柴河水库渗流监测自动化系统建设与应用

2010-04-04刘松

东北水利水电 2010年6期

刘松

（辽宁省柴河水库管理局，辽宁铁岭 112000）

柴河水库位于辽河中游的支流柴河上，是一座以防洪、灌溉、供水为主的大Ⅱ型水利枢纽工程，是辽河防洪体系中的重要工程。主体工程由土坝、溢洪道、输水道、水电站等工程组成，设计总库容6.36亿m3。土坝建成于1974年，为粘土薄心墙砂壳坝，坝高42.3m，坝长982m，心墙和坝壳质量较差，0+860m桩号坝基处渗漏量比较大。

渗流监测是大坝安全监测的重要组成部分，大坝渗流是一个三维问题，影响因素比较复杂，边界条件难以确定，致使根据设计计算或实验采用的防渗导渗措施不可能很完善。柴河水库大坝渗流监测系统在大坝整体安全中占有重要地位。

1 渗流监测自动化系统建设的意义

1）大坝虽然经过两次加固，但没有对心墙、坝基进行处理，仅增加了观测管。随着大坝运行年限增加，应加强大坝渗流监测，了解坝体内部的运行状态。

2）大坝坝体和坝基布设的观测管较多，采用人工观测方法精度低，周期长，数据分析成果滞后，不能及时了解坝体的渗流状况。

3）土坝的渗流监测对水库工程正常运行和安全度汛起到了重要作用，水库遇有暴雨、水位较大变化、地震、施工建设等情况，监测工作的重要作用更加突出。

4）随着水利工程管理向自动化、信息化、智能化发展，30年的监测成果为大坝监测自动化的设计、施工提供了必要的依据，科技的发展也使渗流监测自动化的数据采集技术日益成熟。

2 自动监测项目和测点布置

柴河水库渗流监测自动化系统选用的监测项目有：大坝浸润线、坝基渗流、绕坝渗流、心墙渗水压力、上游坝坡渗水压力、排水导渗降压效能、坝下水位和坝基渗流量。

测点位置和数量按照现有测点的重要性和资金承受能力确定，选择最有代表性的监测点。库水位是大坝渗流监测成果分析的重要要素，在保持渗流监测从传统型过渡到自动化型的基础上，增设库水位自动监测，监测成果进入渗流自动监测系统。渗流量的监测仍采用渗流井法，所不同的是对井式监测点进行改造，使监测成果自动进入统一的系统平台。自动化系统选用监测点总数为42点，其中渗流监测点40个、库水位监测点1个和井下监测点1个。

监测点选取原则：总体满足土坝观测有关规范要求，保留原有观测项目齐全，典型断面具有代表性，断面测压管完整，测压管灵敏度好，符合施工要求，兼顾工程投资。

3 自动化采集系统的组成

渗流监测数据自动化采集系统采用在测压管中放置水压传感器的方法。系统采用分布式采集方式，由传感器、采集系统、通讯系统、防雷系统、数据库系统和监控软件系统组成。系统具有较高的稳定性、可靠性、灵活性、可操作性和可扩展性。

1）传感器。选用德国Endress+Hauser公司生产的产品，型号为FMX167，外径22mm，是陶瓷电容传感器，是一种在大坝安全监测中应用稳定的传感器。采用微加工工艺制造，具有精度高、稳定性好及很宽的测量范围，特别适合于微压和小量程的测量，适用于测量小口径的管道。

2）采集系统。采用先进的分布式总线式结构，用智能化的测控单元替代了传统的集线器。智能测控装置不仅具有集线器的功能，而且具有数据自动采集、处理与存储功能，并且有自己的时钟，可以完全脱离监控计算机自行工作，实现了真正意义上的自动采集与监测。现场智能测控单元（MCU）及其扩展设备采用国内自主开发的成熟产品SMART2000系列：现场智能测控单元（主MCU）型号为SMART2000，扩展单元模板（子MCU）型号为ASE-16。

3）通讯系统。由于采用了分布式的系统结构，系统内部的通讯完全变为数字信号的传输，同时大坝现场与调度中心之间采用光缆为传输介质，大大提高了通讯速率、可靠性和抗干扰能力。

4）防雷系统。由于水库所在地多为空旷、地势较高处，所以大坝自动监测系统有易遭雷击的危害。本系统采用设置多级的防雷设备和建设良好的接地体等手段，同时从切断雷电传输通道和疏导泄放雷电流两方面入手，最大限度地减小雷电对系统的危害。防雷设备选用加拿大ECPART和ERICO公司进口的成熟产品。

5）数据库系统。采用SQL Server2000，为渗流监测自动化数据采集系统提供稳定、可靠、开放性的数据库支持。本系统包括工程概况数据库，设备考证数据库，实时监测数据库，历史数据库等。

6）监控软件系统。采用先进的分层分布式结构，分为采集设备、通信层、业务逻辑层、数据层、表示层和用户终端，分别完成数据采集、传输、处理、存储、用户显示和操作，操作界面友好，用户维护与使用简单。