石佛寺水库渗流自动化监测系统问题分析及解决措施

2013-07-15董福君

水利建设与管理 2013年4期

关键词：石佛寺测控渗流

董福君

(辽宁省石佛寺水库工程建设管理局沈阳 110129)

李保华

(辽宁省东水西调工程建设局沈阳 110006)

1 工程概况

石佛寺水库是辽河干流上唯一的大型控制性水利工程，属平原河道型水库。坝址位于沈阳市沈北新区黄家乡和法库县依牛堡乡，距沈阳市区约47km。坝址以上流域面积164786km2。石佛寺水库一期工程总库容约1.85亿m3，保护农田面积28.74万hm2。石佛寺水库主体工程包括:主坝、左副坝、右副坝、泄洪闸、防护堤治理、库区范围内辽河支流的改造工程、交通工程、交叉建筑物工程等。工程等级为Ⅱ等工程，永久性建筑物为2级，设计标准以100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。主坝全长12.44km，成折线布置。泄洪闸共设16孔，总净宽200m，总宽248.5m，由上游引渠、进口段、闸室控制段、下游消能防冲段、尾渠段5 部分组成。石佛寺水库以供水防洪为主，兼顾灌溉。为了及时掌握大坝渗流情况，分别在主坝和泄洪闸布置了测点，进行监测。

2 渗流自动化监测系统简介

2.1 系统布置情况

石佛寺水库渗流自动化监测系统包括主坝渗流观测和泄洪闸渗流观测，共计97个测点。其中主坝包括8个渗流观测断面，布设40个坝体渗压测点，37个坝基渗压测点;泄洪闸包括1个纵断面，两个横断面，布设20个扬压力测点。97支传感器均为弦式压力传感器。

泄洪闸和土坝共设智能型数据采集单元(DAU2000)10台，内置NDA 智能数据采集模块11 块，分布在10个监测站，其中左岸主坝分布7个监测站，采用太阳能供电模式，各监测站之间采用四目单模光缆相连接。泄洪闸与右岸坝头分布3个监测站，采用220V 供电模式。有两个测站的两个DAU2000 数据采集单元在闸室内，其余8个测站在大坝边坡的地坑内。弦式渗压计用四芯屏蔽电缆接入相应的DAU 中。软件系统布置在右坝头中控楼，测控单元通过通讯电缆与采集计算机相连。系统的通讯线路图见图1。

2.2 系统工作原理

本系统可分为硬件系统和软件系统。硬件系统中，传感器安装在监测部位，DAU 对传感器进行数据采集，采集计算机对整个数据采集系统进行管理。DAU2000 数据采集单元、NDA 智能数据采集模块、传感器、电脑构成一个完整的分布式数据采集系统。电脑通过软件实现数据采集、系统管理、数据管理、图形制作、报表制作、离线分析等功能。

3 系统运行中存在的问题

2005年10月，辽河石佛寺水库枢纽一期工程主体工程完工。2003年6月17日，石佛寺水库大坝渗流监测设备传感器安装工程开工，2005年9月20日完工。2005年10月12日，自动化监测系统开始安装、调试，2005年10月27日完成。系统运行第一个月测次为每天一次，正常运行时为一周一次，汛期为每周二次。石佛寺水库大坝安全监测系统自投入运行以来，2005年10月～2006年8月，运行良好。2006年8月以后，自动化监测系统运行不稳定。

图1 石佛寺渗流自动化监测系统通讯走线

3.1 DAU 采集单元内设备多处损坏

2009年对整个系统进行全面检查发现，硬件系统在大坝边坡地坑内的8个DAU 采集单元内设备不同程度地损坏，主要问题有五个:ⓐ电源损坏;ⓑ测量模块损坏;ⓒ光端机损坏;ⓓ尾纤焊接点损坏;ⓔ光缆损坏。

3.2 DSIMS3.0 大坝安全监测软件系统运用不灵活

不能根据石佛寺水库自身的特点，实现用户需要的自动查找、自动排序功能，数据库管理比较困难;测值没能自动换算成最终值，需要人工计算出最终值才能与实际水位进行比较;软件不利于数据整理及分析;无法实现远程监控功能。

3.3 观测数值不合理

从测值结果看，很多测值明显不合理。大部分坝体渗压测点埋设在库水位以上，在库水位以上的测点本应该没有测值，但经过软件计算后有测值，而且测值远高于库水位。

4 系统产生问题的原因分析

4.1 硬件系统测量地坑环境不适应设备正常运行

多年运行实践证明:由于地坑内寒冷、潮湿，不利于监测设备的长期稳定运行。另外，由于地坑内狭窄，不方便维修人员维修，在专业人员焊接尾纤后，在1～2 周内再次断掉。致使通讯中断，无法正常采集数据。

4.2 软件系统不完善

由于石佛寺水库传感器有自身的特点。97支渗压计中，仪器选型有两种，其中56支为ROCKTEST 渗压计，41支为SLOPE VW 渗压计;97支渗压器中，有63支仪器既测频又测温，34支仪器仅测频;所以在软件计算、表格设计、数据库管理中都需要进行特殊处理才能达到石佛寺水库检测要求。原软件系统不具有针对性，需要根据石佛寺水库实际情况，根据用户需要完善相应的软件管理系统。

4.3 初始值录入错误

原软件中，初始值录入有错误，导致部分测值明显不合理。原DSIMS3.0 系统内大部分测点初始值录入的是仪器埋设率定表中无压情况下的测值，实际初始值应该为仪器埋设前测值，因此导致测值最终计算结果明显不合理。

4.4 计算参数未调整

计算公式有关参数未根据系统检测结果进行适当调整，导致部分测值计算错误。

4.5 坝体内部传感器未及时检查

埋设在坝体内部的传感器，由于不能实现人工与自动测值的比对，运行5年左右应进行传感器检测，根据检测结果，对已坏的仪器进行消缺，对由于测值不稳，影响计算结果的物理量应进行计算过程的调整，保证测值的准确性。

5 解决问题的措施

为了解决上述问题，多次维修并对硬件及软件系统进行了全面检测和处理。

5.1 更换了部分已坏设备

对8个地坑测站的终端盒进行了更换处理，采用壁挂形式将终端盒挂在地坑测站的墙壁上，更换部分光纤为通讯电缆，同时更换了部分已坏的设备。保证了通讯畅通。

5.2 硬件系统修整消缺

对目前自动化系统中的各测点工况进行检测及通讯检测，包括仪器的绝缘度、测值准确度等，对硬件系统修整维护、消缺。通过NDA1411 小仪表对97支仪器分别进行了检测，检测结果为97支仪器频率值的稳定性较好，出现问题的测点共有7个;需要既测频又测温的63支测点中，有24支电阻值不稳，影响了测值结果的正确性，分别在硬件系统和软件系统中对已坏的测点进行了消缺。

5.3 监测软件升级

将原有的 DSIMS3.0 大坝监测软件升级为DSIMS4.0 监测软件，将数据库程序升级为SQL SERVER2005，对原有软件系统录入信息有误的进行了改正，完善了监测软件系统功能，并实现了远程监控功能。重点解决了影响测值计算结果的两大问题:ⓐ初始值选择错误的问题。将原DSIMS3.0 系统中70个测点初始值由率定表中无压情况下测值修改为仪器埋设前测值，修改后测点测值接近预期测值;ⓑ对既测频又测温的仪器的计算公式进行了修改。将相应测点软件计算公式中电阻值对压力的影响忽略，避免了错误测值参与成果计算，经过调整后公式的计算结果与预期的相符。

5.4 测控单元脱离潮湿环境

对原有8个测控单元地坑进行改造，将测控单元由原来的坝面下安装上移至坝面上，具体内容包括:光纤终端盒上移;DAU 测控单元上移;相应的光缆、电缆接续;安装DAU 保护箱盖、防盗锁;上移后所有设备的密封处理工作;电缆保护及测点坑防水等事项。改造后的DAU 保护箱材料及外型具有防盗功能，且能实现DAU 测控单元人工坝上平面操作功能。彻底改变了因原地坑内潮湿影响设备正常运行的问题。改造前和改造后的测控单元对照图如图2、图3 所示。