大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)在桃山水庫工程中的應用

杜 君，王忠武

（五大連池市山口水電站管理處，黑龍江五大連池 164500）

1 概況

桃山水庫大壩由主壩、副壩、溢洪道等主要建筑物組成。由于在水庫一期工程中，大壩及溢洪道沒有任何安全自動監(jiān)測設施。因此在二期工程設計中，桃山水庫大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)是構成桃山綜合自動化系統(tǒng)的一項重要組成部分。

2 安全監(jiān)測系統(tǒng)構成

2.1 系統(tǒng)介紹

工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)是集工程建筑物（構筑物）、傳感器、多功能采集設備（MCU）、計算機、自動化和通信技術于一體的系統(tǒng)工程。工程監(jiān)測自動化系統(tǒng)由網(wǎng)絡監(jiān)測站（運行遙測監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)處理及管理等軟件）、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡、傳輸介質3個部分組成。

2.2 系統(tǒng)構成及配置

桃山水庫大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式（集散式）系統(tǒng)結構，系統(tǒng)現(xiàn)地層包括數(shù)據(jù)測控單元（MCU），現(xiàn)地單元的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉換后由總線上傳至監(jiān)控主機（上位系統(tǒng)）集中分析管理。

MCU是整個數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的關鍵設備。該裝置采用完全模塊化結構，多CPU并列運行;整個單元由數(shù)據(jù)采集智能模塊、通信模塊、電源模塊和防雷模塊等組成，采集智能模塊均獨立運行，互不干擾。

選用進口 PIV2.4G工控機 1臺，內(nèi)存 256MB/硬盤40GB，配有10/100M以太網(wǎng)卡、多串口通訊卡及MODEM等。監(jiān)控主機設在水庫管理處（監(jiān)測中心）。

根據(jù)儀器類型，滲壓計（振弦式壓力傳感器）及量水堰滲流量儀由四芯屏蔽水工電纜引出，接入MCU數(shù)據(jù)測控單元中。根據(jù)現(xiàn)場實際情況及管理運行要求，在大壩各個斷面處及溢洪道各設1個MCU。各測控單元通過雙絞線（RS485接口）及與監(jiān)控主機相聯(lián)，從而形成桃山水庫的安全自動化監(jiān)測網(wǎng)絡。

大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)是整個大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)的靈魂和中樞，它擔負著自動化數(shù)據(jù)采集、遠程服務、系統(tǒng)管理、文檔管理、數(shù)據(jù)管理、圖形制作、測值預報、報表制作、離線分析等大壩安全日常管理工作。

3 自動監(jiān)測項目

根據(jù)桃山水庫工程大壩的型式、規(guī)模、工程等級及地形、地質條件和地理環(huán)境等因素，選取主壩壩基滲流壓力、溢洪道堰基滲流壓力（揚壓力）及主壩滲流量作為系統(tǒng)自動監(jiān)測項目。

4 監(jiān)測點布置方案

根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》，在大壩上選取典型斷面，每個斷面監(jiān)測點布置壩基滲流壓力監(jiān)測點，在溢洪道閘室前后、兩側布置滲壓監(jiān)測點，用來監(jiān)測溢洪道泄槽地板的揚壓力。

設置于主壩后排水溝出口直線段布置一個三角堰，監(jiān)測排水溝內(nèi)水位變化。

5 監(jiān)測設備方式的安裝

5.1 滲壓計

大壩主體為黏土心墻堆石壩，為二期工程施工，二期心墻為斜墻，因此一部分滲壓監(jiān)測線穿過黏土心墻，如果采用穿管埋設的安裝方式勢必會對防滲體的防滲效果造成較大的影響。桃山大壩二期為壩體主體加高工程，二期工程完成后，最大壩高只有24 m，并且由于一期大壩已經(jīng)運行多年，壩體、壩基沉降基本穩(wěn)定，壩體的加高對壩基的沉降影響很微小。這些監(jiān)測點都位于大壩壩基處，沉降微小不顯著，可以考慮將滲壓計埋設至壩基處，并將滲壓計的基準高程確定為相應安裝處的高程。因此設計中考慮在這部分監(jiān)測點的監(jiān)測設備安裝上采用鉆孔埋入式安裝，監(jiān)測設備采用每孔2只滲壓計（一對一備份），在鉆孔安裝時確定各個監(jiān)測點的準確基準高程，設備設置完成后對鉆孔用膨脹丸和心墻料進行填充，保證心墻的防滲效果。監(jiān)測電纜在壩體表面碎石護坡下埋設至MCU處，電纜需穿鋼管保護。

在壩后不穿過黏土心墻的監(jiān)測點，采用鉆孔穿管埋設的安裝方式。滲壓計安裝于滲壓監(jiān)測管中，監(jiān)測電纜固定于監(jiān)測管管口處以滲壓管管口高程為基準高程。監(jiān)測電纜在壩體表面碎石護坡下埋設至MCU處，電纜需穿鋼管保護。

在溢洪道閘室前后、兩側布置滲壓監(jiān)測點，用來監(jiān)測溢洪道泄槽底板的揚壓力。采用鉆孔穿管埋設的安裝方式。滲壓計安裝于滲壓監(jiān)測管中，監(jiān)測電纜固定于監(jiān)測管管口處，以滲壓管管口高程為基準高程。

5.2 量水堰計

設置于主壩后排水溝出口直線段布置一個三角堰，并選用量水堰計安裝于三角堰以上2 m處排水溝出口直線段水流穩(wěn)定處，監(jiān)測排水溝內(nèi)水位變化。監(jiān)測電纜在壩體表面碎石護坡下埋設至MCU4處，電纜需穿鋼管保護。

5.3 MCU數(shù)據(jù)測控單元

大壩設置典型斷面，每個斷面布置1個MCU數(shù)據(jù)測控單元，采集存儲并上傳相應監(jiān)測斷面監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)。

溢洪道布置1個MCU數(shù)據(jù)測控單元，采集存儲并上傳溢洪道處監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)。