自动化技术在陆浑水库大坝安全监测中的应用

□陈万欣 □任小娟 □韩建芳 □张宏图（陆浑水库管理局水库管理处河南嵩县）

1.概述

陆浑水库位于黄河流域伊河中游的河南省嵩县境内,控制流域面积3492km2，占伊河总流域面积6029km2的58%。水库总库容13.2亿m3，是一座以防洪为主，结合灌溉、发电、供水、旅游等综合利用的大（I）型水库。陆浑水库于1959年12月动工兴建,1965年8月竣工。水库枢纽工程主要由大坝、输水洞、泄洪洞、灌溉洞、溢洪道及总装机容量10450kW的水电站组成。

为尽早消除工程安全隐患，发挥水库规划设计的除害兴利效益，2001年9月至2006年6月底，通过水利工程建设基本程序，国家分两次分别投资1950万元和9810万元，对陆浑水库进行了除险加固处理。并于2003年和2006年分两期对大坝观测设施，全部实施了自动化改造。

加固后的陆浑水库，工程病险隐患得到了根除，库容库貌也焕然一新，并从2007年7月开始走向按设计正常运行的轨道；大坝观测、闸门控制及水情测报等实现了自动化管理，真正做到防汛决策系统的适时调度和大坝适时监控，工程整体效益得到了更大的发挥。

2.大坝监测

大坝安全监测是保证大坝安全运用的前提，安全监测是大坝的耳目，地下水的监测在大坝安全监测中又占据相当重要的地位，它可以了解坝身浸润线的实际位置和变化情况；同时还可以监视坝身防渗体有无裂缝和地下渗流场的变化，被喻为水库大坝的“内科医生”。

传统的地下水观测设备，有早期的测深钟，到后期的电测水位器，测量占人、费时、费力，且由于受测绳误差、测量方法、仪器响声等因素影响，极易造成误差。针对以上存在的问题，陆浑水库早在20世纪80年代，就开始着手开展大坝自动化观测技术方面的研究，从早期的“一对一”通道式电测法和后期的压力传感器法，但都由于技术不太成熟，又缺乏专项研究经费等无法在实际工作中得到实际运用。

陆浑水库大坝为粘土斜墙砂卵石坝，主坝长710m，最大坝高55m。坝区共有测压管89根，分别布置在大坝的东、西坝头，坝肩、坝身和溢洪道、泄洪洞等水库枢纽建筑物的关键部位。

2003年4月份，陆浑水库和山西长治海达利传感技术有限公司合作，首先在主坝的坝身部分测压管上安装了30支传感器并进行了试运行，取得了令人满意的效果；接着于2006年又将东、西坝头等剩余的59根测压管，全部装上了传感器，实现了陆浑水库所有观测设施的自动化改造。

3.实现大坝自动化监测的优越性

3.1 提高工作效率，降低劳动强度

过去的人工测量既费时又费力，以平均观测30支测压管为例，人工观测需两人同时工作，一人测量、一人记录，一般需2～2.5h，而且在坝区内测量由于地形复杂，所以劳动强度大、工作效率低，还极易受到工作环境的影响，如狂风、暴雨、大雪等恶略天气对人员的伤害。而现在只需一个人在电脑前即可完成全部工作，且只需2～3min时间，还可以根据工作需要进行适时观测，随时察看、了解所有测压管任意时刻的观测值，这一点是人工观测无法比拟的。

3.2 提高观测精度

过去的人工测量，由于受测绳伸缩量、蜂鸣器稳定性、测量方法正确与否以及测量人员熟练程度等诸多因素影响，不可避免的产生一定的误差。而现在的信号是以数字的方式传递的，抗干扰能力不受外界因素影响，且传输距离长最大可达10km，可以满足大部分水库的要求，由于不受外界因素影响从而提高了测量精度，与人工手测对比差额均＜4cm。

3.3 功能强大

以前的测量工作需要由人工在野外完成数据的采集，回到办公室后还需要完成大量的内业计算工作，包括计算、校核、点绘成图、年底资料整理、整编等工作，而这些工作都需要投入大量的人力来完成，这就不可避免的又会造成一些新的错误。而现在的这些工作全部由计算机来完成，计算机可以根据需要，生成各种表格、曲线（包括水位过程线、关系过程线、浸润线、等值线等），而且各种图表又快又美观，还可以将这些资料放进磁盘，既方便技术交流，还便于资料保管。

3.4 操作简单、安全可靠

由于本系统安装于Windows下,操作方便、直观，只要有计算机基础知识的人，很快便可以掌握，且全部为视窗操作、全中文界面，一看就会。

本系统除有自动化测量系统以外，另有手工测量设备一套，主要为系统正式运用前的对比测量所用和一旦自动化测量出现问题，还可以手工测量，从而不至于数据中断，确保了数据的连续性。

2006年又安装了第2期50支传感器，并投入使用，也取得了令人满意的效果。

4.系统存在的问题及局限性

4.1 测压管无更新，影响了观测精度和使用寿命

陆浑水库始建于20世纪五、六十年代，大部分测压管也是建库时安装的，经过多年的运行，大部分测压管锈蚀严重，管壁和管底也完全锈蚀透了，进入了大量的泥沙。这个从2003年和近几年的测压管清淤工作中可以看出，清出的多为泥沙和测压管锈蚀后脱落的铁锈，这些淤积物留在测压管内，会从传感器的进水孔进入传感器，严重影响了传感器的工作，会造成传感器里的浮子卡死，从而影响观测精度。

4.2 野外信号采集系统，工作环境恶劣，稳定性易受影响

由于自动化的通讯电缆都埋设在大坝坡面地下1m左右的深度，而坝面上空旷面大，很容易在夏天遭到雷击，造成电缆损坏、严重的时候会烧坏前置机和电脑。同时，每根测压管传感器的工作环境恶劣，湿度大，也容易造成传感器的绝缘度下降，从而影响观测精度。

4.3 施工质量瑕疵，导致系统隐患

系统改造时，系统设置的分线盒由于施工工艺和质量存在瑕疵，导致分线盒开裂，这样在下雨的时候，雨水就会从裂开的缝隙里进入分线盒，造成分线盒内湿度大，容易造成内部线路短路和线头腐蚀，给系统安全运行留下隐患。

5.建议

陆浑水库在2003年和2006年分别实施了大坝观测自动化1期和2期工程，通过几年的运行，充分显示了大坝自动化监测技术的优越性，也暴露了电子产品的局限性及存在问题，针对大坝自动化观测系统的局限性和存在的问题，根据陆浑水库的具体情况，在今后大坝观测自动化工程应用中特提出如下建议：每年对测压管进行清淤和检查，对传感器进行清洗和保养，并在井口的保护装置上作通气孔。在大坝下游坡面适当的地方修建避雷设施。改进分线盒施工工艺，做好防潮、防腐措施。