昆明市松華壩水庫大壩表面變形在線安全監測系統設計

(昆明市松華壩水庫管理處 云南 昆明 650201)

一、工程概況

松華壩水庫位于昆明市主城北部，盤龍江中游，是昆明主城區防汛抗旱、蓄水、供水的重要水利設施。水庫控制流域面積593km2，總庫容2.19億m3，多年平均徑流量2.3億m3，多年平均降雨量957mm。多年平均可供水量1.5億m3；城市防洪標準為百年一遇。主要建筑物為主壩一座，壩高62m，壩長201m。副壩一座，壩高34.5m，壩長354.6m。輸水隧洞兩條；低位輸水隧洞位于主壩左岸，全長407m。高位輸水隧洞位于主壩右岸，全長340m。溢洪道一座，位于副壩左岸，為寬頂閘堰。泄洪隧洞一條，位于副壩右岸，全長220m。壩后式電站一座，裝機容量3000kw。目前松華壩水庫擔負的主要任務是調節盤龍江洪水和徑流，保證昆明市防洪安全，供給昆明市居民生活用水、滇池生態補水。

二、自動化監測系統建設的必要性與原則

(一)系統建設必要性

松華壩水庫大壩的表面變形移觀測采用視準線法和人工水準測量法分別進行水平位移和垂直位移觀測。這些方法原理相對簡單，設備費用也較低，但都不是自動化監測，不能實時了解大壩變形情況，為實現松華壩水庫大壩監測和管理現代化，在觀測墩上安裝北斗天線及相關設備進行表面位移監測，對水庫大壩表面變形實施自動化監測尤其重要，通過先進的監測技術可以對水庫進行科學的管理和確保水庫運行安全，充分發揮水庫的防洪和城市供水功能。

(二)系統建設原則

1.先進性

為提高松華壩壩體表面位移的信息化、數字化管理水平，要求系統的傳感測試儀器具有一定國際先進水平。

2.精確性

可靠的儀器儀表還必須具備必要的精度，能正確反映出效應量(原因量)的變化。

3.安全性與可靠性。

系統硬件應能經受水壓、灰塵、高溫、低溫、高濕、高鹽等惡劣環境考驗，并應具有良好的抗雷擊能力。為確保可靠運行，系統還應配置切實可行的避雷、防風、防盜等安全保護措施。

4.簡便性

監測儀器要牢固可靠，埋設、測讀、操作、維修方便，便于更換，使操作人員易于掌握，有利于提高量測速度和精度。

5.自動化性

監測儀器能夠自動分析數據、計算變形量。

三、系統組成及系統功能

(一)系統組成

松華壩壩體表面位移監測系統采用Internet技術建立一個三層B/S松華壩壩體表面位移監測系統，利用網絡作為信息傳輸平臺，將松華壩壩體表面位移現場自動化數據采集子系統和控制中心有機地鏈接為一個分布式的整體，同時遠程擁護可以通過Internet連接到現場松華壩壩體表面位移自動化系統，并通過網絡對系統進行控制、配置以及獲得系統評估出來的松華壩壩體表面位移狀態。整個系統可以實現用于存貯、顯示、查詢、分析各種與松華壩壩體表面位移相關聯的信息，而且在同一平臺下，預留電子化人工巡檢數據接口，實現自動監測與人工巡檢的信息發布、數據共享、交流協作等，真正滿足整個系統數字化、高資源利用效率以及可持續發展的要求。監測系統網絡拓撲圖見圖1。

圖1 監測系統網絡拓撲圖

本系統包括4個子系統：松華壩壩體表面位移健康監測系統子系統、松華壩壩體表面位移安全預警與綜合評估子系統、中心數據庫管理子系統；用戶界面子系統。

(二)系統功能

松華壩水庫表面GNSS自動化變形監測系統采用北斗衛星和GPS技術，結合網絡通訊技術和計算機技術，實現主壩外部水平位移及垂直位移監測數據自動采集、自動處理和實時分析預警。系統構成及主要功能見表1。

表1 系統構成及主要功能

四、監測內容

在松華壩水庫主壩和副壩按設計要求布置北斗GNSS監測觀測點，監測水庫大壩的表面位移變化情況。在主壩上游壩布設3個監測點，主壩壩頂布設5個監測點，在主壩下游壩布設4個監測點，副壩壩頂布設4個監測點。在松華壩水庫主壩下游壩發電廠范圍內布置1個北斗GNSS監測基準點，副壩下游游泳池平地上布置1個北斗GNSS監測基準點。2個基準點和16個監測點的觀測數據通過光纜實時傳輸到控制中心，控制中心軟件實時解算出各監測點的三維坐標并保存到數據庫，最終通過數據分析軟件自動分析各監測點的變化量、變化趨勢，并結合其它監測設備對壩體表面位移整體的穩定性進行分析。

五、測點布設

根據現場調查及資料收集，松華壩水庫主、副壩表面變形觀測點共有25個人工觀測點，其中，主壩為18個點，分別布置于上游壩坡3個點，壩頂9個點，下游壩坡2道戧臺各3個點；副壩7個點，均布置于壩頂。根據松華壩水庫現狀沉降觀測點布置情況，共布置18個北斗GNSS監測觀測點，其中：主壩上游壩布設3個監測點，主壩壩頂布設5個監測點，主壩下游壩布設4個監測點，副壩壩頂布設4個監測點。主壩下游壩發電廠范圍內布置1個北斗GNSS監測基準點，副壩下游游泳池平地上布置1個北斗GNSS監測基準點。松華壩水庫GNSS監測點位置見表2。

表2 松華壩水庫GNSS監測點位置表

六、結語

本文從系統的先進性、精確性、安全性與可靠性、自動化性等土石壩監測需求出發，論述了松華壩水庫在線安全監測系統。系統建成后，總體性能達到了設計預期要求，具備自動數據采集、處理、分析和實時預警的功能以及全天候變形監測的能力和較好的故障應對能力。松華壩水庫GNSS變形監測數據處理軟件，平差后控制點的平面位置精度為3mm，具備毫米級精度變形監測的能力。松華壩水庫主壩表面GNSS自動化變形監測系統能很好地滿足土石壩監測的應用需求，對加強水庫抵抗惡劣天氣能力、提升松華壩水庫信息化管理水平具有重要意義。