陡岭子水电站大坝自动化监测系统改造

伍博 熊颢

摘要：概述了现有的大坝自动化监测技术和发展现状。以国电大渡河陡岭子大坝监测改造工程为应用实例，具体介绍了其大坝自动化监测系统设计与实现。该工程对原有的监测系统进行改造，实现了自动化监测、极大地提高了精度和效率;对老化严重甚至已损坏的监测仪器进行了更新，从而保证了水电站的正常运行和安全管理。陡岭子水电站大坝自动化监测系统改造经验可为其他类似工程提供参考。

关键词：大坝自动化监测;系统改造;大坝安全;陡岭子水电站

中图法分类号：TV698.1 文献标志码：A DOI：10.15974/j.enki.slsdkb.2020.04.008

1大坝变形监测现状

我国大坝变形监测始于20世纪50年代初，到80年代末实现了自动化监测，90年代以后大坝安全监测技术飞速发展。随着大坝管理水平提升和信息化发展要求的提高，安全监测自动化正成为大坝安全监测的发展方向。

自动化监测仪器从完成电量（电参量）转换发展到光信号转换，从点监测向线、面监测的方向发展。传感器的智能化程度不断提高，目前国内已有多家传感器（包括振弦式和压阻式）厂商将率定曲线、传感器出厂编号等直接固化在传感器内部的TC中，既提高了测量精度，又方便在电缆截断或电缆编号丢失情况下确认和恢复仪器编号另外，这种仪器还提供RS-485或RS-232接口，简化了系统结构。技术水平的提高和仪器设备的改进为自动化监测提供了应用基础。

近年来，水利部、国家电力监管委员会等相继发布了系统化的大坝安全监测及自动化标准和规范，为大坝自动化监测接口提供了技术依据和参考。

2工程概况

陡岭子水电站位于湖北省郧西县夹河镇境内的汉江支流金钱河上，距十堰市区120km。工程以发电为主，兼有灌溉、防洪等综合效益。工程规模为大（2）型，工程等级为Ⅱ等。水库为年调节型水库。

大坝为混凝土面板砂砾石堆石坝，最大坝高88.5m，坝顶高程275.0m，防浪墙顶高程276.2m，坝顶宽8.0m、长342.2m。坝基位于弱风化基岩上。上游坝坡比1：1.5，下游坝坡设有三级2.0m宽马道，马道间坡比1：1.3。

陡岭子大坝原有的监测系统包括：表面位移监测（水平和垂直）、内部变形监测、大坝渗流监测、环境量监测等。监测系统建成时间较长，绝大部分监测设备已损坏，且大多需要依靠人工监测。而传统的人工监测手段精度差、效率低、成本高，且无法获取实时数据，已不能满足日常监测需要。因此对大坝监测系统进行自动化改造具有重大意义，不仅可以适时获取高精度监测数据，还能将各模块的成果汇总及时进行综合分析，为水电站的安全运行提供保障。

根据2016年《关于落实陡岭子大坝监测系统改造工作的意见》，对陡岭子水电站进行监测系统改造设计。监测系统改造具体内容包括：大坝表面位移监测（水平和垂直）、绕坝渗流监测、环境变量监测、量水堰渗流监测等。改造后系统全部实现自动化监测。

3方案设计与实施

依据“经济、适用、先进、合理”的原则对陡岭子大坝自动化监测系统改造进行设计与实施。

3.1表面外观自动化监测改造

（1）表面监测工作基点及后视点建设。根据实施方案及现场实际情况，新建工作基点观测墩2个（TN01、TN02）;利用原有控制网点改造成后视点2个（DK06、DK07）;在新建工作基点墩身埋设2个后视棱镜作为备用后视点（TPGl、TPG2）。DK06、DK07、TN01、TN02均相互通视，TPGl、TPG2与对岸两控制点通视，其平面布置见图1。

所有点位均按规范标准建设为强制对中观测墩形式。两个工作基点均建设混凝土观测保护房。

（2）表面监测点改造。监测点改造主要是将原有平面监测点改造成标准的观测墩形式，既作水平位移监测点，又作垂直位移监测点。改造监测点共33个（其中上游面板监测点4个，坝顶监测点11个，马道18个），共分5个断面，平面布置见图2。

（3）系统组成。包括两台TM50测量机器人、两套温度气压传感器、33个带有不锈钢保护装置的固定监测棱镜以及相关配套设施、工作站、软件。数据交换及传输方式采用GPRS技术。

3.2绕坝渗流自动化监测改造

在大坝左右岸各布置4根绕渗测压管，用于监测大坝两端绕渗情况。拟选择在大坝防渗心墙前、大坝下游面高程253.0m（马道三）、大坝下游面高程232.0m（马道二）、大坝下游面高程208.0m（马道一）与山体接触边界左右岸各布置1根测压管进行绕坝渗流监测。

此外，每根测压管中埋设1支差阻式渗压计，将绕坝渗压计接入渗流量自动化采集装置中，实现绕坝渗流自动化观测。

3.3渗流量自动化监测改造

陡岭子水电站大坝下游原施工围堰（黏土心墙）处布设1座量水堰对大坝渗流量进行自动化监测。原渗流自動化监测系统已经损坏，无法正常工作。本次改造设计在堰槽中部原量水堰计处重新布设量水堰计，并配套相关测报设施，建立渗流量自动测报系统。渗流量自动测报系统由1个遥测渗流量站组成，遥测站的信息通过自动采集、存储后，按自报方式自动报送到陡岭子水电站水工室数据接收站，经处理后存人实时数据库，由计算机系统进行数据处理。系统采用查询一应答方式。

4系统框架、安装与调试

4.1系统框架

陡岭子水电站大坝自动化监测改造系统包括表面位移自动化监测子系统、渗流渗压自动化监测子系统、一体化量水堰计自动化监测子系统。所有子系统内部通过线缆方式实现连接，采用GPRS方式远程传输至管理办公室内的服务器工作站。通过工作站内系统软件设置、配置，远程控制各子系统观测时间及工作方式，实现自动化监测。该系统框架结构见图3。

4.2系统设备及安装

陡岭子水电站大坝自动化监测改造系统投入和安装的主要设备见表1。

4.3系统调试与运行

经过首次控制测量，确定各工作基点及监测点初始坐标，并进行设置、调试，系统正式运行。系统运行期间监测结果截图见图4-6。

图4为表面监测系统首次监测数据截图。由图可知，最大误差仅2mm。由于初始坐标与首次监测时间间隔较短，且该时期库水位稳定，可以认为是监测误差。由此表明，系统满足设计要求，可靠且精度高。

由图5可知，为2019年2月24日至3月5日期间，大坝所在地区连续降雨，随着库水位增加，量水堰传感器监测到每天定时流量也增加，符合一般规律，从侧面验证其可靠性。

由图6可知，为2019年2月12日至3月9日期间，绕坝渗流系统监测到两岸坝基水位整体下降，总下降量约33cm。

监测系统改造后，所有监测项目均实现无人值守全自动化监测，具有精度高、不受气候影响、全自动化等特点。

5结语

陡岭子水电站大坝安全监测系统改造是根据相关规范要求，结合陡岭子水电站大坝运行现状和实际需求进行的。通过对变形监测、渗流监测等项目改造，建造了一个科学、合理、规范、经济、实用的大坝安全监测系统。该系统可提高大坝管理水平，为水电站运行管理提供强有力的技术支持和保障。