紅山嘴引水樞紐大壩安全監測自動化系統

王玫麗

(新疆瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子 830000)

紅山嘴引水樞紐大壩安全監測自動化系統

王玫麗

(新疆瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子 830000)

本文介紹了瑪納斯紅山嘴引水樞紐大壩安全監測自動化系統，指出該系統實現了大壩內部滲流與外部變形的自動化監測，闡述了大壩安全監測的成果，認為該系統在提高大壩安全管理水平的同時，還大大降低了人員的勞動強度。

引水樞紐;大壩安全監測;安全監控系統;自動化

紅山嘴引水樞紐(以下簡稱渠首站)位于石河子市東南18 km的瑪納斯河出山口的位置，于1959年完工，是灌區的核心控制性引水樞紐，渠首樞紐分為上游整治段、溢流側堰、進水閘、泄洪沖沙閘、下游整治段，及總干渠和曲線沉沙池等幾大部分。功能多樣，不僅能夠實現灌溉、防洪、發電、水庫引水，同時還能承擔城市供水功能。然而在運行過程中，因為引水率過高，沖沙水比較少，以致閘后出現嚴重的淤積，對引水能力造成了一定影響，并威脅到引水安全。為了徹底改變這種現狀，必須進行除險加固工作，使渠首樞紐引水能力得以恢復，提高渠首樞紐安全運行能力和信息化管理能力。

1 系統設計

1.1 測站布設

內部觀測系統建設現地監測采集設備共計60支，其中進水閘及泄洪沖沙閘配置無應力計3支、兩向應變計8支、鋼筋計26支、滲壓計4支、測縫計1支；泄洪閘配置兩向應變計5支、鋼筋計10支、滲壓計2支、測縫計1支。見圖1。

1.2 系統數據流分析

經過對系統的設計與論證，歸納出系統功能主要由三部分組成：數據采集、數據管理及大壩可靠性監測，這些功能主要依靠系統對于各監測點數據的采集、傳輸、處理來實現。

2 系統功能

數據的采集與管理是本系統最基礎也是最核心的功能，同時可以實現對大壩安全性能的監測，對監測模型數據采集之后進行分析，并將產生的分析結果進行實時發布。

2.1 數據采集與管理

此次研究突破了采集計算機通過RS232串口與采集單元進行連接時，只能一臺采集計算機實現采集控制的局限性，創新性的利用網絡解決了這一難題。采用網絡技術對各個分站系統進行管理，同時以實際情況為基礎，對通信系統進行設置，使工作人員的采集控制更加便捷。該系統不僅可以將各個監測點的實際情況以視頻的形式顯示出來，還能精準的收集各個監測點的數據信息，保證樞紐管理中心與監測點之間具有良好的通信功能。相關工作人員只要按照要求就可以隨時獲得各個監測點的實時數據信息，進而為數據分析與記錄奠定基礎，同時也可以將重要數據備份，進而為日后監測工作的開展提供了可能。為進一步做好數據采集與管理，高清平臺也被應用進來，有效強化了系統設計能力，該平臺的應用在一定程度上提高了數據采集與管理能力，滿足了實際應用需求[1]。因此，應重視該問題的分析與應用，只有這樣才能做好數據采集與管理。

圖1 內部觀測系統示意圖

2.2 組網設置

在本系統的組網設置中，主要采用了分中心站組網與通信組網兩種方式。對于中心站組網來說，是一種以快速以太網技術為基礎的局域網絡，具有良好的實時傳輸能力，該網不僅可以實時采集數據，還能實現實時監測。主要是通過設置服務器完成數據存儲平臺構建，這樣就為數據存儲平臺業務的開展奠定了基礎，一般來講，它是促進信息集成的有效方式。對于通信組網來說，它主要是將各個采集點數據匯集到閘房中，然后在閘房的作用下將信號傳輸到光纖與分站中，以此完成數據傳輸與通信。為實時了解觀測點實際情況，還需要設置好監控室，所以該系統中設置了多個監控室，在其中設置兩臺閘門與監控主機，這樣就可以做好監控，進而實現信息實時處理[2]。此外，該系統的設備內部接線均是在工廠中完成的，所有設備的接線在出廠前都經過多次檢查，接線均采用耐熱性與絕緣性較好的材料，并設置了防火槽管保護，所有導線中間沒有接頭，有效減少了短路等問題的出現。同時，系統的接地設置采用了公用接地網接地的方式，其電阻不超過4 Ω[3]。

2.3 壩體安全監測觀測模型

本系統構建了多個內外部分析模型，在對大壩進行監測的過程當中，構建了豎向位移模型、漏測豎向位移量估算模型、豎向位移速率分析模型、裂縫風險分析模型、橫向水平位移逐步回歸因子模型等；在滲流觀測中，建立了滯后時間推算模型、相關分析模型、位勢分析模型、斷面滲流浸潤線及流網分析模型和滲流量分析模型等。

通過對一系列模型的構建，可以隨時監測大壩變形規律及穩定性情況，對于壩體的安全性及后續研究都提供了可靠的一手資料。

2.4 大壩監測成果的發布

近年來，水利信息技術發展迅速，C/S模式系統在實際工作中已經明顯跟不上水利行業的發展速度，新的WEB發布系統的開發迫在眉睫，以實現監測數據與分析成果的網絡化發布。

本系統技術框架以JSP為基礎，通過對內部網采集的數據以網絡為媒介進行發布，同時將分析結果進行上傳、發布。作為水庫會商支持系統的體現，目前系統已經成功投入應用并運行。同時，在系統中還應用了閘門PLC控制軟件(如圖2所示)，在該軟件的作用下全面實現了信息準確監測，實現了實時傳輸，同時也有效強化了自動接收控制能力，不僅可以最大程度的減少超調量，還能有效減少系統震蕩的出現，進而及時、準確的確定目標。

圖2 閘門現地監控軟件系統

3 系統運行評價

本系統具備一定的先進性、可靠性、通用性、可擴充性等突出優點，以全自動化的方式實現了對石壩的安全監測與評價，大大降低了在人力上的投入，尤其在觀測數據的實時性與準確性上大幅提升，最大程度避免了人為因素對觀測效率及準確性所造成的影響，使樞紐大壩在管理、運行的安全性能方面向前跨出一大步。同時，在大壩自動化監測技術的發展上也有了很好的嘗試。大壩的安全管理與運行水平得到大幅提升。并且，其在壩體內部監測的多機遠程采集與全站儀觀測壩體外部變形遠程自動監測中的創新性嘗試也得到了很好的效果。現將對其研究和開發總結如下。

(1)首先要認識到對于土石壩的安全性來講，監測站的設置與自動化數據采集系統意義重大。其對于土石壩自動化安全監測及評價具有舉足輕重的作用。

(2)利用數據庫及網絡技術能夠共享采集到的數據，從而使大部分工作需求得以滿足，減少人力投入，有效降低了工程的造價與成本，具有突出的推廣價值。

(3)根據實際工作需要，對全站儀進行了二次開發，以順應樞紐大壩外部變形監測的實際需求，全面提升了自動化的程度與水平，同時大幅提升數據采集速度及監測數據的可靠性。

(4)WEB成果網絡發布系統能夠實現分析成果與采集數據的共享，促進了水庫的信息化管理水平，為進一步了解水庫實時情況提供了可能。

總的來說，該系統整體效果較好，其中融合大量先進技術，是目前較為先進的系統，能夠滿足實際需求，因此，應重視該系統的應用。

4 結 論

數據采集系統的核心目的不是監測，而是通過系統的運用，對建筑物的可靠性進行監測與分析，最終確定其狀態與安全程度。此系統在水利領域的應用，充分突出了其對水情傳遞的速度、準確率、可靠性等方面的優勢，從而推動了水閘現代化的管理與運行水平，大幅度提升了社會效益與經濟效益。

[1] 安健,李慧敏. 基于物聯網技術與云技術的大壩安全管理[J]. 水利建設與管理,2015(6):57-60.

[2] 楊杰,胡德秀,梁德勝. 大壩安全監測管理信息系統開發研究[J]. 中國水能及電氣化,2011(8):1-6.

[3] 石寧. 南溝水庫大壩防滲漏洞和跌窩除險方案探析[J]. 水資源開發與管理,2016(6):24-26.

王玫麗(1978-)，女，新疆石河子人，工程師，主要從事水利管理與水利信息化建設工作。E-mail:462541477@qq.com。

TV698；TP277

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2096-0506(2017)04-0082-04