龍鳳山水庫大壩測壓管安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的探討

張 宇

(五常市水務(wù)局，黑龍江五常150200)

1 大壩測壓管安全監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

龍鳳山水庫位于黑龍江省五常市東南50 km，拉林河支流的牤牛河中游，控制流域面積1 740 km2，總庫容2.77億m3，是以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的大(2)型水利樞紐工程。

龍鳳山水庫土壩測壓管始建于1964年。1980年按壩身管、壩基管、繞滲管3種測壓管線布線，進(jìn)行了補(bǔ)充完善，總體布局為15個斷面、56根測壓管，采用管內(nèi)水位人工量測記錄。1989年水庫消險期間和2003年分別由哈爾濱工業(yè)大學(xué)將水庫測壓管安全監(jiān)測系統(tǒng)更新改造為電容式水位自動測報系統(tǒng)。

經(jīng)過10多a的運(yùn)行，由于設(shè)備自然老化嚴(yán)重，急需更新改造大壩測壓管安全監(jiān)測系統(tǒng)，用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)實現(xiàn)采集、傳輸、處理測壓管觀測數(shù)據(jù)，為水庫大壩安全運(yùn)行管理提供可靠依據(jù)，發(fā)揮水庫工程效益[1]。

2 設(shè)計主要工作性能

龍鳳山水庫測壓管安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件主要是大壩測壓管更新改造和滲壓監(jiān)測，軟件采用B/S模式和C/S模式設(shè)計，總體采用B/S模式實現(xiàn)訪問，部分功能采用C/S模式，部分功能采用后臺服務(wù)模式實時運(yùn)行，地圖數(shù)據(jù)以WebGIS方式訪問，用戶使用瀏覽器能夠完成所有操作。

水庫大壩測壓管安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計性能應(yīng)具備支持多種硬件平臺。軟件開發(fā)工具和系統(tǒng)開發(fā)平臺符合國家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。完全模塊化設(shè)計，支持參數(shù)化配置，支持組件及組件的動態(tài)加載。提供故障診斷工具，具備錯誤記錄功能。保證連續(xù)24 h不間斷工作，平均無故障時間＞8 760 h，出現(xiàn)故障時及時報警，軟件系統(tǒng)具備自動和手動恢復(fù)功能，自動恢復(fù)時間＜15 min，手工恢復(fù)時間＜12 h，軟件系統(tǒng)要防止消耗過多的系統(tǒng)資源而使系統(tǒng)崩潰。軟件版本易于升級。大壩測壓管安全監(jiān)測信息以GIS、圖表、多媒體等方式進(jìn)行展示。

3 水庫測壓管布設(shè)

根據(jù)龍鳳山水庫觀測需要，依據(jù)2003年原測壓管線建設(shè)方案，布設(shè)15個觀測線，56根觀測管，其中壩身管24根、壩基管4根、繞滲管8根。對于已經(jīng)報廢的16根測壓管進(jìn)行測壓管更新，在緊挨原測壓管位置重新鉆孔安置新的測壓管，新的測壓管與原管相同管徑、長度、深度安裝，其余測壓管進(jìn)行清淤處理。

測壓管安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備安裝主要是0+470斷面1臺鐵質(zhì)烤漆監(jiān)測儀器箱安裝在距大壩坡面20 cm處，儀器箱上方配置太陽能電池板。各斷面信號線纜從壩基測壓管開始沿監(jiān)測斷面向壩頂測壓管布線，經(jīng)過最上面的測壓管后，向0+470斷面向布線，每個測壓管處設(shè)1個接線盒。線纜布設(shè)采取穿管溝埋方式布置。大壩測壓管監(jiān)測設(shè)備儀器箱上加裝避雷針，敷設(shè)避雷接地體，室外信號傳輸電纜均采用鐵管屏蔽，地埋處理，接地電阻要求＜10 Ω。測壓管監(jiān)測斷面劃分和埋設(shè)點見表1。

表1 測壓管監(jiān)測斷面劃分和埋設(shè)點統(tǒng)計表

4 測壓管安全監(jiān)測系統(tǒng)信息采集與傳輸

4.1 工作模式

大壩自動測壓系統(tǒng)每天定時采集各測壓管中的滲漏水位，并通過GPRS/GSM信道采用自報應(yīng)答式向中心站發(fā)送。時間設(shè)定可調(diào)。

4.2 通訊組網(wǎng)

大壩測壓管安全監(jiān)測系統(tǒng)由遙測終端(RTU)、GPRS/GSM模塊、滲壓計(壓力式水位計)、太陽能板、太陽能充電控制器、蓄電池等組成。采用分布式自動化數(shù)據(jù)采集形式，15監(jiān)測斷面56處滲壓測點監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線方式匯集到0+470監(jiān)測斷面，接入測站的RTU，測站RTU采用雙機(jī)備份，測站RTU數(shù)據(jù)采用GPRS/GSM無線傳輸?shù)皆O(shè)在水庫管理處的中心調(diào)度室計算機(jī)[2]。

4.3 信息接收與處理

監(jiān)測站采集的監(jiān)測信息采用GPRS一站單發(fā)方式直接傳輸?shù)剿畮熘行恼荆行恼緦⑹盏綕B漏信息進(jìn)行分類處理，全部數(shù)據(jù)分別存儲到本地專用數(shù)據(jù)庫和公用數(shù)據(jù)庫，專用數(shù)據(jù)庫供大壩測壓上位軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、分析、統(tǒng)計時調(diào)用。公用數(shù)據(jù)庫供其他軟件調(diào)用。

測壓信息的接收與處理由大壩上位軟件完成，對監(jiān)測站上傳的滲漏信息，按壩身、壩基、繞滲進(jìn)行分類處理，對監(jiān)測資料進(jìn)行檢驗、合理性分析、修正處理和統(tǒng)計。上位軟件由信息采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、統(tǒng)計輸出模塊、安全管理模塊組成，主要完成以下任務(wù):

實時在線遠(yuǎn)程自動監(jiān)測壩體、壩基及繞滲的滲流壓力，記錄監(jiān)測對象完整的數(shù)據(jù)變化過程，并且存入相關(guān)數(shù)據(jù)庫，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、給出大壩體滲流水位曲線。

1)信息采集模塊:按測量周期采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析入庫存儲，可實時遠(yuǎn)程監(jiān)測大壩的各測試參數(shù)，可根據(jù)需要設(shè)定采集頻率、測點數(shù)據(jù)。

2)數(shù)據(jù)分析模塊:對監(jiān)測資料進(jìn)行檢驗、修正處理，各種監(jiān)測要素的統(tǒng)計模型建立，各種物理量的統(tǒng)計分析和允許變化范圍的確定，對原始數(shù)據(jù)可進(jìn)行各種計算。數(shù)據(jù)越限報警，提供動態(tài)閃爍、聲音報警等提示。

3)數(shù)據(jù)管理模塊:對大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行插入、刪除、修改、數(shù)據(jù)庫維護(hù)、備份與恢復(fù)。

4)統(tǒng)計輸出模塊:對當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計查詢，也可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢，統(tǒng)計查詢結(jié)果數(shù)據(jù)可以以圖形方式顯示也可報表形式顯示，能顯示各種監(jiān)測要素的瞬時值和極值統(tǒng)計量，時間歷程曲線圖、X/Y坐標(biāo)圖、模擬圖、直方圖等形式，也能夠以數(shù)據(jù)庫形式保存，還可以直接生成Excel或其他形式報表。支持對圖形、報表、曲線、報警信息、各種統(tǒng)計計算結(jié)果等的打印。

5)安全管理模塊:用戶分級授權(quán)和審定工作，報警日志生成和報警設(shè)備警示。

[1]史建國，趙琳.土石壩測壓管深管封孔與設(shè)備埋設(shè)技術(shù)研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011(09):257－258.

[2]季安，姜葵紅，牟燕妮，于文蓬，蘭昊.大壩測壓管觀測資料分析在北邢家水庫滲流安全評價中的應(yīng)用[J].大壩與安全，2008(05):38－41.