韩 勇成 波曲树国

（1.日照水库管理局，山东日照 276816；2.山东水利工程总公司，山东济南 250014；3.山东省水利厅，山东济南 250013）

日照水库大坝测压管水位自动化观测系统设计与应用

韩 勇1成 波2曲树国3

（1.日照水库管理局，山东日照 276816；2.山东水利工程总公司，山东济南 250014；3.山东省水利厅，山东济南 250013）

日照水库大坝测压管水位自动化观测系统主要采用HSST—SY01型一体化智能水位遥测仪和GD—1024／64C型浮子式液位计，是在国内水库大坝测压管水位自动化观测系统的首次应用，实现了自动观测、自动生成图表，提高了观测精度和资料整编分析水平。本文对系统研发设计及应用推广价值作了简要介绍。

大坝；测压管；自动化；设计；应用

1 水库概况

1.1 工程概况

日照水库始建于1958年10月，建成于1959年6月，位于日照市东港区驻地以西16km处，是多年调节综合利用的大（2）型水库，总库容3.1805亿m3。水库枢纽工程包括主副坝、南北放水洞、水电站、溢洪道四部分。现状防洪标准达100年一遇设计、5000年一遇校核。

1.2 大坝测压管水位观测项目开展情况

大坝测压管水位观测点分别位于主坝的7个断面、副坝的3个断面，其中，主坝29个、副坝11个，坝体孔27个、坝基孔13个，另加坝前水位管和坝后尾水管各1个，总计42个测压管观测点。

测压管水位于1963年11月始测，人工采用万用表配合测绳实测。到1975年基本达到定人员、定时间观测，1985年以来，逐步实现了规范化、制度化管理。1999年，安装了电容触点式水位计，初步实现了水位数据采集、数据处理的自动化。2002年水库实施除险加固，原有测压管全部予以重设，大坝测压管水位自动化观测系统与现布设测压管不配套，系统无法使用，重新采用人工观测。

2 系统设计

2.1 系统选型

根据除险加固后大坝测压管的实际情况和自动化观测新技术的广泛应用，日照水库管理局决定建设性能可靠、运行稳定、系统先进的测压管水位自动监测系统。当前应用较多且较成熟的水位计主要有三种：浮子式水位计、静压投入式水位计和超声波水位计。三者相比较，浮子式精度高，使用寿命长，受外界因素影响小，但是考虑到测压管或观测井的深度，不适用于深度超过30m的情况；静压投入式水位计不受深度影响，但存在零漂现象；超声波流量计精度最高，但是安装麻烦，且受周围环境和井壁 （测压管壁）垂直度影响，在国内使用较少。综合三种水位计的特点，结合日照水库大坝测压管的情况，采用浮子式水位计监测水位是最好的选择。管理局经对生产厂家及代理商的技术力量、产品配套、施工能力、项目建议书、产品报价、售后服务等多方面综合比较、现场考察，决定选用某科技发展有限责任公司作为协助研发和施工单位。

2.2 系统研发

2.2.1 总体思想

该系统的建设以完全满足水库大坝测压管水位自动化观测为目标和总体思想，利用遥测、通信及计算机网络、远程自动控制、数据库、地理信息系统、决策支持系统等技术手段，结合日照水库大坝测压管特点，建设有效的、符合国家标准的、及时准确的水位自动监测体系，以逐步达到 “信息采集自动化、传输网络化、管理数字化、决策科学化”的目标。

依据大坝测压管水位监测系统，开发应用管理软件系统，整合现有各系统中的水文数据，实现水文信息的综合管理，实现数据的实时查询、共享存储等功能，并将测压管水位数据查询、分析的结果在电子地图上以点分布图、等值线、面分布图、统计图表、过程线等方式生动直观地显示出来，为领导决策和指导管理提供依据。

2.2.2 技术方案

日照水库大坝测压管水位自动观测系统建设的技术方案是：先建立稳定可靠的监测管理中心；同时采用高精度、高可靠性的HSST一体化水位遥测仪水位计，通过GSM智能遥测终端，将大坝测压管监测点数据送至移动通信服务中心，服务中心将数据转送至水库管理中心GSM接收前置模块；再以应用软件和综合数据库为支撑环境，实现对各观测点远程数据定时测报、各种报表资料生成打印、现场及中心数据双重保存备份、历史数据查询、远程设备实时监控及中心指令控制等各项功能。

2.2.3 研发过程

2008年10月20日，山东省水利厅批复了《日照水库大坝测压管水位自动化观测系统项目实施方案》。2008年11月—2009年2月，由日照水库管理局和该科技发展有限责任公司有关人员，共同完成了项目研发设计；2009年3月，完成了水库大坝测压管自动化观测系统安装。系统进行了为期3个月的试运行后，对软件进行了修改完善。2009年9月，通过由山东省水利厅组织的科技成果鉴定。

2.2.4 系统特点

该项目所采用的HSST—SY01型一体化智能水位遥测仪是首次在国内水库大坝测压管水位自动化观测系统中应用，其设计集成了获得国家实用新型专利的GD—1024／64C型浮子式液位计（专利号：ZL200620082790.3）。遥测仪在测压管内安装后，一方面可以自动传输数据，同时预留人工测量通道，可实现水位的自动化观测与手工测量对比校核。

日照水库所处的位置在雷区，终端仪器设备容易受感应雷击。除了要注重电源线的防护外，还要做好信号线防雷工作，每个测压管监测点均安装了BS—AW—10型避雷设备，以减少雷击。在电源、通信和传感器接口的入口处均设有防雷保护电路，以防感应雷电流对内部电路造成损坏，保证系统长期可靠地工作，解决了长期以来水库大坝监测设备易遭雷击的问题。

该产品综合运用先进的电子测控技术、超低功耗电路设计技术、光电编码技术、机械传动技术、GSM（GPRS）／CDMA网络通信技术研发而成。设备在整体设计上有效地结合了目前各种水位遥测设备的优点，同时解决了传统设备因检测原理、结构设计等问题造成的各种不适应性。大坝渗压管监测点的数据，通过GSM智能遥测终端送至移动通信服务中心，服务中心将数据转送至水库管理中心接收模块，接收到的数据经软硬件设备分析处理后，实现了对大坝水位的各类监测功能。考虑到传输的稳定性和数据的保密安全，管理中心配置了专用GSM接收前置模块，用于接收各测点上传的数据及中心指令的下发，形成了大坝渗压管监测点和中心服务器之间的安全通道。

系统采用了该科技发展有限责任公司与日照水库管理局严格按照土石坝安全监测及资料整编等相关国家行业规范标准联合开发的软件，并结合日照水库其他观测项目，开发了坝后渗流观测资料数据库和图表分析系统，系统具有实用性和可扩展性，具有创新性，达到国内领先水平。

3 系统组成和功能

3.1 系统组成

该系统由大坝渗压监测站、自动化观测管理中心两部分组成。

大坝渗压监测站由内径200mm测压管、HSST—SY一体化智能水位遥测仪、避雷设备、测压管保护盒等组成。HSST—SY一体化智能水位遥测仪由水位传感检测单元、智能测控传输单元、锂电池供电单元三大单元组成，并将其有机结合，封装于专门设计的全密封防护壳体内。

管理中心包括工控计算机、管理计算机、相关软件等。该系统的自动化观测管理中心位于日照水库管理局防汛调度中心，系统主要包括六个子系统，分别是测量控制子系统、数据管理子系统、图形／报表子系统、大坝安全分析子系统、渗流量编辑子系统和系统管理子系统。

3.2 系统功能

3.2.1 系统数据库管理

数据管理包括测压管基本资料管理、测压管实测数据管理和大坝渗流量实测数据管理。

3.2.2 测压管系统数据分析

分析指定桩号的测压管实测数据，提供地质剖面和浸润线图、测压管过程线、圈套线、位势图、逐年相关线、位势过程线、特定水位下的过程线等图表。

a.测压管地质剖面和浸润线图。将测压管埋设处的地质剖面、测压管埋设的位置、滤管位置、测压管长度和管口高程等内容以剖面图的形式表现出来。可以查看某一特定时间测压管实测水头剖面线，即浸润线，了解覆盖层承压情况，并给出相应水位下覆盖层的抗渗安全系数。

b.测压管水位过程线。绘制测压管水位随时间的变化曲线。利用测压管水位过程线可以鉴别测压管的灵敏性、可靠性，以及确定其滞后时间和某些测次数据的取舍等。

c.测压管位势图。位势即测压管水头在渗流场中占总渗流水头的百分数。与上下游水位的绝对值无关，当渗径长度不变时位势为常数。可以通过位势的变化了解渗流介质的变化情况。根据用户要求快速生成针对该工程预设格式的报表——渗流观测记载表，报表可以联机打印、导出为Excel格式的文件并对文件进行管理。

3.2.3 渗流量系统数据分析

根据用户要求生成各种过程线，如：渗流量过程线、渗流量与库水位关系曲线、特定库水位下渗流量过程线等，从而进行渗流量的相关分析。

3.2.4 数据查询功能

可以指定具体的测点、日期进行相关的数据查询，并根据查询结果，在数据表格中体现出来。数据表格是将监测返回的数据以表格的形式予以反映，并以日期加以限制。当汛期采集功能启用时，可以选择汛期方式进行数据查询。数据图形功能中，将采集水位以图形的方式显示。另外，还可以按照指定的日期查看水位的趋势图，也可以指定具体的某一天，查看对应的时刻趋势图。

4 实施效果及应用推广

该项目自投入运行以来，运行状况良好，系统各项性能指标基本达到了设计和管理要求。设备简单，故障率低，易于维护；系统操作容易学习和掌握，使用方便。自动读取数值并自动生成图表，减轻了操作人员的劳动强度，大幅度提高了工作效率，做到了观测资料整编的自动化、规范化、标准化。系统为水库的运行管理提供了大量的运行资料，保障了水库大坝的安全运行，进一步提高了工程管理现代化、办公自动化水平。

该系统社会经济效益较显著，可在同类水库大坝、海水入侵、供水井群、河道水位等监测中推广应用。目前，已在日照市水文局海水入侵水位监测等系统中推广应用。■

Design and app lication of Rizhao Reservoir dam piezometric level automatic observation system

HAN Yong1，CHENG Bo2，QU Shuguo3
（1．Rizhao Reservoir Administration，Rizhao 276816，China；2．Shandong Water Conservancy Engineering Corporation，Ji'nan 250014，China；3．Shandong Water Resources Department，Ji'nan 250013，China）

Rizhao Reservoir dam piezometric level automatic observation system mainly adopts HSST—SY01 integrated intelligentwater-level telemeter and GD—1024／64C type float type level gauge.Reservoir dam piezometric level automatic observation system is applied for the first time in China，thereby realizing automatic observation and automatic chart generation，and improving observation precision and data preparation analysis level.In the paper，system development design and application promotion values are briefly introduced.

dam；piezometric tube；automation；design；application

TV697.2

A

1673-8241（2015）08-0053-04

10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2015.08.017