光明水库大坝安全监测系统建设探讨

吕衍恒，刘磊，齐文艳

（新泰市光明水库管理处，山东新泰271200）

光明水库大坝安全监测系统建设探讨

吕衍恒，刘磊，齐文艳

（新泰市光明水库管理处，山东新泰271200）

结合光明水库实际，从坝体表面变形监测、库水位监测、库区降雨量监测、浸润线监测等几个方面，提出水库安全监测自动化系统的建设方案，为类似项目的开展提供了思路。

光明水库；大坝；安全监测；GPS监测器

光明水库位于山东省泰安新泰市境内，控制流域面积134 km2，总库容1.04亿m3，下游防洪保护面积1.67万hm2，是集防洪、农业灌溉、城市供水、水产养殖等综合利用的一座大（2）型水库。光明水库坝长860 m，最大坝高23 m，坝顶宽5 m，坝顶高程181 m，防浪墙高程182.2 m。为确保水库大坝安全，需要对大坝实施安全监测。

1　系统建设目标

结合水库大坝安全监测的标准与规范和水库工程的实际情况，系统建设目标如下：1）直观显示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态，为安全生产管理人员提供简单明了、直观的信息参考。2）一旦出现紧急异常情况（如大/暴雨等恶劣天气、连续阴雨天气等），系统能及时发出预警信息（包括声光报警、系统警示窗及声音报警、监控大屏幕警示窗报警、分级手机短信报警等）。3）可实现水库大坝安全监测信息在光明水库管理局、新泰市水利局等主管单位多级共享。4）为便于项目的日常管理，可实现监测系统的远程登录、远程访问、远程管理、远程控制和远程维护。

2　系统功能设计

光明水库大坝安全监测系统的主要监测项目包括坝体表面变形监测、库水位监测、库区降雨量监测、浸润线监测，监测系统的总体预期是保证坝体的安全，充分发挥工程效益，更好地为安全生产服务。具体设计功能如下：1）实现对光明水库重要运行数据的实时采集、传输、计算、分析，包括库水位、库区降雨量、坝体表面位移，坝体浸润线等，实时掌握光明水库运行的安全状态。2）直观显示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态，为水库安全生产管理人员提供简单明了、直观有效的信息参考。对比以前的人工计算分析，系统自动采集分析计算，减少因人工误操作等原因造成的误差。3）一旦出现紧急异常情况，系统能及时发出预警信息。报警及时、迅速、直观，做到一有超过现值立即报警，可以让管理人员有足够的时间做好安全防范工作，降低灾害发生的可能性。4）能接入因特网，实现水库安全监测系统的远程登录、远程访问、远程管理和远程维护。5）分级管理平台工作模式，方便光明水库安全监测信息在库区监测站管理员、技术员可以随时通过网络登录观察水库安全状况，真正做到了自动化办公。

3　系统结构设计

本系统按多级管理平台模式设计，可以实现水库大坝安全监测信息在库区监测站、库区管理中心站、光明水库上级安全生产主管部门等多级共享，系统兼容性强，可以用作政府安监部门及企业内部的管理平台。系统可实现远程查看、操控、管理、维护，网页式远程操作，不需安装任何客户端程序即可进行远程查看、操控、管理与维护，方便易用，只要有因特网就能进行远程访问，全程与本地操作完全一样。成果分析结果以动画形式表现，便于直观掌握系统运行状态。

光明水库大坝安全监测系统由3部分组成：数据采集子系统、数据传输子系统、数据分析及管理子系统（监测管理中心）。其中，数据采集子系统由安装在水库坝体表面、内部以及其他区域的各项监测设备组成；采集的原始数据通过由光纤搭建而成的数据传输子系统进行传输；原始数据流最终传到监控中心由软件进行自动解算、分析。

4　监测技术方案

4.1坝体表面位移监测

坝体表面位移监测主要分为基准网建设、变形监测、数据分析处理及运行维护4大部分。

1）基准网建设。基准网为GNSS基准点，其基准点作为大坝位移监测的基准起算网点，采用GNSS连续运行技术获得，并定时与国际IGS网进行联测，以确认其是否发生位移。本项目拟在桩号0+115和0+375各设监测基准站2个。

2）变形监测。大坝外观变形监测采用GNSS自动化监测的方式，针对系统分别设置相应的观测墩、供电、通讯、防雷、防盗等设施。本项目拟在0+115、0+250、0+375、0+593断面各设变形监测站点。

3）数据分析处理。大量的观测数据通过光纤通讯的方式传输并保存至数据解算服务器，由系统软件按照事先设定的严格的质量控制流程进行数据分析处理，以获取大坝、滑坡体内各断面、测点的三维位移变化矢量信息。若大坝位移量超警戒阈值，立即上报相应的预警预报信息，并调整增加相应的监测频率和现场巡查力度。

4）运行维护。针对运行期间各类日常故障、突发事件，由专人在测区内定时进行巡查和设备维护，保证各类监测设备、设施能够正常运行。

4.2浸润线监测

浸润线是大坝安全的生命线，浸润线的高度直接关系到坝体稳定及安全性状。因此，需在现有大坝测压管中安装振弦式测压计进行监测。各监测点浸润线监测预警初步设计分为黄色、橙色、红色三级，其中三级为较重，二级为严重，一级为特别严重。管理单位将根据系统发布的各级预警，密切注意水库的安全状况，以便采取相应处理措施。

4.3降雨量监测

在水库大坝0+115断面位置设置降雨量监测点，水库大坝在线监测系统中降雨量监测选择智能雨量站监测装置，智能雨量站采用翻斗式雨量计。参考国家气象局对降雨量级别的划分对降雨预警设计分为1～3级。监测系统运行稳定后可根据当地水文气象资料以及实际监测数据对预警参数进行优化调整。

4.4库水位监测

光明水库水位监测点布置在放水洞和溢洪闸附近，分别采用超声波水位计和GPS水位计。初步控制对库水位预警值设置参照标准为：控制水位和设计水位高差不小于0.50 m。预警设计为：一级预警值为设计水位高程下0.50 m，二级预警值为设计水位高程下0.75 m，三级预警值为设计水位高程下1.00 m。监测系统运行稳定后可将实际监测数据报原设计单位并对预警值进行重新计算和优化调整。

5　结语

目前光明水库综合自动化系统建设尚不够完善，还没有达到大中型水库自动化项目的建设标准，大坝安全监测系统更是保证坝体安全的重点项目，需要尽快开展建设，完善系统功能。本文结合光明水库工况，初步提出了系统建设方案，具体预警值的设置还需要结合水库大坝的历史数据和今后的防汛与供水调度等需求做适当调整。建议相关主管部门尽快开展建设，确保水库大坝安全，早日发挥效益。

［1］张卫东，徐永兵.大坝渗流分析模型与分析方法研究［J］.水利规划与设计，2007（6）：34－36.

［2］巩向伟，侯丰奎，张卫东，等.水库大坝安全监测系统及自动化［J］.水利规划与设计，2007（2）：65－68.

［3］武建，徐永兵，于淼淼，等.无线局域网技术及其在大型灌区监控网络中的应用［J］.水利科技与经济，2013，19（10）：116－118.

［4］祝在芳，孙培吉，徐永兵.大中型水库自动化项目标段划分［J］.山东水利，2011（9）：14－15.

（责任编辑张玉燕）

TV697

B

1009-6159（2016）-10-0007-02

2016-05-02

吕衍恒（1985—），男，助理工程师