工程安全監測自動化系統在渾河閘的運用

郭彩銀，孫德升，高 鵬

工程安全監測自動化系統在渾河閘的運用

郭彩銀1，孫德升1，高 鵬2

（1.遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧撫順113000；2.撫順縣水務局水資源管理辦公室，遼寧撫順113000）

文章主要介紹了渾河閘的工程安全監測自動化系統，主要從水平、垂直位移監測，閘底板揚壓力監測，過閘流量監測3方面閘述了此系統在渾河閘工程中的運用，并結合資料分析證實了此系統能夠能夠反映渾河閘的運行狀態，滿足工程的安全運行要求。

工程監測；自動化；渾河閘；變形監測；過閘流量

1 工程概況

渾河閘位于渾河中下游，坐落于沈陽市鐵西區后謨家堡村，擔負著沈陽城市的防洪安全以及下游80余萬畝農田的灌溉任務。工程始建于1958年，2008年11月經遼寧省發改委批準對渾河閘進行除險加固。

加固后的渾河閘按100 a一遇洪水設計，300 a一遇洪水校核，并能通過500 a一遇的超標準洪水。樞紐工程等別為Ⅰ等，規模為大（1）型，其相應的主要水工建筑物為1級。渾河閘工程主體由攔河閘、渾沙、渾蒲進水閘3大部分組成。攔河閘底板高程30.5 m、每孔寬9.6 m，共22孔。渾沙、渾蒲進水閘底板高程33 m，每孔寬度6 m，各3孔。

2 監測項目的設置

渾河閘監測設備陸續建于20世紀60年代。以變形監測為主，輔以水文觀測和現場檢查。主要觀測項目有：水閘水平位移和垂直位移，均為人工觀測，且部分設備已損壞，加之人工觀測工作量大、信息收集周期長、數據整理工作繁瑣、結果不準確、觀測手段落后，已不能滿足水閘現代化管理的需要，鑒于此，結合渾河閘加固設計，對監測設施進行了更新改造，工程于2008年11月開始施工，2013年投入使用。工程觀測項目主要有：閘表面水平、垂直位移觀測；閘底板揚壓力監測；過閘流量監測；渾河閘水位、流量監測等。

2.1 渾河閘工程主體表面水平、垂直位移監測

水平位移監測：在攔河閘中墩上設置11個表面水平位移測點，渾沙、渾蒲進水閘邊墩上各設置2個水平位移測點，共設15個垂直位移測點。左岸設置2個水平面位移基準點G3、G4，右岸設置2個水平面位移基準點G1、G2。水平位移采用TCA2003全站儀觀測。將全站儀布設在某工作基點上，以另一個工作基點為后視方向，儀器按各測點的初始坐標自動尋找目標點，自動進行下一個點的觀測及記錄，采集的數據可隨后在計算機中心進行后處理從而得到各點的水平位移量。

垂直位移監測：在攔河閘中墩上下游各設置11個垂直位移測點，渾沙、渾蒲進水閘上下游各設置2個垂直位移測點，共設30個垂直位移測點。左右岸各設置1個垂直位移基準點，分別為Q1、Q2。垂直位移監測采用DNA03數碼水準儀觀測，沿著閘兩岸起測基點與閘上各位移測點，組成附合水準路線，按國家二等水準測量方法進行觀測。

2.2 閘底板揚壓力監測

攔河閘、渾蒲進水閘、渾沙進水閘在上、下游水位差作用下產生揚壓力，在尾水作用下產生浮托力。為了監測它們對攔河閘、渾蒲進水閘、渾沙進水閘閘底板滲透壓力大小，采用本監測系統。

此系統主要由傳感器（滲壓計）、監測分站（MCD）、監測總站（中控觀測室）、光纜及安全監控管理軟件組成，系統采用分布式數據采集方式。系統實現監測數據自動化采集、傳輸、管理及處理分析等主要功能。

具體做法為在每個閘段的中間的底板上埋設一個滲壓計測點，共設置34個揚壓力監測點（如圖1所示：Y為滲壓計埋設點）。

測點引出電纜接入布置在啟閉機室的數據采集儀，通過通訊線與設置在控制室內的電子計算機組成自動化觀測系統。對攔河閘中間的5、7兩個閘段的閘底板進行了重點監測，對渾沙、渾蒲進水閘中孔的閘底板進行了重點監測。這些測點與MCD振弦采集儀聯接，與設置在自動化室內的電子計算機組成揚壓力滲透自動化監測系統。

2.3 過閘流量監測

在攔河閘、渾沙、渾蒲進水閘共設置29個水位測點（見圖1：WL為水位計埋設點），4個超聲波流量計，安裝斷面選在攔河閘中心，設備采用UF-911型超聲波流量計，實現了大流量的穩定準確測量。流量監測系統軟件可實現對設置超聲波流量計的閘孔處水位、流量數據的采集，可通過調用數據庫從閘控系統中，導出閘門開度數據的采集、實現監測處閘孔流量監測數據處理、計算、數據存儲、數據統計、各種圖象顯示、報表等功能，生成各種關系曲線，實現整個系統的流量監測集中管理。

圖1 渾河閘觀測儀器布設圖

3 運行期間監測資料分析

3.1 變形監測分析

3.1.1 基準點穩定分析

通過對觀測數據處理，對各基準點穩定性檢驗采用“平均間隙法”檢驗，水平面位移基準點G1、G3位移量顯著，水平位移基準點G2、G4是建在原狀土上沒有大的位移量。

垂直位移基準點Q1、Q2經過3次觀測比有1.88 mm下沉到＋3.99，其余各基準點位移量不顯著。

由于G1、G2、G3、G4點位移量會直接影響渾河閘各位移點位移量的值，在進行位移點觀測時，對各點通過單三角觀測，進行每次觀測平差改正。利用平差值進行對各位移點觀測的數據處理，保證各位移點移量的正確可靠。

3.1.2 觀測的成果分析

位移量X方向以在閘左岸為正，Y方向以在閘下游為正，垂直位移量以下沉為正。

變形監測表明，影響閘壩位移的主要因素有水位、溫度和時效［1］。對視準線位移點的觀測位移量過程線可以看出，隨著溫度的升高閘體各位移點位移量正值減小，即變現為溫度升高閘體，膨脹，由于視準線點靠近上游水面，而出現向上游的位移量。溫度降低，閘體又收縮，表現為向下游位移量增大。從觀測成果看位移量比較，水平位移量和垂直位移量均無明顯的增長，且各位移量變化幅度在±5 mm以內，閘體處于穩定狀態。

3.2 安全監測分析

從觀測數據來看，施工期間各儀器的測值結果無突變，變化量極小，從觀測結果及現場巡視來看，已安裝的儀器完好，儀器工作正常，測值結果無突變，顯示無異常情況，傳感器安裝位置附近處于穩定狀態。水閘處于安全運行狀態。

4 結 語

渾河閘自投入使用至今1 a，期間安全監測系統整體運行良好，未出現監測事故，個別儀器出現故障能及時維修并找出其原因，對數據分析軟件做出了相應的調整，更接近渾河閘的實際運行狀態。總體來說，監測系統布置合理、安設可靠，能夠反映閘的運行狀態，滿足工程的安全運行要求。

［1］龍吉平，方琳.冷竹關電站攔河閘閘壩變形分析.吉林水利，2011（07）：15-17.

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1007-7596（2015）07-0071-02

2014-10-31

郭彩銀（1982-），女，山西定襄人，工程師，從事工程管理工作；孫德升（1964-），男，遼寧撫順人，高級工程師，從事工程管理工作；高鵬（1973-），男，遼寧撫順人，工程師。