龍鳳山水庫大壩測壓管安全監測系統設計的探討

張 宇

(五常市水務局，黑龍江五常150200)

1 大壩測壓管安全監測系統現狀

龍鳳山水庫位于黑龍江省五常市東南50 km，拉林河支流的牤牛河中游，控制流域面積1 740 km2，總庫容2.77億m3，是以防洪、灌溉為主，兼顧發電、養魚、旅游等綜合利用的大(2)型水利樞紐工程。

龍鳳山水庫土壩測壓管始建于1964年。1980年按壩身管、壩基管、繞滲管3種測壓管線布線，進行了補充完善，總體布局為15個斷面、56根測壓管，采用管內水位人工量測記錄。1989年水庫消險期間和2003年分別由哈爾濱工業大學將水庫測壓管安全監測系統更新改造為電容式水位自動測報系統。

經過10多a的運行，由于設備自然老化嚴重，急需更新改造大壩測壓管安全監測系統，用先進的科學技術實現采集、傳輸、處理測壓管觀測數據，為水庫大壩安全運行管理提供可靠依據，發揮水庫工程效益[1]。

2 設計主要工作性能

龍鳳山水庫測壓管安全監測系統硬件主要是大壩測壓管更新改造和滲壓監測，軟件采用B/S模式和C/S模式設計，總體采用B/S模式實現訪問，部分功能采用C/S模式，部分功能采用后臺服務模式實時運行，地圖數據以WebGIS方式訪問，用戶使用瀏覽器能夠完成所有操作。

水庫大壩測壓管安全監測系統設計性能應具備支持多種硬件平臺。軟件開發工具和系統開發平臺符合國家標準和相關技術規范要求。完全模塊化設計，支持參數化配置，支持組件及組件的動態加載。提供故障診斷工具，具備錯誤記錄功能。保證連續24 h不間斷工作，平均無故障時間＞8 760 h，出現故障時及時報警，軟件系統具備自動和手動恢復功能，自動恢復時間＜15 min，手工恢復時間＜12 h，軟件系統要防止消耗過多的系統資源而使系統崩潰。軟件版本易于升級。大壩測壓管安全監測信息以GIS、圖表、多媒體等方式進行展示。

3 水庫測壓管布設

根據龍鳳山水庫觀測需要，依據2003年原測壓管線建設方案，布設15個觀測線，56根觀測管，其中壩身管24根、壩基管4根、繞滲管8根。對于已經報廢的16根測壓管進行測壓管更新，在緊挨原測壓管位置重新鉆孔安置新的測壓管，新的測壓管與原管相同管徑、長度、深度安裝，其余測壓管進行清淤處理。

測壓管安全監測系統設備安裝主要是0+470斷面1臺鐵質烤漆監測儀器箱安裝在距大壩坡面20 cm處，儀器箱上方配置太陽能電池板。各斷面信號線纜從壩基測壓管開始沿監測斷面向壩頂測壓管布線，經過最上面的測壓管后，向0+470斷面向布線，每個測壓管處設1個接線盒。線纜布設采取穿管溝埋方式布置。大壩測壓管監測設備儀器箱上加裝避雷針，敷設避雷接地體，室外信號傳輸電纜均采用鐵管屏蔽，地埋處理，接地電阻要求＜10 Ω。測壓管監測斷面劃分和埋設點見表1。

表1 測壓管監測斷面劃分和埋設點統計表

4 測壓管安全監測系統信息采集與傳輸

4.1 工作模式

大壩自動測壓系統每天定時采集各測壓管中的滲漏水位，并通過GPRS/GSM信道采用自報應答式向中心站發送。時間設定可調。

4.2 通訊組網

大壩測壓管安全監測系統由遙測終端(RTU)、GPRS/GSM模塊、滲壓計(壓力式水位計)、太陽能板、太陽能充電控制器、蓄電池等組成。采用分布式自動化數據采集形式，15監測斷面56處滲壓測點監測數據，通過數據總線方式匯集到0+470監測斷面，接入測站的RTU，測站RTU采用雙機備份，測站RTU數據采用GPRS/GSM無線傳輸到設在水庫管理處的中心調度室計算機[2]。

4.3 信息接收與處理

監測站采集的監測信息采用GPRS一站單發方式直接傳輸到水庫中心站，中心站將收到滲漏信息進行分類處理，全部數據分別存儲到本地專用數據庫和公用數據庫，專用數據庫供大壩測壓上位軟件進行數據查詢、分析、統計時調用。公用數據庫供其他軟件調用。

測壓信息的接收與處理由大壩上位軟件完成，對監測站上傳的滲漏信息，按壩身、壩基、繞滲進行分類處理，對監測資料進行檢驗、合理性分析、修正處理和統計。上位軟件由信息采集模塊、數據分析模塊、數據管理模塊、統計輸出模塊、安全管理模塊組成，主要完成以下任務:

實時在線遠程自動監測壩體、壩基及繞滲的滲流壓力，記錄監測對象完整的數據變化過程，并且存入相關數據庫，對采集數據進行分析、給出大壩體滲流水位曲線。

1)信息采集模塊:按測量周期采集監測數據，分析入庫存儲，可實時遠程監測大壩的各測試參數，可根據需要設定采集頻率、測點數據。

2)數據分析模塊:對監測資料進行檢驗、修正處理，各種監測要素的統計模型建立，各種物理量的統計分析和允許變化范圍的確定，對原始數據可進行各種計算。數據越限報警，提供動態閃爍、聲音報警等提示。

3)數據管理模塊:對大壩監測數據進行插入、刪除、修改、數據庫維護、備份與恢復。

4)統計輸出模塊:對當前數據進行統計查詢，也可進行歷史數據統計查詢，統計查詢結果數據可以以圖形方式顯示也可報表形式顯示，能顯示各種監測要素的瞬時值和極值統計量，時間歷程曲線圖、X/Y坐標圖、模擬圖、直方圖等形式，也能夠以數據庫形式保存，還可以直接生成Excel或其他形式報表。支持對圖形、報表、曲線、報警信息、各種統計計算結果等的打印。

5)安全管理模塊:用戶分級授權和審定工作，報警日志生成和報警設備警示。

[1]史建國，趙琳.土石壩測壓管深管封孔與設備埋設技術研究[J].現代農業科技，2011(09):257－258.

[2]季安，姜葵紅，牟燕妮，于文蓬，蘭昊.大壩測壓管觀測資料分析在北邢家水庫滲流安全評價中的應用[J].大壩與安全，2008(05):38－41.