打沖溝水庫工程大壩測壓管水位監測系統的設計

田小軍

(安順市水利水電勘測設計研究院，貴州 安順 561000)

打沖溝水庫工程大壩測壓管水位監測系統的設計

田小軍

(安順市水利水電勘測設計研究院，貴州 安順 561000)

基于目前水庫工程大壩進行水位控制過程中存在的問題，文章以貴州省紫云縣打沖溝水庫工程為例，分析了水庫工程大壩水位安全監測的條件，并提出了測壓管水位監測系統的設計應用策略，其目的是為相關建設者提供一些理論依據。

打沖溝水庫工程；大壩測壓管水位監測系統

1 工程概況

打沖溝水庫位于紫云縣大營鄉大巖村打沖溝組，所在河流為珠江流域西江水系紅水河左支流桑郎河的左岸支流樂寬河，壩址距紫云縣城76km，距安順市區152km，工程建設目標主要是為農村人畜飲水、灌溉及鄉鎮供水。工程所在區域大地構造單元屬(Ⅰ)揚子(Pt)準地臺-(Ⅰ2)黔南(D-T32)臺陷，位于望謨北西向構造變形區(Ⅰ22)與貴定南北向構造變形區交界處(Ⅰ21)。此外，水庫工程還會受降雨量、徑流、洪水以及泥沙等水文問題的影響。這種情況下，就在很大程度上增加了大壩水位的控制難度。為此，相關人員采用測壓管水位監測系統來進行設計控制，以降低不良的水文地質條件對工程建設使用帶來的不穩定影響。

2 打沖溝水庫工程大壩水位安全監測條件

打沖溝水庫工程大壩的正常蓄水位設計為1230m，相應庫容為115萬m3；校核洪水設計為1232.69m。因水庫工程大壩及附屬建筑物的安全與否直接影響到下游廣大人民生命和財產安全。因此，本工程建設人員應在充分了解水庫大壩水文地質條件的基礎上對水位進行安全監測控制。在氣象方面，根據紫云氣象站1959-2014年資料統計分析，多年平均氣溫15.3℃，最大一日暴雨182.1mm，多年平均最大風速10m/s，多年平均降水量1281.5mm。在徑流方面，由于樂寬河屬典型的山區雨源型河流，徑流由降雨補給，徑流特性與降水特性基本一致，洪枯懸殊，年內分配不均，徑流主要集中在汛期5-10月[1]。如表1所示，為打沖溝水庫上、下壩址徑流頻率分析計算成果表。

在泥沙方面，因工程涉及流域的泥沙主要來源于暴雨對坡面的侵蝕，以及洪水對河床的沖刷。為此，結合流域內植被情況、土壤情況及河道淤沙情況，設計流域輸沙模數取150t/km2，泥沙容重按1.3t/m3計算，推移質按懸移質的20%考慮入庫。經計算，打沖溝水庫上壩址年輸沙量為0.061萬t，下壩址年輸沙量為0.0696萬t[2]。

針對上述水文條件影響，相關人員規劃建設了水情自動測報系統，具體來說，就是根據站網布設原則，從水情測報要求角度入手，設置壩前水位雨量遙測站1個，用以監控整個流域面積的降雨量。還設置了1個壩下遙測水位站，即根據打沖溝水庫大壩壩址情況，在大壩下游處設置遙測水位站1個，以及時提供水庫下游水位。然而，水情自動測報系統并不能實現大壩的有效監測，為此，相關建設人員應從實際問題出發，利用測壓管水位監測系統進行優化設計[3]。

3 打沖溝水庫工程大壩測壓管水位監測系統設計應用

3.1 上位機和通信主機通信設計

測壓管水位監測系統中的上位機與通信主機的通信，可利用計算機技術，即采用8 位1200bit/s無校驗RS-232方式來進行實現。具體來說，如果上位機監測測壓管水位發送了十六進制數據40H+分機號( 01H-3EH) 給通信主機，通信主機就應把RS-232轉RS-485 異步通信電路傳送給分機，從而啟動分機測量。對于上位機要監測數據控制，則應發送十六進制數據，即80H+分機號( 01H-3EH) 給通信主機。這樣一來，通信主機就能把命令由RS-232轉為RS-485 異步通信電路傳送給分機，進而實現測壓管水位監測系統的通信功能設計目標[4]。

表1 打沖溝水庫上、下壩址徑流頻率分析計算成果表

3.2 通信主機和分機的通信設計

分機串行接口是采用8位1 200bit/s無校驗方式與RS-485總線進行通信的。其中RS-485 為半雙工數據傳輸，即采用1對平衡差分信號線，從而實現差分接收、平衡發送以及高速遠距的傳送。這是因為RS-485串行接口構成分布式系統具有十分便捷的功能效果。例如，當某一分機向主機進行數據傳送時，該分機的發送器使能端(EN)實現控制，即可實現數據發送且與其他分機的使能端區分開來。此外，由于分機向通信主機的數據發送應采用被動方式，因此，通信主機應以命令的方式來控制某分機數據的分機回送。值得注意的是，某分機數據的發送要禁止其他分機結構數據信息，只有這樣使測壓管水位監測系統的各分機才恢復到接收通信主機命令的狀態[5]。

3.3 應用測試注意事項

在實際設計過程中，設計人員應充分利用連通器的設計原理，建立大壩水庫工程的測壓管水位監測模型。在設置上位機測壓管模塊分機參數過程中，設計人員要明確每個分機設計任務是由步距、誤差以及備注共同組成的。而后，通過對分機發出測量指令，進而通過查看模塊進度，來確定當前數據接收的狀態。此外，對于分機數據返回設計控制過程來說，設計人員應通過系統處理顯示每個分機正在進行測量的脈沖數。然而，由于測量過程模塊顯示的是測量過程的數據，因此，測量結果模塊顯示的是測量的最終數據。值得注意的是，在點擊數據查詢圖標后，會彈出數據查詢窗口，系統操作人員就要在文本框中輸入要查詢的分機號。此過程，要輸入查找的關鍵詞，否則就會限制出所有的測壓管水文安全監測系統的分機信息[6]。

4 結 語

綜上所述，水情自動測報系統的規劃建設并不能實現水庫大壩工程水位的有效監督控制。為此，研究人員應在明確水位安全監測系統建設條件的基礎上，采用測壓管水位監測系統設計，來提高大壩建設使用的安全穩定性。這是實現地區現代化經濟建設成果保護的課題內容，相關建設人員應將其作用于實踐。

[1]王林生,曹建生,王風燕,等.大壩測壓管水位監測系統設計[J].人民黃河,2013(07):101-102.

[2]韓勇,成波,曲樹國.日照水庫大壩測壓管水位自動化觀測系統設計與應用[J].中國水能及電氣化,2015(08):53-56.

[3]申蓮.希尼爾水庫大壩滲流監測安全評價[J].水利規劃與設計,2014(10):83-88.

[4]魏慶賓.基于云概率密度分布估計的大壩監測數據分析[J].人民長江,2015(10):77-82.

[5]張宇.龍鳳山水庫大壩測壓管安全監測系統設計的探討[J].黑龍江水利科技,2014(04):116-117.

[6]李文運,劉裕輝.引灤水庫自動化安全監測系統的開發研究[J].控制工程,2012(01):181-186.

1007-7596(2017)07-0074-02

2017-06-16

田小軍(1965-)，男，貴州開陽人，工程師，從事水利水電勘測設計工作。

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