自動化技術在陸渾水庫大壩安全監測中的應用

□陳萬欣 □任小娟 □韓建芳 □張宏圖（陸渾水庫管理局水庫管理處河南嵩縣）

1.概述

陸渾水庫位于黃河流域伊河中游的河南省嵩縣境內,控制流域面積3492km2，占伊河總流域面積6029km2的58%。水庫總庫容13.2億m3，是一座以防洪為主，結合灌溉、發電、供水、旅游等綜合利用的大（I）型水庫。陸渾水庫于1959年12月動工興建,1965年8月竣工。水庫樞紐工程主要由大壩、輸水洞、泄洪洞、灌溉洞、溢洪道及總裝機容量10450kW的水電站組成。

為盡早消除工程安全隱患，發揮水庫規劃設計的除害興利效益，2001年9月至2006年6月底，通過水利工程建設基本程序，國家分兩次分別投資1950萬元和9810萬元，對陸渾水庫進行了除險加固處理。并于2003年和2006年分兩期對大壩觀測設施，全部實施了自動化改造。

加固后的陸渾水庫，工程病險隱患得到了根除，庫容庫貌也煥然一新，并從2007年7月開始走向按設計正常運行的軌道；大壩觀測、閘門控制及水情測報等實現了自動化管理，真正做到防汛決策系統的適時調度和大壩適時監控，工程整體效益得到了更大的發揮。

2.大壩監測

大壩安全監測是保證大壩安全運用的前提，安全監測是大壩的耳目，地下水的監測在大壩安全監測中又占據相當重要的地位，它可以了解壩身浸潤線的實際位置和變化情況；同時還可以監視壩身防滲體有無裂縫和地下滲流場的變化，被喻為水庫大壩的“內科醫生”。

傳統的地下水觀測設備，有早期的測深鐘，到后期的電測水位器，測量占人、費時、費力，且由于受測繩誤差、測量方法、儀器響聲等因素影響，極易造成誤差。針對以上存在的問題，陸渾水庫早在20世紀80年代，就開始著手開展大壩自動化觀測技術方面的研究，從早期的“一對一”通道式電測法和后期的壓力傳感器法，但都由于技術不太成熟，又缺乏專項研究經費等無法在實際工作中得到實際運用。

陸渾水庫大壩為粘土斜墻砂卵石壩，主壩長710m，最大壩高55m。壩區共有測壓管89根，分別布置在大壩的東、西壩頭，壩肩、壩身和溢洪道、泄洪洞等水庫樞紐建筑物的關鍵部位。

2003年4月份，陸渾水庫和山西長治海達利傳感技術有限公司合作，首先在主壩的壩身部分測壓管上安裝了30支傳感器并進行了試運行，取得了令人滿意的效果；接著于2006年又將東、西壩頭等剩余的59根測壓管，全部裝上了傳感器，實現了陸渾水庫所有觀測設施的自動化改造。

3.實現大壩自動化監測的優越性

3.1 提高工作效率，降低勞動強度

過去的人工測量既費時又費力，以平均觀測30支測壓管為例，人工觀測需兩人同時工作，一人測量、一人記錄，一般需2～2.5h，而且在壩區內測量由于地形復雜，所以勞動強度大、工作效率低，還極易受到工作環境的影響，如狂風、暴雨、大雪等惡略天氣對人員的傷害。而現在只需一個人在電腦前即可完成全部工作，且只需2～3min時間，還可以根據工作需要進行適時觀測，隨時察看、了解所有測壓管任意時刻的觀測值，這一點是人工觀測無法比擬的。

3.2 提高觀測精度

過去的人工測量，由于受測繩伸縮量、蜂鳴器穩定性、測量方法正確與否以及測量人員熟練程度等諸多因素影響，不可避免的產生一定的誤差。而現在的信號是以數字的方式傳遞的，抗干擾能力不受外界因素影響，且傳輸距離長最大可達10km，可以滿足大部分水庫的要求，由于不受外界因素影響從而提高了測量精度，與人工手測對比差額均＜4cm。

3.3 功能強大

以前的測量工作需要由人工在野外完成數據的采集，回到辦公室后還需要完成大量的內業計算工作，包括計算、校核、點繪成圖、年底資料整理、整編等工作，而這些工作都需要投入大量的人力來完成，這就不可避免的又會造成一些新的錯誤。而現在的這些工作全部由計算機來完成，計算機可以根據需要，生成各種表格、曲線（包括水位過程線、關系過程線、浸潤線、等值線等），而且各種圖表又快又美觀，還可以將這些資料放進磁盤，既方便技術交流，還便于資料保管。

3.4 操作簡單、安全可靠

由于本系統安裝于Windows下,操作方便、直觀，只要有計算機基礎知識的人，很快便可以掌握，且全部為視窗操作、全中文界面，一看就會。

本系統除有自動化測量系統以外，另有手工測量設備一套，主要為系統正式運用前的對比測量所用和一旦自動化測量出現問題，還可以手工測量，從而不至于數據中斷，確保了數據的連續性。

2006年又安裝了第2期50支傳感器，并投入使用，也取得了令人滿意的效果。

4.系統存在的問題及局限性

4.1 測壓管無更新，影響了觀測精度和使用壽命

陸渾水庫始建于20世紀五、六十年代，大部分測壓管也是建庫時安裝的，經過多年的運行，大部分測壓管銹蝕嚴重，管壁和管底也完全銹蝕透了，進入了大量的泥沙。這個從2003年和近幾年的測壓管清淤工作中可以看出，清出的多為泥沙和測壓管銹蝕后脫落的鐵銹，這些淤積物留在測壓管內，會從傳感器的進水孔進入傳感器，嚴重影響了傳感器的工作，會造成傳感器里的浮子卡死，從而影響觀測精度。

4.2 野外信號采集系統，工作環境惡劣，穩定性易受影響

由于自動化的通訊電纜都埋設在大壩坡面地下1m左右的深度，而壩面上空曠面大，很容易在夏天遭到雷擊，造成電纜損壞、嚴重的時候會燒壞前置機和電腦。同時，每根測壓管傳感器的工作環境惡劣，濕度大，也容易造成傳感器的絕緣度下降，從而影響觀測精度。

4.3 施工質量瑕疵，導致系統隱患

系統改造時，系統設置的分線盒由于施工工藝和質量存在瑕疵，導致分線盒開裂，這樣在下雨的時候，雨水就會從裂開的縫隙里進入分線盒，造成分線盒內濕度大，容易造成內部線路短路和線頭腐蝕，給系統安全運行留下隱患。

5.建議

陸渾水庫在2003年和2006年分別實施了大壩觀測自動化1期和2期工程，通過幾年的運行，充分顯示了大壩自動化監測技術的優越性，也暴露了電子產品的局限性及存在問題，針對大壩自動化觀測系統的局限性和存在的問題，根據陸渾水庫的具體情況，在今后大壩觀測自動化工程應用中特提出如下建議：每年對測壓管進行清淤和檢查，對傳感器進行清洗和保養，并在井口的保護裝置上作通氣孔。在大壩下游坡面適當的地方修建避雷設施。改進分線盒施工工藝，做好防潮、防腐措施。