王翔宇

(青海黄河水电开发有限责任公司大坝管理中心，青海 西宁 810000)

大坝观测自动化系统存在的问题分析与改造对策

王翔宇

(青海黄河水电开发有限责任公司大坝管理中心，青海 西宁 810000)

大坝安全监测系统对于水库优化调度以及工程的安全运行有着重要的作用，水利工程中大坝安全监测系统倍受重视。主要对大坝观测自动化系统中存在的问题及原因进行了分析，并提出了改善观测系统的对策与建议。

大坝观测自动化系统；问题；对策

0 引言

随着我国社会经济快速发展，水库建设的规模也随之扩大。大坝观测自动化系统在水库安全与水库质量监控中有着重要的作用，越来越受到人们的重视。本文针对大坝观测自动化系统中存在的问题总结改造措施。

1 大坝观测自动化系统存在的问题

目前在大坝施工过程中，主要是按照工程需要安装观测仪器设备，设置差动电阻式传感器，对内部观测仪器测值进行测量。在对观测设备采取自动化改造后，安装引张线仪以及电容式坐标仪，能基本实现对电感式扬压力计、扬压力、集水井、引张线、量水堰以及垂线的自动化观测。这一系统的设计研制，投入时间与运行时间的跨度比较大，采集数据可靠性较差，系统软件落后，工作仅能在DOS平台下，大坝的观测数据只能在坝前监测终端微机上进行存储，并没有实现同管理局后方计算机之间的实时共享，同时丢失数据比较多。根据自动化观测设备的运行情况，人工测值和自动测值之间有着较大的差距，这一差距造成系统观测常出现问题，说明自动化观测设备无法完全替代人工观测。如果集水井无法实现自动化，量水堰、引张线以及垂线等相继瘫痪，外部观测也只能通过人工测量完成。由于工作环境较为恶劣，工作量逐渐加大，大坝结构复杂，人工观测精度比较低，难以满足现代化管理中的各项要求，系统更新改造问题日益突出。

2 原因分析

(1) 随着时间的推移，大部分设备的内部情况已发生变化，一些仪器设备陆续无法正常工作，再加上抗电磁干扰效果差以及数据采集线路老化等问题的出现，系统中大多数控制设备经常会发生故障。

(2) 部分水库大坝建设于20世纪末，受到时代因素的影响，在施工过程中，水库观测仪器设备的设置大多数较为落后，电阻式传感器埋设时间长，设备老旧，基本上已达到设备预期寿命，无法满足目前需求。此外，以前国内所生产的埋设传感器，对于常态混凝土筑坝埋设方法较为适用，无法满足辗压式混凝土施工方法，与目前先进筑坝工程建设相比较为落后，在施工期间，一些设备已经失效。

(3) 垂线线体发生摆动，采取常规的测量方式，难以满足规范化需求。正垂线线体较长，线体摇晃幅度较大，造成测值不准确。原本的压力计主要使用差阻式仪器，扬压力观测过程中部分传感器有着较大误差，测值可靠性较差。

(4) 观测系统设计、安装调试以及投入运行时间较长，大坝受到使用时间以及系统设计等因素的影响，数据采集设计主要为集中式，造成数据信息采集缺少真实性与可靠性，系统软件分析较为落后，难以为水库日常管理提供参考信息。此外，观测系统软件没有顺应时代发展，较为落后，同管理局计算机难以实现实时共享，数据严重丢失，人工数据采集无法完全替代，系统经常出现问题。

3 大坝自动化观测系统改造建议

目前，大坝观测工作倍受重视。外部观测主要包含气温、水温与库水位等水文观测，扬压力、绕坝渗流以及渗透流量等渗流观测，近坝区沉陷、坝基、坝顶、基岩变形、坝体倾斜、坝体挠度以及大坝水平位移等大坝变形观测；内部观测主要包含裂缝、渗压、温度、应变以及应力观测。水库大坝对周边居民的生命安全以及生活产生直接的影响，同时大坝观测自动化系统在水库安全与质量监控中有着重要的作用，所以要对大坝自动化观测系统进行改造。

3.1 优化大坝自动化观测系统软件设计

(1) 子系统评价分析应具有可靠性与实用性，需重点注意：1) 分布图主要包含二维分布图与一维分布图，一维分布图重点描述某一空间方向上与测量分布的情况。2) 相关图可应用于对任意2个监测量的分析，包括各监测量与环境量之间的相关分析，当2个监测量不对应时，系统自动实行相互插补。3) 内部仪器过程线，即对观测结果中含有温度测值的内部观测仪器的分析及输出。仪器内部过程线能对同一时间坐标温度与监测量两幅过程线图进行绘制，回归分析所选取测点这一时段测值。4) 综合过程线主要应用于多个测点与监测物理量的各类输出以及过程线检查，拥有便于图形输出、特征量统计、回归分析、误差处理等功能。

(2) 数据采集管理的相关子系统和其他子系统间需具有一定的独立性，在实施过程中可由专业性质不同的单位负责，使整体系统实用性与先进性得以提升。开发采集数据管理子系统应建立在通用数据库的基础之上，并将数据接口开放，方便发布分析成果、分析评价以及数据信息管理等系统的研究开发。

3.2 大坝观测自动化系统外部监测数据采集设计

观测自动化系统中，数据监测系统是其中的重要组成部分。所以在设计数据监测系统的过程中，要严格遵守科学经济、因地制宜等原则，使得外部监测系统设计科学合理。具体措施如下：(1) 需有坝体析出物对管口流量计影响的评价；设定好集水井的水位控制及参数。(2) 基础廊道的顶部湿度比较大，要选取具有一定代表性的坝段部分，对代表性部位进行扫孔，对渗水状况进行重点监测。(3) 增加坝基帷幕灌浆转折处的横向扬压力监测断面。(4) 对于水平裂缝要采取有效的监测方法，裂缝所产生的变化可以通过监测垂直移位与扬压力体现出来。全面考虑设计方案的完整性，在条件允许的情况下，裂缝部位需要埋设监测仪器。(5) 在改造垂线的过程中，要与厂家进行充分的沟通，钢丝直径的选择要合适，在更换钢丝时，重点做好老垂线与新垂线的衔接问题。(6) 坝顶的水平位移可以应用全站仪观测方法，观测的精度应该符合误差值≤1 mm的监测规范。(7) 监测大坝水平移位，可以在直线段设置引张线3层，工作基点为垂线；转弯坝段要采取合理的准线方案，但是需要对视准线与倒垂线工作基点稳定性进行分析。(8) 监测大坝变形可以与本工程主要特点、设施监测相结合，设计时需要严格遵守经济实用、精度高、可靠性好以及重点突出等原则。

3.3 大坝观测自动化系统环境量监测与内部观测设计

在建设监测自动化系统前，需要全面鉴定内部监测仪器，一旦有不合格仪器，要及时找出原因，并采取相应对策。需做到以下几点：(1) 在内部监测组网方案中，选取的MCU精度等技术参数需要符合工程需求。(2) 在大坝上游坝面若出现不同程度水平裂缝，要对其进行重点监测，对于未布设监测仪器坝段，在条件允许时，应及时补装监测仪器。(3) 通常情况下，折向上游坝，在折点位置伸缩易张开，也可能会发生漏水，可以在大坝的折点位置，增设横缝测缝计。(4) 大坝的下游可以增设水位计，将其纳入到大坝观测自动化系统中，便于分析监测资料。(5) 在坝体可以设置温度计8层，在每一层设计中，选取1支温度计，将其纳入到大坝观测自动化系统中。(6) 通常大坝下游表面会设置2组温度计，通过长期获取的资料已了解气温对于大坝表层产生影响的主要规律，如果将2组仪器都纳入到大坝观测自动化系统中，没有太大必要，因此可将性能较好的1组温度计纳入到大坝观测自动化系统中。(7) 一般大坝内部所安装埋设的检测仪器使用时间较长，检测仪器性能会有所降低，仪器甚至会损害，因此，在建设大坝检测自动化系统前，应该对检测仪器进行全面系统的鉴定。

4 结语

总而言之，水库大坝不仅具有防洪作用，同时也肩负着灌溉作用。本文主要对水库大坝观测自动化系统中存在的问题进行分析，并采取一系列的系统优化改造措施，进而提升水库大坝的现代化管理水平以及自动化观测能力，为水库大坝观测自动化系统提供参考依据，保证大坝附近居民的生命安全。

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[3] 肖小玲，林长富，何金平.良浅大坝视准线水平位移监测系统评价[J].中国水运(下半月)，2011(11)

2014-09-15

王翔宇(1984—)，女，甘肃兰州人，助理工程师，从事电站大坝监测、分析工作。