光明水庫大壩安全監測系統建設探討

呂衍恒，劉磊，齊文艷

（新泰市光明水庫管理處，山東新泰271200）

光明水庫大壩安全監測系統建設探討

呂衍恒，劉磊，齊文艷

（新泰市光明水庫管理處，山東新泰271200）

結合光明水庫實際，從壩體表面變形監測、庫水位監測、庫區降雨量監測、浸潤線監測等幾個方面，提出水庫安全監測自動化系統的建設方案，為類似項目的開展提供了思路。

光明水庫；大壩；安全監測；GPS監測器

光明水庫位于山東省泰安新泰市境內，控制流域面積134 km2，總庫容1.04億m3，下游防洪保護面積1.67萬hm2，是集防洪、農業灌溉、城市供水、水產養殖等綜合利用的一座大（2）型水庫。光明水庫壩長860 m，最大壩高23 m，壩頂寬5 m，壩頂高程181 m，防浪墻高程182.2 m。為確保水庫大壩安全，需要對大壩實施安全監測。

1　系統建設目標

結合水庫大壩安全監測的標準與規范和水庫工程的實際情況，系統建設目標如下：1）直觀顯示各項監測、監控信息數據的歷史變化過程及當前狀態，為安全生產管理人員提供簡單明了、直觀的信息參考。2）一旦出現緊急異常情況（如大/暴雨等惡劣天氣、連續陰雨天氣等），系統能及時發出預警信息（包括聲光報警、系統警示窗及聲音報警、監控大屏幕警示窗報警、分級手機短信報警等）。3）可實現水庫大壩安全監測信息在光明水庫管理局、新泰市水利局等主管單位多級共享。4）為便于項目的日常管理，可實現監測系統的遠程登錄、遠程訪問、遠程管理、遠程控制和遠程維護。

2　系統功能設計

光明水庫大壩安全監測系統的主要監測項目包括壩體表面變形監測、庫水位監測、庫區降雨量監測、浸潤線監測，監測系統的總體預期是保證壩體的安全，充分發揮工程效益，更好地為安全生產服務。具體設計功能如下：1）實現對光明水庫重要運行數據的實時采集、傳輸、計算、分析，包括庫水位、庫區降雨量、壩體表面位移，壩體浸潤線等，實時掌握光明水庫運行的安全狀態。2）直觀顯示各項監測、監控信息數據的歷史變化過程及當前狀態，為水庫安全生產管理人員提供簡單明了、直觀有效的信息參考。對比以前的人工計算分析，系統自動采集分析計算，減少因人工誤操作等原因造成的誤差。3）一旦出現緊急異常情況，系統能及時發出預警信息。報警及時、迅速、直觀，做到一有超過現值立即報警，可以讓管理人員有足夠的時間做好安全防范工作，降低災害發生的可能性。4）能接入因特網，實現水庫安全監測系統的遠程登錄、遠程訪問、遠程管理和遠程維護。5）分級管理平臺工作模式，方便光明水庫安全監測信息在庫區監測站管理員、技術員可以隨時通過網絡登錄觀察水庫安全狀況，真正做到了自動化辦公。

3　系統結構設計

本系統按多級管理平臺模式設計，可以實現水庫大壩安全監測信息在庫區監測站、庫區管理中心站、光明水庫上級安全生產主管部門等多級共享，系統兼容性強，可以用作政府安監部門及企業內部的管理平臺。系統可實現遠程查看、操控、管理、維護，網頁式遠程操作，不需安裝任何客戶端程序即可進行遠程查看、操控、管理與維護，方便易用，只要有因特網就能進行遠程訪問，全程與本地操作完全一樣。成果分析結果以動畫形式表現，便于直觀掌握系統運行狀態。

光明水庫大壩安全監測系統由3部分組成：數據采集子系統、數據傳輸子系統、數據分析及管理子系統（監測管理中心）。其中，數據采集子系統由安裝在水庫壩體表面、內部以及其他區域的各項監測設備組成；采集的原始數據通過由光纖搭建而成的數據傳輸子系統進行傳輸；原始數據流最終傳到監控中心由軟件進行自動解算、分析。

4　監測技術方案

4.1壩體表面位移監測

壩體表面位移監測主要分為基準網建設、變形監測、數據分析處理及運行維護4大部分。

1）基準網建設。基準網為GNSS基準點，其基準點作為大壩位移監測的基準起算網點，采用GNSS連續運行技術獲得，并定時與國際IGS網進行聯測，以確認其是否發生位移。本項目擬在樁號0+115和0+375各設監測基準站2個。

2）變形監測。大壩外觀變形監測采用GNSS自動化監測的方式，針對系統分別設置相應的觀測墩、供電、通訊、防雷、防盜等設施。本項目擬在0+115、0+250、0+375、0+593斷面各設變形監測站點。

3）數據分析處理。大量的觀測數據通過光纖通訊的方式傳輸并保存至數據解算服務器，由系統軟件按照事先設定的嚴格的質量控制流程進行數據分析處理，以獲取大壩、滑坡體內各斷面、測點的三維位移變化矢量信息。若大壩位移量超警戒閾值，立即上報相應的預警預報信息，并調整增加相應的監測頻率和現場巡查力度。

4）運行維護。針對運行期間各類日常故障、突發事件，由專人在測區內定時進行巡查和設備維護，保證各類監測設備、設施能夠正常運行。

4.2浸潤線監測

浸潤線是大壩安全的生命線，浸潤線的高度直接關系到壩體穩定及安全性狀。因此，需在現有大壩測壓管中安裝振弦式測壓計進行監測。各監測點浸潤線監測預警初步設計分為黃色、橙色、紅色三級，其中三級為較重，二級為嚴重，一級為特別嚴重。管理單位將根據系統發布的各級預警，密切注意水庫的安全狀況，以便采取相應處理措施。

4.3降雨量監測

在水庫大壩0+115斷面位置設置降雨量監測點，水庫大壩在線監測系統中降雨量監測選擇智能雨量站監測裝置，智能雨量站采用翻斗式雨量計。參考國家氣象局對降雨量級別的劃分對降雨預警設計分為1～3級。監測系統運行穩定后可根據當地水文氣象資料以及實際監測數據對預警參數進行優化調整。

4.4庫水位監測

光明水庫水位監測點布置在放水洞和溢洪閘附近，分別采用超聲波水位計和GPS水位計。初步控制對庫水位預警值設置參照標準為：控制水位和設計水位高差不小于0.50 m。預警設計為：一級預警值為設計水位高程下0.50 m，二級預警值為設計水位高程下0.75 m，三級預警值為設計水位高程下1.00 m。監測系統運行穩定后可將實際監測數據報原設計單位并對預警值進行重新計算和優化調整。

5　結語

目前光明水庫綜合自動化系統建設尚不夠完善，還沒有達到大中型水庫自動化項目的建設標準，大壩安全監測系統更是保證壩體安全的重點項目，需要盡快開展建設，完善系統功能。本文結合光明水庫工況，初步提出了系統建設方案，具體預警值的設置還需要結合水庫大壩的歷史數據和今后的防汛與供水調度等需求做適當調整。建議相關主管部門盡快開展建設，確保水庫大壩安全，早日發揮效益。

［1］張衛東，徐永兵.大壩滲流分析模型與分析方法研究［J］.水利規劃與設計，2007（6）：34－36.

［2］鞏向偉，侯豐奎，張衛東，等.水庫大壩安全監測系統及自動化［J］.水利規劃與設計，2007（2）：65－68.

［3］武建，徐永兵，于淼淼，等.無線局域網技術及其在大型灌區監控網絡中的應用［J］.水利科技與經濟，2013，19（10）：116－118.

［4］祝在芳，孫培吉，徐永兵.大中型水庫自動化項目標段劃分［J］.山東水利，2011（9）：14－15.

（責任編輯張玉燕）

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1009-6159（2016）-10-0007-02

2016-05-02

呂衍恒（1985—），男，助理工程師