大坝安全监测自动化系统的改进

朱化平

（辽宁省汤河水库管理局，辽宁辽阳111000）

大坝安全监测自动化系统的改进

朱化平

（辽宁省汤河水库管理局，辽宁辽阳111000）

汤河水库原自动化监测系统已运行十几年，日益老化，故障频发，已不能满足正常工作需要。为彻底解决该问题，结合新设备、新技术，在现有系统基础结构不变的情况下，更新改造了自动化监测系统。全新的大坝安全监测自动化系统，运行更加稳定，监测数据更加可靠，数据处理及整编分析等功能更加完善，更新改造取得了良好效果。

大坝安全监测；自动化；测压管；整编分析

1 工程概况

汤河水库是一座以防洪、城市和工业供水、农业灌溉为主，结合发电、养鱼等综合利用的国家大（2）型水利枢纽工程。主要的枢纽建筑物有大坝、泄洪洞、溢洪道、发电厂。大坝为粘土斜墙砂壳坝。为监测坝体在水库蓄水运行过程中可能发生的变形稳定情况，分别在防浪墙布设8个标点，即C1-C8；在坝体下游坡面分别于桩号0+100、0+220、0+340坝段布置3个观测断面，共计9个标点，即B1-B9，用以监测坝体的变形情况。为监测坝体在水库蓄水运行过程中坝体渗流情况，分别在坝体下游坡面分别于桩号0+100、0+220、0+340坝段3个断面布置测压管，共计9根，即A1-A9；坝址位置共计3根，即A16-A18，共计12根坝体测压管，用以反映坝体浸润线。坝体东西两端分别布置4根，即R1-R4、R5-R8，共计8根绕坝测压管，用以反映坝体绕坝渗流情况。

2003年，汤河水库安装了大坝安全监测自动化系统，实现了坝体浸润线及绕坝渗流的自动化观测，通过十几年的运行，大坝安全监测自动化系统日益老化，故障频发，已不能满足工作需要。因此，2014年汤河水库重新更换坝体自动化监测系统，硬件系统重新布设，软件系统的数据采集及资料的整编与分析功能更加完善，保证了监测数据的实时传输、实时分析，并增加了溢洪道闸门底板扬压力观测的自动化功能。同时在图形报表及整编分析模块中增加了坝体变形观测数据的处理与分析功能，可通过人工录入坝体变形观测数据，实现变形观测数据的自动化整编分析，规范了数据整理，提高了工作效率，也为坝体的安全运行提供了保障。

2 自动化硬件系统的组成与改进

2.1 硬件系统的组成

大坝安全监测自动化系统主要由数据采集系统和通讯系统组成。

1）数据采集系统。汤河水库大坝安全监测自动化系统通过自动化采集的数据主要有坝体及绕坝测压管水位数据、溢洪道闸门底板扬压力数据。各监测数据主要通过布设的传感器测得。

2）通讯系统。各测压管中传感器所采集的数据首先通过光缆传送至MCU，MCU将接收到的数据进行转换，再通过光缆传送至坝下服务器的软件系统中。

2.2 硬件系统的改进

传感器是整个数据采集系统的前端，也是保证监测数据真实可靠的重要环节。因此选择一款经过长期实践具有长期可靠性的传感器至关重要，此次更新改造，将原有测压管中水位传感器全部更换，保证所测数据真实可靠。同时更新改造MCU以及重新布设光缆，保证数据的正确处理和实时传输。

3 自动化软件系统的组成与改进

3.1 软件系统组成

水库大坝安全监测自动化软件系统主要由7个模块组成。分别为监测资料管理系统、监测数据处理、图形报表、分析模型、系统管理、自动化数据导入模块和实时分析及数据备份模块。

1）监测资料管理系统。监测资料管理系统包括仪器管理、仪器类型管理、监测项目管理、测点管理、工程档案管理。通过录入监测项目的概况、各测点概况、观测仪器类型以及工程档案等资料，使得监测项目管理更加严谨、规范。

2）监测数据处理。监测数据处理主要包括监测数据人工录入、监测数据预警及整编、监测量特征值统计、日程巡查录入/查询4个模块，其中监测数据人工录入为系统初始界面，主要用于输入人工观测数据以及修改异常数据，监测数据预警及整编主要用于删除超过设定值的异常数据，监测量特征值统计用于统计监测量特征值，日程巡查录入/查询用于日常巡查录入及查询。

汤河水库测压管水位观测，在自动化系统运行正常的情况下，每月人工观测1次，用以及时校核自动化观测数据，发现问题及时修正。通过监测数据人工录入功能，可以及时录入因断电以及其他不可抗因素导致的自动化漏测、错测数据，保证监测数据的完整、可靠。

汤河水库大坝变形观测包括坝体水平位移观测和坝体垂直位移观测，每年进行2次，汛前汛后各进行1次。变形观测尚未实现全自动化，目前仅实现了观测仪器自动化，需人工进行观测后，通过监测数据人工录入功能，将坝体水平、垂直位移观测数据录入至软件系统，之后应用系统的整编分析功能进行坝体运行分析。

3）图形报表。图形报表主要包括单点过程线绘制、多点过程线绘制、监测仪器安装埋设考证表、监测成果统计表、相关监测量分析图五大模块，初始界面为单点过程线绘制。

通过图形报表功能，可以实现监测数据成果表以及过程线的自动绘制生成。相比人工作表，既提高了工作效率，减少了人为误差，又使得表格更加规范。

4）分析模型。分析模型主要包括坝体监测断面渗流压力分布图、测压管水位位势图、水平位移分布图、垂直位移分布图、渗流分析、渗流评判及预报、变形分析、变形评判及预报、大坝安全综合分析。

分析模型将各项监测数据进行全面的整理、分析，最终总结出大坝安全的综合分析，该模块是整套软件系统的核心模块，也是新系统相比原系统最大的改进。

5）系统管理。系统管理包括用户管理、角色管理、登陆日志、操作日志、系统菜单管理5大模块。

通过用户管理可以设定人员登陆权限，通常非管理人员的权限为仅可通过系统查看监测数据，查看坝体运行的实时状态，无法更改数据，最大限度保证监测数据的安全。同时通过登陆日志及操作日志，可查看历史登陆记录和历史操作记录，及时发现是否出现误操作。

6）自动化数据导入模块和实时分析及数据备份模块。通过自动化数据导入模块和数据备份模块，可定期将系统中监测数据进行备份，防止数据意外丢失。

3.2 软件系统的完善与改进

与原系统相比，现有系统在数据处理及资料整编分析方面更加完善，主要体现在监测数据处理、图形报表和分析模型3个模块。

大坝安全监测系统的运行，首先是通过水位传感器测得各测压管水位数据，再通过通讯系统传送到坝下服务器，之后可进行数据处理、整编分析以及存档等操作。新系统监测数据处理模块增加了监测数据人工录入和整编功能，系统设置水位传感器每间隔1 h观测1次测压管水位数据，并上传至服务器。汤河水库在系统运行正常期间，每月校测1次测压管水位，之后与自动化系统数据对比校核，发现异常重新人工校测，通过监测数据处理模块输入人工观测数据，并修改异常数据。

图形报表和分析模型2大模块主要应用于大坝安全监测资料的整编与分析。汤河水库每年年初对上一年的大坝安全监测数据进行系统的整编分析，其中包括测压管水位数据、坝体变形观测数据以及扬压力数据的整编与分析。新系统中，图形报表和分析模型2大模块完善了测压管水位数据的图形报表处理和整编分析功能，同时增加了溢洪道底板扬压力数据的处理及分析，以及坝体变形观测数据的图形报表及整编分析。溢洪道底板扬压力数据可通过自动化系统直接上传至服务器数据库，直接进行图形报表与数据处理分析。坝体变形观测数据尚未实行全自动化，需人工进行观测，再通过系统的监测数据人工录入功能录入至服务器数据库中，再形成报表，进行监测数据的整编与分析。

通过该系统，可完全实现大坝监测数据资料整编的自动化，根据大坝安全监测资料整编规范，测压管水位成果表、测压管水位与库水位相关过程线、测压管水位位势成果表、测压管水位位势过程线、坝体水平位移成果表、坝体垂直位移成果表、汤河水库逐日水位表、汤河水库逐日降水量表均可通过该系统自动化生成，之后形成大坝安全监测资料的整编与分析材料。

4 结语

大坝安全监测自动化是大坝现代化安全管理的重要手段，大坝安全自动化监测系统可以实现坝体监测数据的实时性、连续性，保证监测数据的实时传送，确保及时发现坝体运行当中的异常情况，在汤河水库坝体安全管理中发挥了至关重要的作用。更新改进后的自动化监测系统，运行稳定、良好，数据处理及分析功能都有了较大的提高，各项监测数据真实、可靠，实时反映坝体及水工建筑物的运行状态，为坝体的稳定运行和科学管理提供了有力依据。

［1］汤河水库管理局，汤河水库志［M］.中国水利水电，2009.

［2］赵琳，宓永宁，冯琳，等.土石坝渗流分析与自动化观测软件研究［J］.沈阳农业大学学报,2004,35（5）：528-530.

［3］方卫华，王润英.大坝安全监测自动化的现状和展望［J］.水利技术监督,2000,8（5）：25-27.

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1002－0624（2017）03－0063－02

2016-11-11