红山嘴引水枢纽大坝安全监测自动化系统

2017-06-19王玫丽

水利科学与寒区工程 2017年4期

关键词：分析模型枢纽大坝

王玫丽

(新疆玛纳斯河流域管理局，新疆石河子 830000)

红山嘴引水枢纽大坝安全监测自动化系统

王玫丽

(新疆玛纳斯河流域管理局，新疆石河子 830000)

本文介绍了玛纳斯红山嘴引水枢纽大坝安全监测自动化系统，指出该系统实现了大坝内部渗流与外部变形的自动化监测，阐述了大坝安全监测的成果，认为该系统在提高大坝安全管理水平的同时，还大大降低了人员的劳动强度。

引水枢纽;大坝安全监测;安全监控系统;自动化

红山嘴引水枢纽(以下简称渠首站)位于石河子市东南18 km的玛纳斯河出山口的位置，于1959年完工，是灌区的核心控制性引水枢纽，渠首枢纽分为上游整治段、溢流侧堰、进水闸、泄洪冲沙闸、下游整治段，及总干渠和曲线沉沙池等几大部分。功能多样，不仅能够实现灌溉、防洪、发电、水库引水，同时还能承担城市供水功能。然而在运行过程中，因为引水率过高，冲沙水比较少，以致闸后出现严重的淤积，对引水能力造成了一定影响，并威胁到引水安全。为了彻底改变这种现状，必须进行除险加固工作，使渠首枢纽引水能力得以恢复，提高渠首枢纽安全运行能力和信息化管理能力。

1 系统设计

1.1 测站布设

内部观测系统建设现地监测采集设备共计60支，其中进水闸及泄洪冲沙闸配置无应力计3支、两向应变计8支、钢筋计26支、渗压计4支、测缝计1支；泄洪闸配置两向应变计5支、钢筋计10支、渗压计2支、测缝计1支。见图1。

1.2 系统数据流分析

经过对系统的设计与论证，归纳出系统功能主要由三部分组成：数据采集、数据管理及大坝可靠性监测，这些功能主要依靠系统对于各监测点数据的采集、传输、处理来实现。

2 系统功能

数据的采集与管理是本系统最基础也是最核心的功能，同时可以实现对大坝安全性能的监测，对监测模型数据采集之后进行分析，并将产生的分析结果进行实时发布。

2.1 数据采集与管理

此次研究突破了采集计算机通过RS232串口与采集单元进行连接时，只能一台采集计算机实现采集控制的局限性，创新性的利用网络解决了这一难题。采用网络技术对各个分站系统进行管理，同时以实际情况为基础，对通信系统进行设置，使工作人员的采集控制更加便捷。该系统不仅可以将各个监测点的实际情况以视频的形式显示出来，还能精准的收集各个监测点的数据信息，保证枢纽管理中心与监测点之间具有良好的通信功能。相关工作人员只要按照要求就可以随时获得各个监测点的实时数据信息，进而为数据分析与记录奠定基础，同时也可以将重要数据备份，进而为日后监测工作的开展提供了可能。为进一步做好数据采集与管理，高清平台也被应用进来，有效强化了系统设计能力，该平台的应用在一定程度上提高了数据采集与管理能力，满足了实际应用需求[1]。因此，应重视该问题的分析与应用，只有这样才能做好数据采集与管理。

图1 内部观测系统示意图

2.2 组网设置

在本系统的组网设置中，主要采用了分中心站组网与通信组网两种方式。对于中心站组网来说，是一种以快速以太网技术为基础的局域网络，具有良好的实时传输能力，该网不仅可以实时采集数据，还能实现实时监测。主要是通过设置服务器完成数据存储平台构建，这样就为数据存储平台业务的开展奠定了基础，一般来讲，它是促进信息集成的有效方式。对于通信组网来说，它主要是将各个采集点数据汇集到闸房中，然后在闸房的作用下将信号传输到光纤与分站中，以此完成数据传输与通信。为实时了解观测点实际情况，还需要设置好监控室，所以该系统中设置了多个监控室，在其中设置两台闸门与监控主机，这样就可以做好监控，进而实现信息实时处理[2]。此外，该系统的设备内部接线均是在工厂中完成的，所有设备的接线在出厂前都经过多次检查，接线均采用耐热性与绝缘性较好的材料，并设置了防火槽管保护，所有导线中间没有接头，有效减少了短路等问题的出现。同时，系统的接地设置采用了公用接地网接地的方式，其电阻不超过4 Ω[3]。

2.3 坝体安全监测观测模型

本系统构建了多个内外部分析模型，在对大坝进行监测的过程当中，构建了竖向位移模型、漏测竖向位移量估算模型、竖向位移速率分析模型、裂缝风险分析模型、横向水平位移逐步回归因子模型等；在渗流观测中，建立了滞后时间推算模型、相关分析模型、位势分析模型、断面渗流浸润线及流网分析模型和渗流量分析模型等。

通过对一系列模型的构建，可以随时监测大坝变形规律及稳定性情况，对于坝体的安全性及后续研究都提供了可靠的一手资料。

2.4 大坝监测成果的发布

近年来，水利信息技术发展迅速，C/S模式系统在实际工作中已经明显跟不上水利行业的发展速度，新的WEB发布系统的开发迫在眉睫，以实现监测数据与分析成果的网络化发布。

本系统技术框架以JSP为基础，通过对内部网采集的数据以网络为媒介进行发布，同时将分析结果进行上传、发布。作为水库会商支持系统的体现，目前系统已经成功投入应用并运行。同时，在系统中还应用了闸门PLC控制软件(如图2所示)，在该软件的作用下全面实现了信息准确监测，实现了实时传输，同时也有效强化了自动接收控制能力，不仅可以最大程度的减少超调量，还能有效减少系统震荡的出现，进而及时、准确的确定目标。

图2 闸门现地监控软件系统

3 系统运行评价

本系统具备一定的先进性、可靠性、通用性、可扩充性等突出优点，以全自动化的方式实现了对石坝的安全监测与评价，大大降低了在人力上的投入，尤其在观测数据的实时性与准确性上大幅提升，最大程度避免了人为因素对观测效率及准确性所造成的影响，使枢纽大坝在管理、运行的安全性能方面向前跨出一大步。同时，在大坝自动化监测技术的发展上也有了很好的尝试。大坝的安全管理与运行水平得到大幅提升。并且，其在坝体内部监测的多机远程采集与全站仪观测坝体外部变形远程自动监测中的创新性尝试也得到了很好的效果。现将对其研究和开发总结如下。

(1)首先要认识到对于土石坝的安全性来讲，监测站的设置与自动化数据采集系统意义重大。其对于土石坝自动化安全监测及评价具有举足轻重的作用。

(2)利用数据库及网络技术能够共享采集到的数据，从而使大部分工作需求得以满足，减少人力投入，有效降低了工程的造价与成本，具有突出的推广价值。

(3)根据实际工作需要，对全站仪进行了二次开发，以顺应枢纽大坝外部变形监测的实际需求，全面提升了自动化的程度与水平，同时大幅提升数据采集速度及监测数据的可靠性。

(4)WEB成果网络发布系统能够实现分析成果与采集数据的共享，促进了水库的信息化管理水平，为进一步了解水库实时情况提供了可能。

总的来说，该系统整体效果较好，其中融合大量先进技术，是目前较为先进的系统，能够满足实际需求，因此，应重视该系统的应用。