水涛庄水库大坝自动化改造技术

李永华

（临安市水涛庄水库管理处，浙江 临安 311307）

水涛庄水库大坝自动化改造技术

李永华

（临安市水涛庄水库管理处，浙江 临安 311307）

针对安全管理标准化指标体系，对水涛庄水库及大坝基础设施设备进行全面梳理，提出自动化改造的具体方案，为后续水库大坝自动化改造升级提供了科学依据。

水库；大坝；自动化技术；改造升级

1 概述

水涛庄水库工程位于东苕溪的支流中苕溪上游，地属临安市高虹镇，是以防洪为主，结合灌溉、供水发电及改善水环境等功能的中型水库，总库容2888万m3。拦河坝为常态混凝土重力坝，坝顶高程154m，最大坝高60m，坝顶长262.9m；泄洪建筑物由泄流坝段和坝身泄洪放空孔组成。溢流坝段堰顶高程145.5m，设3孔6m净宽的泄洪闸，弧形闸门控制，采用挑流消能。

2 总体设计

结合水涛庄水库实际情况和安全监测自动化建设的内容，分为硬件平台和软件平台，硬件是基础、软件是应用。两者按照一个有机整体统一规划设计。如图1。

图1 自动化安全监测技术路线

2.1 硬件平台

水库自动化安全监测的硬件平台分为信息采集层、信息传输层、信息汇聚层3层结构。

信息采集层由水位测站、自动量水堰、面板变形自动观测仪、沉降自动观测仪、视频监控、水库巡检终端组成，承担对水库安全参数的基础感知任务。

信息传输层由GPRS/3G/4G无线通信网络、因特网、监控中心局域网、水工传输电缆组成，是基础感知设备和信息处理层之间的桥梁。

信息汇聚层的主要工作是对水位、雨量、渗流量、位移量、沉降量及安全巡查记录的处理与存储，是对水库安全运行状况进行分析的数据基础。其表现形式为数据中心。

2.2 软件平台

2.2.1 基础架构

平台将安全监测基础数据库作为平台基础，传感器上传的数据通过数据引擎进行存储和交换。

2.2.2 系统接口

对各项数据的读、写、校验都进行封装设计，开发人员调用封装好的接口函数和DLL动态库进行业务功能设计。

2.2.3 应用系统

根据水库安全监测的内容，进行分类，设计各种与业务相关的应用分析模块。

2.2.4 数据挖掘

根据水库安全监测业务的综合需求，通过系统接口，对基础数据信息进行数据深度挖掘，实现工程安全运行状况的深度解读和趋势分析。

软件平台的表现形式为水库安全状况监测分析系统和水库巡检管理系统。

3 自动化监测改造

3.1 水平位移

3.1.1 原人工观测引张线系统

包括固定端、张紧端、测点箱全部拆除并更换，保留引张线护管，更换不锈钢丝。为实现自动化监测，新的引张线系统中，测点装置选用工作原理为电容式的引张线仪，要求传输信号为标准485信号，同时附带人工比测装置。新的引张线测点箱安装位置与原位置一致，固定端位置不变，张紧端为维护方便由地面以下改为地面以上，通讯电缆就近引至附近的电缆沟。

3.1.2 更换新设备

固定端及张紧端装置各1套，不锈钢丝1套，电容式引张线仪YZ1～YZ10共10个，测点箱10个，不锈钢丝保护管1套。

3.2 倒垂线及新增设备

3.2.1 倒垂线

倒垂线与引张线系统配套使用，可精确测量坝顶各水平位移测点的绝对位移量。右岸倒垂观测装置包括锚固端、浮托设备、不锈钢丝等保持现状，但测量读数装置拆除，更换新的更方便的人工观测装置，同时为实现自动化观测，增加垂线坐标仪，要求传输信号为标准485信号。坐标仪电缆与引张线仪电缆合并在一起，引至电缆沟中。

3.2.2 新增设备

电容式双向垂线坐标仪1套 （DC-X、DC-Y），人工瞄准仪1套，安装支架1套。

3.3 垂直位移

3.3.1 原垂直位移监测

原监测利用水准仪配套水准尺采用人工测量的方法进行，本次设计保留原沉降测点，为实现自动化监测，在沉降测点附近增加静力水准观测装置，要求传输信号为标准485信号，电缆就近引至附近的电缆沟中。

3.3.2 新增设备

静力水准仪（JL1～JL10）及保护装置10个，基准装置（JZ）和保护装置1个，水准管路1套。

3.4 渗流

3.4.1 坝基扬压力测压管改造

在管口更换新的精度为0.4级的精密扬压力表，并根据测压管的安装位置选择合适的量程，为了实现自动化监测，同时在每支测压管内安装渗压计。渗压计电缆自测压管管口引出至廊道侧壁上的电缆线槽中。对于绕坝测压管，改造内容为：在测压管内安装渗压计，并在测压管管口安装保护罩，渗压计电缆自管口引出至电缆沟中。

无论是坝基还是绕坝，测压管均保持不变，即不需要再安装另外的测压管。

3.4.2 新增设备

坝基渗压计18支（YY1～YY18），绕坝渗压计4支（L1，L2，R1，R2）。

3.5 渗漏量

3.5.1 坝基无渗漏量观测设施

新增4个渗漏量观测点，即监测上游面板总渗漏量的量水堰LSY1，监测左、右岸坝肩及坝基渗漏量的量水堰LSY2～LSY4，为实现渗漏量的自动化监测，每个量水堰附近安装4个堰上水位计［1］。

3.5.2 新增设备

量水堰板4个，堰上水位计4个（LSY1～LSY4）。

3.6 接缝

3.6.1 无接缝监测装置

在廊道内坝段间接缝处新增5组三向测缝计（CF1～CF5），每组测缝计监测相邻坝段坝轴线向、上下游向、垂直向共3个方向的接缝相对变形，测缝计选用振弦式［2］。

3.7 自动化采集系统

3.7.1 自动化监测系统仪器设备

接入自动化监测系统［3］的仪器设备包括：电容式引张线测点10个、电容式双向垂线坐标仪测点2个、静力水准测点10个、静力水准基点1个、坝基渗压计18支、绕坝渗压计4支、堰上水位计4个、测缝计5组15支。仪器接入MCU的具体部位、数量及MCU箱中的采集模块个数根据实际情况确定，每个采集模块接入的监测仪器个数为8。

3.7.2 监测软件

监测软件［4］支持多串口、协议和路由，能胜任负责的分布式测量系统的数据采集、传输和管理，并具有充分的可拓展性，适应任何新增加的需求。通过提供固定算法和用户自定义算法，实现各种不同监测成果的计算和输出。具有超强的适应能力，适应不同规模不同形式的应用。提供多窗口应用界面，窗口间相互联动，多样化窗口界面输出风格满足用户的不同要求。数据库格式为SQL Server，能实现过程线图形绘制、数据报表制作等基本功能。

4 结语

（1）通过对水涛庄水库安全监测现状，提出了安全自动化采集系统改进方案。

（2）利用计算机系统解决了管理中存在的问题，规范了库区管理科学化。

（3）通过安全监测信息化建设与应用，推动了库区管理能力和水平的提高。

［1］陈金涛.水工混凝土的裂缝处理工艺［J］.水利电力机械，2007（29）：22-23.

［2］李才，朴灿日.丰满大坝溢流坝段闸墩加固技术［J］.水利水电技术，2000（31）：45-47.

［3］胡冬妮，贾剑峰.小型水电站综合自动化控制装置的比较与应用［J］.小水电，2009（4）:77-79.

［4］谭云广，谭博元.微机自动化在水电站应用模式及相关设备选型应注意的问题 ［J］.中国水能及电气化，2008（3）：59-63.

［5］浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心.浙江省大坝安全监测系统技术标准［Z］.2012.

（责任编辑：王艳肖）

Technology of automation transformation of Shuitaozhuang Reservoir dam

LI Yong-hua
（Management Office of Linan Shuitaozhuang Reservoir，Linan 311307，China）

For the standardized index system of safety management，the Shuitaozhuang Reservoir and dam infrastructure equipment is presented comprehensively.This study puts forward the specific plans of automation reformation and provides a scientific basis for automatic upgrade of reservoir dam.

reservoir；dam；automation technology；transformation

TV698

B

1672-9900（2017）01-0093-03

2016-11-23

李永华（1966－），男（汉族），浙江临安人，工程师，主要从事水利水电工程建设与管理研究，（Tel）13777570125。