大壩觀測自動化系統存在的問題分析與改造對策

王翔宇

(青海黃河水電開發有限責任公司大壩管理中心，青海 西寧 810000)

大壩觀測自動化系統存在的問題分析與改造對策

王翔宇

(青海黃河水電開發有限責任公司大壩管理中心，青海 西寧 810000)

大壩安全監測系統對于水庫優化調度以及工程的安全運行有著重要的作用，水利工程中大壩安全監測系統倍受重視。主要對大壩觀測自動化系統中存在的問題及原因進行了分析，并提出了改善觀測系統的對策與建議。

大壩觀測自動化系統；問題；對策

0 引言

隨著我國社會經濟快速發展，水庫建設的規模也隨之擴大。大壩觀測自動化系統在水庫安全與水庫質量監控中有著重要的作用，越來越受到人們的重視。本文針對大壩觀測自動化系統中存在的問題總結改造措施。

1 大壩觀測自動化系統存在的問題

目前在大壩施工過程中，主要是按照工程需要安裝觀測儀器設備，設置差動電阻式傳感器，對內部觀測儀器測值進行測量。在對觀測設備采取自動化改造后，安裝引張線儀以及電容式坐標儀，能基本實現對電感式揚壓力計、揚壓力、集水井、引張線、量水堰以及垂線的自動化觀測。這一系統的設計研制，投入時間與運行時間的跨度比較大，采集數據可靠性較差，系統軟件落后，工作僅能在DOS平臺下，大壩的觀測數據只能在壩前監測終端微機上進行存儲，并沒有實現同管理局后方計算機之間的實時共享，同時丟失數據比較多。根據自動化觀測設備的運行情況，人工測值和自動測值之間有著較大的差距，這一差距造成系統觀測常出現問題，說明自動化觀測設備無法完全替代人工觀測。如果集水井無法實現自動化，量水堰、引張線以及垂線等相繼癱瘓，外部觀測也只能通過人工測量完成。由于工作環境較為惡劣，工作量逐漸加大，大壩結構復雜，人工觀測精度比較低，難以滿足現代化管理中的各項要求，系統更新改造問題日益突出。

2 原因分析

(1) 隨著時間的推移，大部分設備的內部情況已發生變化，一些儀器設備陸續無法正常工作，再加上抗電磁干擾效果差以及數據采集線路老化等問題的出現，系統中大多數控制設備經常會發生故障。

(2) 部分水庫大壩建設于20世紀末，受到時代因素的影響，在施工過程中，水庫觀測儀器設備的設置大多數較為落后，電阻式傳感器埋設時間長，設備老舊，基本上已達到設備預期壽命，無法滿足目前需求。此外，以前國內所生產的埋設傳感器，對于常態混凝土筑壩埋設方法較為適用，無法滿足輾壓式混凝土施工方法，與目前先進筑壩工程建設相比較為落后，在施工期間，一些設備已經失效。

(3) 垂線線體發生擺動，采取常規的測量方式，難以滿足規范化需求。正垂線線體較長，線體搖晃幅度較大，造成測值不準確。原本的壓力計主要使用差阻式儀器，揚壓力觀測過程中部分傳感器有著較大誤差，測值可靠性較差。

(4) 觀測系統設計、安裝調試以及投入運行時間較長，大壩受到使用時間以及系統設計等因素的影響，數據采集設計主要為集中式，造成數據信息采集缺少真實性與可靠性，系統軟件分析較為落后，難以為水庫日常管理提供參考信息。此外，觀測系統軟件沒有順應時代發展，較為落后，同管理局計算機難以實現實時共享，數據嚴重丟失，人工數據采集無法完全替代，系統經常出現問題。

3 大壩自動化觀測系統改造建議

目前，大壩觀測工作倍受重視。外部觀測主要包含氣溫、水溫與庫水位等水文觀測，揚壓力、繞壩滲流以及滲透流量等滲流觀測，近壩區沉陷、壩基、壩頂、基巖變形、壩體傾斜、壩體撓度以及大壩水平位移等大壩變形觀測；內部觀測主要包含裂縫、滲壓、溫度、應變以及應力觀測。水庫大壩對周邊居民的生命安全以及生活產生直接的影響，同時大壩觀測自動化系統在水庫安全與質量監控中有著重要的作用，所以要對大壩自動化觀測系統進行改造。

3.1 優化大壩自動化觀測系統軟件設計

(1) 子系統評價分析應具有可靠性與實用性，需重點注意：1) 分布圖主要包含二維分布圖與一維分布圖，一維分布圖重點描述某一空間方向上與測量分布的情況。2) 相關圖可應用于對任意2個監測量的分析，包括各監測量與環境量之間的相關分析，當2個監測量不對應時，系統自動實行相互插補。3) 內部儀器過程線，即對觀測結果中含有溫度測值的內部觀測儀器的分析及輸出。儀器內部過程線能對同一時間坐標溫度與監測量兩幅過程線圖進行繪制，回歸分析所選取測點這一時段測值。4) 綜合過程線主要應用于多個測點與監測物理量的各類輸出以及過程線檢查，擁有便于圖形輸出、特征量統計、回歸分析、誤差處理等功能。

(2) 數據采集管理的相關子系統和其他子系統間需具有一定的獨立性，在實施過程中可由專業性質不同的單位負責，使整體系統實用性與先進性得以提升。開發采集數據管理子系統應建立在通用數據庫的基礎之上，并將數據接口開放，方便發布分析成果、分析評價以及數據信息管理等系統的研究開發。

3.2 大壩觀測自動化系統外部監測數據采集設計

觀測自動化系統中，數據監測系統是其中的重要組成部分。所以在設計數據監測系統的過程中，要嚴格遵守科學經濟、因地制宜等原則，使得外部監測系統設計科學合理。具體措施如下：(1) 需有壩體析出物對管口流量計影響的評價；設定好集水井的水位控制及參數。(2) 基礎廊道的頂部濕度比較大，要選取具有一定代表性的壩段部分，對代表性部位進行掃孔，對滲水狀況進行重點監測。(3) 增加壩基帷幕灌漿轉折處的橫向揚壓力監測斷面。(4) 對于水平裂縫要采取有效的監測方法，裂縫所產生的變化可以通過監測垂直移位與揚壓力體現出來。全面考慮設計方案的完整性，在條件允許的情況下，裂縫部位需要埋設監測儀器。(5) 在改造垂線的過程中，要與廠家進行充分的溝通，鋼絲直徑的選擇要合適，在更換鋼絲時，重點做好老垂線與新垂線的銜接問題。(6) 壩頂的水平位移可以應用全站儀觀測方法，觀測的精度應該符合誤差值≤1 mm的監測規范。(7) 監測大壩水平移位，可以在直線段設置引張線3層，工作基點為垂線；轉彎壩段要采取合理的準線方案，但是需要對視準線與倒垂線工作基點穩定性進行分析。(8) 監測大壩變形可以與本工程主要特點、設施監測相結合，設計時需要嚴格遵守經濟實用、精度高、可靠性好以及重點突出等原則。

3.3 大壩觀測自動化系統環境量監測與內部觀測設計

在建設監測自動化系統前，需要全面鑒定內部監測儀器，一旦有不合格儀器，要及時找出原因，并采取相應對策。需做到以下幾點：(1) 在內部監測組網方案中，選取的MCU精度等技術參數需要符合工程需求。(2) 在大壩上游壩面若出現不同程度水平裂縫，要對其進行重點監測，對于未布設監測儀器壩段，在條件允許時，應及時補裝監測儀器。(3) 通常情況下，折向上游壩，在折點位置伸縮易張開，也可能會發生漏水，可以在大壩的折點位置，增設橫縫測縫計。(4) 大壩的下游可以增設水位計，將其納入到大壩觀測自動化系統中，便于分析監測資料。(5) 在壩體可以設置溫度計8層，在每一層設計中，選取1支溫度計，將其納入到大壩觀測自動化系統中。(6) 通常大壩下游表面會設置2組溫度計，通過長期獲取的資料已了解氣溫對于大壩表層產生影響的主要規律，如果將2組儀器都納入到大壩觀測自動化系統中，沒有太大必要，因此可將性能較好的1組溫度計納入到大壩觀測自動化系統中。(7) 一般大壩內部所安裝埋設的檢測儀器使用時間較長，檢測儀器性能會有所降低，儀器甚至會損害，因此，在建設大壩檢測自動化系統前，應該對檢測儀器進行全面系統的鑒定。

4 結語

總而言之，水庫大壩不僅具有防洪作用，同時也肩負著灌溉作用。本文主要對水庫大壩觀測自動化系統中存在的問題進行分析，并采取一系列的系統優化改造措施，進而提升水庫大壩的現代化管理水平以及自動化觀測能力，為水庫大壩觀測自動化系統提供參考依據，保證大壩附近居民的生命安全。

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2014-09-15

王翔宇(1984—)，女，甘肅蘭州人，助理工程師，從事電站大壩監測、分析工作。