尹正宇，次仁卓玛，周斌山，卜 雷，旦增罗布，段 丹

（西藏自治区旁多水利枢纽管理局，850000，拉萨）

一、工程概况

“十一五”重点建设项目旁多水利枢纽地处西藏自治区拉萨河源头，是拉萨河流域的骨干性控制工程，也是拉萨河干流水电梯级开发的龙头水库，坝址位于林周县旁多乡，工程总投资45.69亿元，水库总库容12.26亿m3，总装机容量160MW（4台）。工程等级为Ⅰ等大（1）型，由沥青混凝土心墙砂砾石坝、泄洪洞、泄洪兼导流洞、发电引水系统、发电厂房和灌溉输水洞等建筑物组成。

二、工程安全监测现状

旁多水利枢纽是以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水综合利用的枢纽工程，为保证枢纽工程安全运行，综合效益能充分发挥，建立科学完善的枢纽工程安全监测系统是十分必要的。

1.安全监测自动化系统

（1）系统结构

旁多水利枢纽安全监测自动化系统采用混合式布置。根据工程特点，在分系统中采用集中式，整个系统连接分系统时采用分布式。各建筑物的数据采集装置(DAU）或传感器共享总线，总线上只布设一个主机与集中控制枢纽与分散控制单元连接。

旁多水利枢纽安全监测自动化系统包括大坝及高边坡内观安全监测系统、大坝及高边坡外观安全监测系统（GNSS）和大坝强震监测系统3个子系统。3个子系统相互独立运行，互不影响，协同监测，是本工程安全监测自动化系统不可或缺的重要内容，各自为旁多大坝和高边坡稳定提供实时精确的监测原始数据。

根据工程现场仪器和设备的实际布置情况，安全监测系统采用RS485(光纤)和无线超短波通信方式的混合通信方式。本工程安全监测自动化系统结构见图1。

（2）系统功能

本工程安全监测系统采用C/S和B/S混合结构，数据采集服务程序在服务器上运行，其他部分监测人员通过网络与服务器相连，即可通过给定的IP和用户名访问。系统支持单机、工作组和网络运行方式，可以与局域网和广域网互联，数据库与其他数据库兼容，为其他系统预留数据接口或供其直接使用。监测人员可以远程控制数据采集、显示测量数据，并可将测量数据直接保存至服务器数据库中。具体功能如下。

①数据采集功能。系统拥有数种采集方式（单点、巡回、定时测量，并可在测量控制单元上进行人工测读）和测量控制方式 （应答式和自报式，两种方式均能采集各类传感器数据。对每支传感器均能设置警戒值，测读数据超过警戒值时系统能够进行自动报警）。

②信息管理功能。对系统采集的监测资料及其分析成果，有关安全的设计、施工和运行等资料进行全面科学有序管理，实时展示监测平面布置图、过程曲线、监测数据分布图、监测控制点平面布置图、报警窗口等。

③数据自动存储和备份功能。各测控单元均配备蓄电池，在系统供电中断的情况下，保证现场测控单元至少能连续工作3天，确保系统内存数据与参数不丢失。

④自检功能。系统具有自检能力，能对现场仪器设备设施进行定时检查，并实时显示系统运行状态和故障信息，便于及时维护。

⑤网络安全防护功能。系统配有防火墙等装置，以确保系统网络安全；设置多级用户管理有效保障系统安全。

2.监测项目

安全监测系统工程主要监测项目有：坝体变形监测，包括内部、外部变形，混凝土防渗墙监测，沥青心墙监测；渗流监测；引水洞安全监测；泄洪兼导流洞安全监测；灌溉输水洞安全监测；高边坡安全监测；强震监测；工程安全自动化监测；巡视检查。

主要外观监测项目有：位移监测（GPS）、精密水准基点、大坝迎水面临时水平位移监测。

为保证工程施工安全和运行稳定，在大坝坝体、泄洪兼导流洞、引水主洞、引水1号支洞、引水3号支洞、输水灌溉洞出口钻爆段、厂房后边坡、泄洪兼导流洞边坡及泄洪洞边坡，布置了系统的安全监测设施。各监测项目内容及监测仪器如表1。

3.监测现状

内观监测主要布置在坝纵0+331.00 m、坝纵0+522.00和坝纵0+755.00 m 3个主要断面，另有坝纵0+127.00 m辅助监测断面；泄洪兼导流洞安全监测主要设置有进口K0+120.00 m和出口K0+610.00 m监测断面；引水发电系统安全监测主要设置有引水发电洞的引0+060.00 m监测断面、引0+294.04.00 m监测断面、引0+328.02.00 m监测断面、引支3号洞0+082.00监测断面和引支1号洞0+055.00监测断面；输水灌溉洞设置有K13+300.00 m监测断面；高边坡主要设置有厂房后边坡102-102监测断面、泄洪兼导流洞与厂房后边坡结合部坡面8—8监测断面、泄洪兼导流洞边坡203—203监测断面和泄洪洞边坡303—303监测断面。

外观监测在大坝EL.4 052.00 m马道、EL.4 076.00 m马道和EL.4 100.00 m坝顶布置GPS测点24个和水准标点，在厂房后边坡102—102监测断面、泄洪兼导流洞与厂房后边坡结合部坡面8—8监测断面、泄洪兼导流洞边坡203—203监测断面和泄洪洞边坡202—202监测断面布置GPS测点14个，在左坝头、坝下交通桥（供电所）和生活区后边坡设3个GPS基准点。

目前旁多水利枢纽安全监测已建立集无线有线回传的局域网系统，包含自动化采集系统（BGK—MICRO分布式网络测量系统，即自动数据记录仪或测量单元，BGK—DR）和水工结构强震与振动信号采集分析系统，除测斜项目外，其余所有项目均已实现自动化数据采集、回传。但由于监测项目和仪器众多，采集的数据种类繁多、数据量相当大，监测人员配备少、水平和经验参差不齐，后期的数据处理分析和监测维护工作困难较大。

图 1 旁多水利枢纽工程安全监测自动化系统平面结构

三、利用4S技术开发旁多水利枢纽工程“一张图”系统

旁多水利枢纽当前系统的数据分析管理功能还比较弱，结果表达也倾向于文字形式、简易图表，还局限于二维表达。数据量庞大而繁多，系统和数据分析手段的滞后，给数据分析、管理和调度决策带来诸多不便。在后续的发展中，应加强系统的数据管理与分析功能，分析结果应倾向于三维可视化表达的多媒体方向。GIS具有强大的数据采集、管理、分析功能，同时还能输出多种地理空间信息，拥有超强的空间性和动态性；以其为平台，结合遥感影像资料、空间建模技术和专家信息系统进行二次开发形成的系统，继承GIS超强的区域空间分析、多要素综合分析和动态预测等能力，能产生高层次的地理空间信息和元数据。

表 1 监测项目内容及仪器

1.开发过程

（1）系统菜单开发

利用ArcGIS二次开发工具ArcGIS Engine开发模块将安全监测、运维、水雨情、专家库等主菜单整合至菜单栏，并开发各自下级菜单。添加基本地图操作和鹰眼功能按钮。

（2）空间建模

利用GIS地图工具，建立GDB地理空间数据库，同时把工程基础资料数据 （CAD格式）转换为SHP格式（面）并存于GDB数据库中，然后以此数据结合高程数据生成DEM数据，再以坐标数据为控制点，在DEM数据上层叠加遥感影像数据，枢纽区三维场景底图便绘制成功；再次用相同方法，将监测断面、监测点数据以SHP格式（点、线）录入GDB数据库，并在属性表中添加属性字段坐标、高程和编号。

图 2 旁多水利枢纽工程“一张图”系统架构

（3）数据链接

在GDB数据库中打开监测断面、监测点属性表，利用属性字段坐标、高程和编号将各监测点第一次、逐月、逐年监测数据链接至属性表中。利用ArcCatalog将GDB数据库、GIS服务器与安全监测、运维、水雨情、专家库等连接。至此，旁多水利枢纽“一张图”系统初步成型，再完善各菜单的功能命令语句，系统各项功能就能实现。

2.“一张图”系统

旁多水利枢纽“一张图”系统正在开发中，开发完成后在“一张图”系统上，整个枢纽的三维实时场景作为基础底图，不但能轻松实现安全监测、实时监控和档案管理等枢纽运行管理功能；还能在很大程度上提高监测工作效率、延长仪器设备使用寿命。还能为工程兴利、防洪调度等决策提供科学依据，为工程的长期安全、经济运行提供更加可靠的保证。旁多水利枢纽工程“一张图”基本架构见图2。以实时的三维场景作为底图，能使监测等运管工作更加科学规范，枢纽的运行情况一目了然。

“一张图”系统对库群管理同样适用，只要开放相应的权限和端口，以相同方法把众多的水库系统完善汇总，就能形成库群“一张图”系统。