设置定吋测量开始吋间、间隔吋间，mcu根据这些进行定吋测量。通过参数设置,mcu可以进行单点测虽、巡回测虽和定时测虽，单点测屋是某种仪器某 个测点的各种电测量（如孔隙水压力计的频率和温度），和相关仪器测量（如测量测压管内 的孔隙水压力计，还要测量气压计），计算岀工程物理量，可以打印或保存测量数据至数据 库；通过巡凹测量，能够对测量数据进行检查；定时测量主要用来取定时测量数据，在汛期

11、高水位时，数据采集软件将在屛幕上显示关键部位的测量数据，生成图表，并不断地对图形 进行刷新，实现实吋动态显示，并给出报警信息。数据釆集软件可对采集到的数据实现数据（库）管理、离线分析及测值预报，并具有系 统管理以及图形报表制作等功能。同时测量控制单元具有存储器和掉电保护功能，能暂存所 测数据，系统断电后保证不丢失数据和参数。4信息管理系统大坝安全监测信息系统主要包括：数据处量、资料查询、资料整编、工程图纸管理、资 料分析、实时监视、信息发布等功能。4 1资料整编：资料整编是根据土石坝安全监测资料整编规程（sl169 96）及陡河水库的管理要求 对监测资料进行整编，包括口动化数据采集系统的整编分

12、析和人工观测数据系统的整编分 析。资料整编件邮工程资料、数据录入、资料维护、报表打卬、图形绘制等模块组成。主要 有打印各监测项冃的考证表和统计表，绘制各监测量的过程线、相关线、空间分布图等，能 够满足陡河水库年度监测资料整编要求。报表可打印各监测项冃的考证年统计表。在统计表中，将给出该测点的刀最小值、年最 人值、年最小值。报表在打印纸上的位置可通过设置相关参数确定。图形绘制可在屏幕上绘制各种图形，并可在打印机上打印，图形在打印机上的位宜、人 小和线条的粗细，可通过设置相关参数确定，在绘制图形时，还可提供观测数据显示。4 2资料分析资料分析是对影响陡河水库人坝安全性态的主要监测量即竖向位移、水平

13、位移、测压 管水位、渗流压力水位、渗流量进行分析，包扌舌：建立统计模型，进行漏测竖向位移推算或预测坝血竖向位移量，根据竖向位移数据 进行沉降率计算、沉降速率计算和裂缝分析。对水平位移建立水平位移与上游水深、时间等因子统计模型，根据相关系数，就冋 归效果给出定性结论。测压管水位、渗压力水位和渗流量的数据处理有：滞示时间分析、相关性分析、特 征库水位分析、位势分析、浸润线分析、坝基抗渗分析。在资料分析的基础上，并结合工程实际运行表现，対大坝安全进行分析评价。4 3资料维护管理资料维护管理是对考证资料、监测资料进行添加、修改、删除、备份、杏询。对于监测 资料，用户可以査询多个测点一段时间的监测数据。

14、在用户选择监测项冃、输入开始口期、 结束日期、开始测点、结束测点，将显示所有符合条件的数据。用户可以进行如下操作： 将显示数据删除。将数据备份到指定存储设备。按h期排序或按测点排序，进行数据查 询。对查询的数据进行修改，并可保存修改结果或不保存修改结果。监测数据的添加根据项冃的不同，数据添加冇两种方式。一个测点一段时间的监测 数据；一天所有测点的监测数据。方式一主要用于输入历史资料。方式二主要用于输入当 前监测资料。4 4监测数据处理对于任何表中监测数据具有求平均、累积、最大、最小值等功能，对任何图中处标具 有缩放和调节功能。5大坝安全监测系统运行情况陡河水库大坝安全监测系统b 2005年开始

15、建设，在2006年正式投入运行。目前，系 统总体运行情况良好，监测仪器的应用、监测数据的稳定、-整编的图表及分析等方面均达到 了设计效果，h动化采集的数据稳定可靠，系统的工作稳定。但在系统使用及维护过程屮， 发现了一些问题。陡河水库是多雷区，尽管在系统设计中，采取了相应的避雷措施，但在运行中遭受多 次雷击，造成系统的运行中断，今后应多考虑雷电干犹，加强防雷措施。山于监测系统采用浏览服务器结构，可在i nterent/tntranet上访问，造成访问数 据处理速度较慢的问题，今后需进一步完善监测系统运行速度。人坝安全监测系统屮数据资料需进一步补充，以完善系统分析处理能力6.结语：陡河水库大坝安全

16、监测系统于2004年底建成，系统采用了分布式自动采集系统、性能 优良的传感器以及比较先进的分析评价软件。具冇较好的适应性和兼容性，易于安装调试和 维护，同时又采取了较好的防雷抬施。其监测项目满足了有关规范要求。通过实施陡河水库 大坝安全监测系统的建设，解决了原有监测系统设施简陋、精度低、手段落后等缺陷，满足 了实时监测的要求，特别是在高水位运行期期间和汛期发挥了重要作用，采集到了大量的宝 贵数据，为管理者提供实时监测数据，便于及时发现大坝杲常時况，采取处理措就。为进一 步分析大坝安全运行性态提供了可靠的依据，同时也捉高了工程管理水平。1罗家枢，周丈哲土力学m.北京：水利电力出板社，1990.2：邵裕年陵河水库志m石家庄：河北人民出版社，1993