智能采集系統在察爾森水庫大壩滲流監測中的應用

宋玉波，鞏維屏

（松遼委察爾森水庫管理局，內蒙古 烏蘭浩特市 137400）

1 工程概況

察爾森水利樞紐位于嫩江支流洮兒河中游，壩址在內蒙古自治區興安盟科爾沁右翼前旗察爾森鎮北1.7 km處，壩長1 712 m，最大壩高40 m，壩址以上流域面積為7 780 km2，水庫總庫容12.53億m3，水庫以防洪、灌溉為主，結合發電、養魚等綜合利用的大型水利樞紐工程，是洮兒河干流上唯一的控制性骨干工程。

2 大壩安全監測

察爾森水庫大壩變形觀測埋設了壩體表面豎向位移、橫向位移，共用工作點29個，分別采用水準、視準線法測量；土壩滲流監測于1991年在壩體上共布設65個觀測孔，分布在11個斷面。2000年4月又增設了一個觀測斷面5個觀測孔。目前壩體滲流監測點共70個并且設有上游水位、下游水位、電站尾水位等。

大壩滲流觀測原有監測采集設備和計算機設備均已落后，不能滿足長期監測要求，針對系統存在上述問題，經過調研，了解到南京水利科學研究院開發了一套功能強大、界面友好，操作簡單，適應土石壩安全監測特點的監測系統，此系統與分析系統聯合運行，建立一個包括數據采集、存儲、傳輸、管理、分析處理和評判等一系列水平先進、真實有效的自動監測系統，2010年5月察爾森水庫大膽引進新技術、新設備對水庫落后的監測設備進行更新改造，通過合理設計，科學管理，選擇可靠性高、穩定性好、自動化程度高、抗雷擊能力強的SWN-01分布式智能采集系統，以滿足大壩安全監測的需要。

3 系統改造方案

3.1 系統結構

針對原有系統中的缺陷，將原有系統中的有線通信改為無線電臺通信，可有效地防止了通信線路上的雷電干擾。系統供電電源改為太陽能供電，可有效地防止供電線路上的雷電干擾；系統改造后原有數據庫不變。

全壩共設有6個MCU測控裝置，每個MCU都由太陽能供電，每個測控裝置分別控制附近相應的測點，并通過MCU里的電臺把存貯器里的電測量，發送到中心機房采集軟件進行計算，把最終工程物理量傳送給大壩分析系統進行分析處理。

測控單元（MCU）選用南京水利科學研究院研制生產的SWN-01型智能分布式水利工程安全監測控制單元，該監測單元是通過中國和加拿大合作研制開發的，具有無線、GSM短信、衛星和光纜連接四種通信方式，在察爾森水庫使用無線信號傳輸，由中央控制裝置（CCU）、通用測控裝置（MCU）以及相應的監測傳感器組成。

3.2 系統功能

系統具有模塊設置、系統參數設置、功能設置、系統自檢、系統報警等項功能。

由于察爾森水庫在中央控制裝置CCU與MCU通訊方式上采用無線介質通訊，CCU數據庫中設置電測量到工程物理量的轉換公式，數據采集軟件在得到來自MCU的電測量時，可同時進行計算，得出工程物理量。

3.2.1 MCU自檢功能

MCU自檢是在測控裝置內完成，自檢后顯示出自檢結果給操作人員，自檢的內容包括：

1）MCU內部溫度。通過檢測MCU內部溫度，檢查MCU是否異常。

2）MCU工作電壓。通過檢測MCU工作電壓，檢查充電電路、蓄電池是否正常。

3）MCU充電電壓。通過檢測MCU充電電壓，檢查太陽能供電是否正常。

4）MCU測量模塊和通道。通過檢測MCU測量模塊和通道，識別模塊和通道類型，確定其與所接傳感器類型是否相符，保證測量正常。

3.2.2 參數設置

在MCU能夠正常工作之前，根據工程的具體情況，對MCU的參數和數據庫中各測點進行設置，設置的內容有：

1）通訊速率。根據計算機與MCU的通訊方式、通訊介質，設置適當的傳輸速率，這樣在保證傳輸的可靠性下可使數據傳輸達到最快。

2）系統時間。設置MCU內部時間使其與計算機時間同步。

3）通道配置。對MCU中各通道進行設置，主要設置的內容包括儀器類型、儀器指標、測量范圍等，這樣MCU可采取正確的測量方式對通道進行測量。

4）定時測量時間。設置定時測量開始時間，測量間隔時間MCU據此進行定時測量。

3.2.3 單點測量

單點測量是對MCU中某一支儀器單獨進行測量，當某支儀器測量結果出現異常時，用于檢查與維修，并保存測量結果。

3.2.4 巡回測量

巡回測量用于測量某一個MCU或者全部MCU內所有測點，能夠對測量數據進行檢查，當測量數據超出量程范圍或事先設置的安全警戒，將給出提示或警告。得到數據后可以保存數據到中央數據庫中。

3.2.5 定時測量

定時測量主要用來測取定時測量數據，也是自動化測量的關鍵所在，MCU按設置測量開始時間和測量時間間隔進行測量，并把測量所得到的數據發送到中央數據庫中。

察爾森水庫大壩測壓管水位自動化監測采用自動測量方式，為了避免缺測數據情況，每天測量兩次，早8點和晚8點各測量一次，中央數據庫接收到MCU發來的電測量后進行計算，得出工程物理量后通過專用光纖遠程發送到調度樓分析數據庫中進行分析處理。

4 結語

SWN-01監測系統在察爾森水庫的應用大大減少了人為因素及雷擊對觀測結果的影響，提高了觀測精度，增強了成果的可靠性和連續性，目前系統運行可靠，監測數據變化比較穩定，系統測量和軟件分析快捷，具有很高的時效性、準確性和直觀性，保證了水庫大壩的安全運行，為水庫的防洪、興利調度提供了重要決策依據，保證了水庫綜合效益的發揮。