陆浑水库大坝自动监测系统运用的经验和教训

2014-08-15刘小军郝敬伟田京飞候振河河南省陆浑水库管理局

河南水利与南水北调 2014年18期

□刘小军 □郝敬伟 □田京飞 □候振河(河南省陆浑水库管理局)

0 引言

陆浑水库座落在黄河支流伊河的中游嵩县境内，总库容13.20亿m3，是一座以防洪为主，结合灌溉、发电、养殖、供水等综合利用的大（一）型水库。水库枢纽工程主要由大坝、输水洞、泄洪洞、溢洪道、灌溉洞及水电站等组成。陆浑水库建成四十余年来，在防洪减灾、农业灌溉、发电和水产养殖等方面发挥了巨大的作用，产生了巨大的社会效益和经济效益。但这一切都依赖于陆浑水库大坝的安全运行，而大坝的安全保障很重要的一个环节就是对大坝进行安全监测。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严重的地位，对其所监测到的数据及时进行整理和分析研究，可以了解大坝浸润线的变化情况；同时还可以监视坝身防渗体有无破坏及地下渗流场的变化，这对大坝的安全都至关重要，因此被喻为水库大坝的内科医生。陆浑水库共有测压管95（其中5根是2006年二期工程新做的）根，分别分布于大坝的东、西坝头、坝身等水库关键部位。陆浑水库管理局分别于2003年和2006年分两期与山西长治海达利传感技术有限公司合作，对陆浑水库的大部分测压管（80根)安装了磁浮子传感器自动化监测系统。

2 自动化监测系统组成及特点

自动化观测系统主要由传感器、前置机、传输系统（分线盒，信号变送器，防水电缆及通讯电缆）和计算机控制系统四部分组成。

由安装在大坝各断面测压管内的水位传感器采集的水位信号，通过断面传输电缆送至各断面分线盒后，并入通讯电缆。由信号变送器将采集的信号传送给前置机，前置机完成各测点的选择、隔离、数模转换和标尺变换，以并口形式传送给计算机，由计算机控制各前置机的通、断电工作，将各测点的信号进行实时处理，可显示、存贮、打印，并形成各种报表及分析图形。采集完成后，前置机断电，使前置机在不检测时可靠地处于断电状态，可有效地将被测现场与计算机可靠地电气隔离，避免外界干扰对计算机的影响。可随时巡测全部测点和点测一个或几个测点。每支传感器中均配置有人工测量装置，当停电或仪器发生故障时，可人工测量，从而保证了观测资料的连续性和完整性。通过近6年的运用,取得了较满意的效果。但由于存在测压管锈蚀及没按设计要求使用等问题，致使如今损坏严重，大部分已不能够正常运行。

3 效果

3.1 提高效率,减轻劳动强度

由于过去采用人工测量，受测量设备和测量方法以及测量人员等诸多因素影响，同时需要5个人测4 h才能全部完成一次陆浑水库的测压管测量，所以劳动强度大、工作效率低。而且在坝区内测量由于地形复杂，还容易受到如刮风、下雨、下雪等恶略天气对人员的的影响伤害。而现在一个人在电脑前只需2～3 min既可完成全部工作，而且还可以根据工作需要进行适时观测，自动监测得到的数据是以数字信号的形式传递的，传输距离长（最大可达10 km），抗干扰能力强受外界因素影响小，与人工测量对比最大差值均＜4 cm，省时省力。

3.2 操作简单、工作可靠

由于本系统安装于Windows下，且全部为视窗操作、全中文界面一看就会。只要稍懂计算机基础知识的人很快便可以学会并完成操作。

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、等一些资料整编等工作，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有计算机来完成，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）、各种图表而且又快又美观，还可以将这些资料放进电子储存设备保存，既方便查询整理也便于资料保管。

本系统在自动化测量系统以外，另同时配备有手工测量设备一套，主要有三方面考虑：①为系统试运行时的对比测量使用；②为一旦自动化监测系统出现问题，还可以进行手工测量从而不至于数据中断，确保数据的连续性；③发现监测数据有异常时，及时进行人工复核以更加准确判断大坝工程运行状态，为领导决策提供可靠的依据。

4 经验和教训

4.1 测压管锈蚀问题

由于陆浑水库始建于20世纪5、60年代，大部分测压管也是在建库时安装的，经过多年的运行，大部分测压管锈蚀严重，有的测压管的管壁和管底已经完全锈蚀透了，进入了大量的泥沙。由于经费原因及问题严重性考虑不足，在2003一期工程和2006年二期实施时对老测压管没有进行更新，只对测压管进行了清淤；但随着时间的推移，测压管周围泥沙和测压管壁锈蚀后脱落的铁锈等淤积物又在测压管内逐渐增多，有的从传感器的进水孔进入传感器，严重影响了传感器的工作，有的造成传感器里的浮子卡死，从而影响观测精度，甚至有的还造成设备损坏，而新做的5根测压管则没有这些问题困扰。

经验和教训：在安装该系统时一定要保证测压管的完好性，并且每年都对测压管进行清淤和检查，对传感器进行清洗和保养，以延长设备的使用寿命。

4.2 雷击问题

由于水库大坝大都建在偏僻空旷的地方，且大坝相对周边地势也较高，所以夏天遭到雷击的概率较大；而陆浑水库大坝测压管自动化监测系统的的通讯电缆都埋设在大坝坡面下1 m左右，雷电很容易造成电缆损坏，严重的时候会烧坏前置机和电脑等设备。在系统运行前3年内被雷击两次，造成部分系统设备损坏,后经厂家及时维修，在大坝下游坡面各断面分线盒处修建避雷设施，并在机房加装高性能接地线才基本解决雷击问题。经验和教训：施工时要同时考虑避雷设施，选购通讯电缆要加装屏蔽层的高绝缘性电缆，机房还要有可靠接地线。

4.3 排水问题

陆浑水库大坝坝顶安装的7套测压管自动化监测设备因为要保持坝顶平整美观，测压管口做得比坝顶稍低，周围为30 cm见方检修坑，上面覆盖5 mm厚钢板保护。由于没考虑排水问题，下大雨以上级别的雨时，雨水就会集满检修坑并从管口灌入测压管，容易造成管内淤积和传感器损坏。为解决该排水问题需在检修坑内做排水孔，由于是后期施工，坝顶又不能破坏，后来费了很大的功夫也花了不小的代价，才把7个排水孔做好，雨水灌进测压管问题才得以解决。

经验和教训：施工时一定要考虑各种不利因素，把工作做在前面，若出现问题后期补救，必将花费较大代价。

4.4 运行问题

陆浑水库大坝测压管自动化监测系统原设计要求试运行期间（4至5个月）进行人工对比测量，若精度符合要求（≤4 cm）且运行稳定可转入正常工作状态，即不再进行人工比测，完全采用自动化监测所取得的数据。但由于多种原因，陆浑水库大坝测压管自动化监测系统建成后，一致没有停止人工观测，即人工观测和自动化同时观测，频繁的拉动人工比测绳，给自动化监测设备造成了很大的破坏，这也是目前系统不能正常工作的主要原因。因为在直径5 cm测压管内，安装有传感器和固定传感器的钢丝绳、传感器信号传输电缆、人工比测绳三种设施，过多的不必要人工扰动势必会造成缠绕等影响传感器工作的交叉破坏。

经验和教训：条件具备时一定要按照设计要求运行，这样既是体现安装大坝测压管自动化监测系统目的，节省人力物力，提高效率,也是保护设备的要求。