陸渾水庫大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)運用的經(jīng)驗和教訓

□劉小軍 □郝敬偉 □田京飛 □候振河(河南省陸渾水庫管理局)

0 引言

陸渾水庫座落在黃河支流伊河的中游嵩縣境內(nèi)，總庫容13.20億m3，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖、供水等綜合利用的大（一）型水庫。水庫樞紐工程主要由大壩、輸水洞、泄洪洞、溢洪道、灌溉洞及水電站等組成。陸渾水庫建成四十余年來，在防洪減災、農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了巨大的作用，產(chǎn)生了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。但這一切都依賴于陸渾水庫大壩的安全運行，而大壩的安全保障很重要的一個環(huán)節(jié)就是對大壩進行安全監(jiān)測。安全監(jiān)測是大壩的耳目，地下水的監(jiān)測在大壩安全監(jiān)測中又占據(jù)相當嚴重的地位，對其所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)及時進行整理和分析研究，可以了解大壩浸潤線的變化情況；同時還可以監(jiān)視壩身防滲體有無破壞及地下滲流場的變化，這對大壩的安全都至關(guān)重要，因此被喻為水庫大壩的內(nèi)科醫(yī)生。陸渾水庫共有測壓管95（其中5根是2006年二期工程新做的）根，分別分布于大壩的東、西壩頭、壩身等水庫關(guān)鍵部位。陸渾水庫管理局分別于2003年和2006年分兩期與山西長治海達利傳感技術(shù)有限公司合作，對陸渾水庫的大部分測壓管（80根)安裝了磁浮子傳感器自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

2 自動化監(jiān)測系統(tǒng)組成及特點

自動化觀測系統(tǒng)主要由傳感器、前置機、傳輸系統(tǒng)（分線盒，信號變送器，防水電纜及通訊電纜）和計算機控制系統(tǒng)四部分組成。

由安裝在大壩各斷面測壓管內(nèi)的水位傳感器采集的水位信號，通過斷面?zhèn)鬏旊娎|送至各斷面分線盒后，并入通訊電纜。由信號變送器將采集的信號傳送給前置機，前置機完成各測點的選擇、隔離、數(shù)模轉(zhuǎn)換和標尺變換，以并口形式傳送給計算機，由計算機控制各前置機的通、斷電工作，將各測點的信號進行實時處理，可顯示、存貯、打印，并形成各種報表及分析圖形。采集完成后，前置機斷電，使前置機在不檢測時可靠地處于斷電狀態(tài)，可有效地將被測現(xiàn)場與計算機可靠地電氣隔離，避免外界干擾對計算機的影響?？呻S時巡測全部測點和點測一個或幾個測點。每支傳感器中均配置有人工測量裝置，當停電或儀器發(fā)生故障時，可人工測量，從而保證了觀測資料的連續(xù)性和完整性。通過近6年的運用,取得了較滿意的效果。但由于存在測壓管銹蝕及沒按設(shè)計要求使用等問題，致使如今損壞嚴重，大部分已不能夠正常運行。

3 效果

3.1 提高效率,減輕勞動強度

由于過去采用人工測量，受測量設(shè)備和測量方法以及測量人員等諸多因素影響，同時需要5個人測4 h才能全部完成一次陸渾水庫的測壓管測量，所以勞動強度大、工作效率低。而且在壩區(qū)內(nèi)測量由于地形復雜，還容易受到如刮風、下雨、下雪等惡略天氣對人員的的影響傷害。而現(xiàn)在一個人在電腦前只需2～3 min既可完成全部工作，而且還可以根據(jù)工作需要進行適時觀測，自動監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)是以數(shù)字信號的形式傳遞的，傳輸距離長（最大可達10 km），抗干擾能力強受外界因素影響小，與人工測量對比最大差值均＜4 cm，省時省力。

3.2 操作簡單、工作可靠

由于本系統(tǒng)安裝于Windows下，且全部為視窗操作、全中文界面一看就會。只要稍懂計算機基礎(chǔ)知識的人很快便可以學會并完成操作。

以前的測量工作需要由人工在野外完成數(shù)據(jù)的采集，回到辦公室后還需要完成大量的內(nèi)業(yè)計算工作、包括計算、校核、點繪成圖、等一些資料整編等工作，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(xiàn)在的這些工作全部有計算機來完成，計算機可以根據(jù)需要生成各種表格、曲線（包括水位過程線、關(guān)系過程線、浸潤線、等值線等）、各種圖表而且又快又美觀，還可以將這些資料放進電子儲存設(shè)備保存，既方便查詢整理也便于資料保管。

本系統(tǒng)在自動化測量系統(tǒng)以外，另同時配備有手工測量設(shè)備一套，主要有三方面考慮：①為系統(tǒng)試運行時的對比測量使用；②為一旦自動化監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)問題，還可以進行手工測量從而不至于數(shù)據(jù)中斷，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性；③發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)有異常時，及時進行人工復核以更加準確判斷大壩工程運行狀態(tài)，為領(lǐng)導決策提供可靠的依據(jù)。

4 經(jīng)驗和教訓

4.1 測壓管銹蝕問題

由于陸渾水庫始建于20世紀5、60年代，大部分測壓管也是在建庫時安裝的，經(jīng)過多年的運行，大部分測壓管銹蝕嚴重，有的測壓管的管壁和管底已經(jīng)完全銹蝕透了，進入了大量的泥沙。由于經(jīng)費原因及問題嚴重性考慮不足，在2003一期工程和2006年二期實施時對老測壓管沒有進行更新，只對測壓管進行了清淤；但隨著時間的推移，測壓管周圍泥沙和測壓管壁銹蝕后脫落的鐵銹等淤積物又在測壓管內(nèi)逐漸增多，有的從傳感器的進水孔進入傳感器，嚴重影響了傳感器的工作，有的造成傳感器里的浮子卡死，從而影響觀測精度，甚至有的還造成設(shè)備損壞，而新做的5根測壓管則沒有這些問題困擾。

經(jīng)驗和教訓：在安裝該系統(tǒng)時一定要保證測壓管的完好性，并且每年都對測壓管進行清淤和檢查，對傳感器進行清洗和保養(yǎng)，以延長設(shè)備的使用壽命。

4.2 雷擊問題

由于水庫大壩大都建在偏僻空曠的地方，且大壩相對周邊地勢也較高，所以夏天遭到雷擊的概率較大；而陸渾水庫大壩測壓管自動化監(jiān)測系統(tǒng)的的通訊電纜都埋設(shè)在大壩坡面下1 m左右，雷電很容易造成電纜損壞，嚴重的時候會燒壞前置機和電腦等設(shè)備。在系統(tǒng)運行前3年內(nèi)被雷擊兩次，造成部分系統(tǒng)設(shè)備損壞,后經(jīng)廠家及時維修，在大壩下游坡面各斷面分線盒處修建避雷設(shè)施，并在機房加裝高性能接地線才基本解決雷擊問題。經(jīng)驗和教訓：施工時要同時考慮避雷設(shè)施，選購通訊電纜要加裝屏蔽層的高絕緣性電纜，機房還要有可靠接地線。

4.3 排水問題

陸渾水庫大壩壩頂安裝的7套測壓管自動化監(jiān)測設(shè)備因為要保持壩頂平整美觀，測壓管口做得比壩頂稍低，周圍為30 cm見方檢修坑，上面覆蓋5 mm厚鋼板保護。由于沒考慮排水問題，下大雨以上級別的雨時，雨水就會集滿檢修坑并從管口灌入測壓管，容易造成管內(nèi)淤積和傳感器損壞。為解決該排水問題需在檢修坑內(nèi)做排水孔，由于是后期施工，壩頂又不能破壞，后來費了很大的功夫也花了不小的代價，才把7個排水孔做好，雨水灌進測壓管問題才得以解決。

經(jīng)驗和教訓：施工時一定要考慮各種不利因素，把工作做在前面，若出現(xiàn)問題后期補救，必將花費較大代價。

4.4 運行問題

陸渾水庫大壩測壓管自動化監(jiān)測系統(tǒng)原設(shè)計要求試運行期間（4至5個月）進行人工對比測量，若精度符合要求（≤4 cm）且運行穩(wěn)定可轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)，即不再進行人工比測，完全采用自動化監(jiān)測所取得的數(shù)據(jù)。但由于多種原因，陸渾水庫大壩測壓管自動化監(jiān)測系統(tǒng)建成后，一致沒有停止人工觀測，即人工觀測和自動化同時觀測，頻繁的拉動人工比測繩，給自動化監(jiān)測設(shè)備造成了很大的破壞，這也是目前系統(tǒng)不能正常工作的主要原因。因為在直徑5 cm測壓管內(nèi)，安裝有傳感器和固定傳感器的鋼絲繩、傳感器信號傳輸電纜、人工比測繩三種設(shè)施，過多的不必要人工擾動勢必會造成纏繞等影響傳感器工作的交叉破壞。

經(jīng)驗和教訓：條件具備時一定要按照設(shè)計要求運行，這樣既是體現(xiàn)安裝大壩測壓管自動化監(jiān)測系統(tǒng)目的，節(jié)省人力物力，提高效率,也是保護設(shè)備的要求。

4.5 維修問題

大壩測壓管自動化監(jiān)測系統(tǒng)大部分是微電子設(shè)備，特別是室外部分工作環(huán)境相對較差，及時的保養(yǎng)維護是保證其正常工作必不可少的手段，但由于陸渾水庫歷史欠賬較多，自身經(jīng)濟困難，工程維修經(jīng)費也不到位，有了小問題不能及時解決最后變成大問題。

經(jīng)驗和教訓：要對大壩測壓管自動化監(jiān)測系統(tǒng)及時維修養(yǎng)護，要確保人員和經(jīng)費的落實，并建立維修檔案，這樣可有效延長該系統(tǒng)的工作年限。

5 結(jié)語

本文通過對大壩測壓管自動化監(jiān)測系統(tǒng)在陸渾的運用進行了總結(jié)，在肯定成績的同時也提出了存在的問題，得出了一些經(jīng)驗和教訓，僅供大家參考。

[1]劉紀平，任建營.漳澤水庫大壩測壓管自動監(jiān)測系統(tǒng)的建立與研究[J].山西水利，2000（3）.

[2]陳萬欣，任小娟，韓建芳等.自動化技術(shù)在陸渾水庫大壩安全監(jiān)測中的應用[J].河南水利與南水北調(diào)，2012（10）.