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精品土石壩自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

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水電能源科學(xué)
Water Resources and Power

文章編號：1000-7709(2010)04-0127-03
土石壩自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
(遼寧科技大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧鞍山114051)
i
摘要：論述了影響土石壩安全的因素，分析了研究土石壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的意義，確定了系統(tǒng)選型、硬件竄諒和 軟件開發(fā)原則，開發(fā)了基于Iriternet-Intnmct的土石壩自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)。實例證明了該系統(tǒng)應(yīng)用效果穩(wěn) 定、可靠、實用性強(qiáng).可供借鑒。
關(guān)鍵詞：土石壩；自動化；安全監(jiān)測；監(jiān)測系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)
中圖分類號：TV641； TV69&amp;amp;1	文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

水庫大壩是水利工程中主要的擋水建筑物， 是水庫的重要樞紐。建國以來，我國興建15 m 以上的大壩有1?8萬座，其中大多為土石壩。由 于當(dāng)時設(shè)計水平低、施工質(zhì)量差加之運行年齡已 達(dá)30?50紙許多大壩均存在不同程度的安全隱 患，有的已成為病險庫，甚至發(fā)生垮壩事故，給下 游人民生命財產(chǎn)造成了巨大損失，給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā) 展與社會穩(wěn)定帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響。故七石壩 自動化安全監(jiān)測尤顯重耍，是確保大壩安全的重 要措施。為提高水庫管理水平、確保水庫社會經(jīng) 濟(jì)效益的實現(xiàn)，本文開發(fā)了 Internet 土石壩自動 化安全監(jiān)測系統(tǒng)，將土石壩自動化安全監(jiān)測及預(yù) 警系統(tǒng)集規(guī)范性、專業(yè)性、通用性于體，實現(xiàn)了 土石壩安全的實時在線監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警工0
1 土石壩自動化安全監(jiān)測的復(fù)雜性
(1)	監(jiān)測范圍。大壩安全監(jiān)測范圍包括壩體、 壩基、壩肩及對大壩安全有重大影響的近壩區(qū)岸 坡利其他與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物和設(shè) 備。因此，大壩安全監(jiān)測時間應(yīng)從設(shè)計時開始直 至運行管理，監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包括壩體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)狀 況,輔助機(jī)電設(shè)備及泄洪消能建筑物。大壩安全 監(jiān)測有校核設(shè)計、改進(jìn)施工和評價大壩安全狀況 等作用，且重在評價大壩安全。曲于影響大壩安全 因素很多(壩址選擇、樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)、庫水位、 材料特性、水庫調(diào)度、滲流量、壩體浸潤線等)，且時 間跨度大(從設(shè)計施工到管理)等，使土石壩的安 全監(jiān)測化混凝土壩、尾礦壩、貯灰壩等更復(fù)雜⑷。
(2)	大壩安金評價。在監(jiān)測系統(tǒng)的客戶端，根 據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)對土石壩的安全性作出評價較復(fù) 雜，主耍原因如下：①土石壩結(jié)構(gòu)、材料及邊界條 件的物理力學(xué)破壞，滲流場與應(yīng)力場、溫度場及邊 界條件的耦合問題；②對土石壩的破壞形式與破 壞機(jī)理研究還不深入，材料的蠕變與突變特性尚 有待進(jìn)一步研究;③土石壩觀測資料不僅與壩型、 結(jié)構(gòu)、材料和荷載有關(guān)，還與施工進(jìn)度和方法、運 行管理等因素有關(guān)。在監(jiān)測系統(tǒng)的安全評價模塊 中需綜合考慮以上因索⑶。
2自動化安全監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)
2.1在線監(jiān)測意義
具有信息化、實時化、網(wǎng)絡(luò)化特點的自動化監(jiān) 測系統(tǒng)的岀現(xiàn)，完全可實時在線監(jiān)測影響土石壩 安全的因素，可及時直觀的掌握壩體實際動態(tài)進(jìn) 行安全評價、預(yù)警預(yù)報，為加固工程設(shè)計、管理、消 除隱患提供依據(jù)，為土石壩的安全監(jiān)測與管理決 策提供有力支持。土石壩在線監(jiān)測技術(shù)是利用現(xiàn) 代電子、信息、通信及計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采 集、傳輸、管理、分析，可根據(jù)土石壩的級別、筑壩 方式、地形和地質(zhì)條件等因素，設(shè)置必要的監(jiān)測項 目及相應(yīng)設(shè)施。在線監(jiān)測系統(tǒng)能實現(xiàn)全時段實時 監(jiān)測，自動采集管理監(jiān)測數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)同步傳 輸、數(shù)據(jù)共享、專家分析和在線指導(dǎo)等功能⑷。
2.2在線監(jiān)測內(nèi)容及實現(xiàn)
土石壩自動化在線監(jiān)測主要包括壩體內(nèi)部位移、 壩體浸潤線、壩體表面位移監(jiān)測⑸。土石壩變形監(jiān)

收稿日期：2009-11-01,修回日期：2009-12-14
基金項目：遼寧省教育廳博士科研啟動基金資助項目(2008-09-7-3 (01))
作者簡介:胡軍(1977-),男，副教授，研究方向為巖土工程，E-mail:hujun99@sohu. com

3監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

3.1設(shè)計原則
基于Internet-Intranet的土石壩安全監(jiān)測系 統(tǒng)應(yīng)對壩體安全狀況做出客觀數(shù)據(jù)監(jiān)測、安全評 價和預(yù)測預(yù)報，并提供有參考價值的決策依據(jù)。 基于該目標(biāo),監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計原則必須達(dá)到如下要 求：①精確性、可靠性、穩(wěn)定性和耐久性。②先進(jìn) 性和實用性。③友好的人機(jī)交互界而⑺。
3.2監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
土石壩安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計圖如圖2 所示。GPS自20世紀(jì)80年代中期轉(zhuǎn)入民用后, 已廣泛在導(dǎo)航、定位等領(lǐng)域應(yīng)用，尤其在控制測量 中起了劃時代的作用。正因為在靜態(tài)相對定位中 的高精度、髙效益、全天候、不需通視等優(yōu)點，采用 其代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、 實踐中取得了可喜的成果。在精密工程變形監(jiān)測 中也逐步得到廣泛的應(yīng)用。隨著GPS技術(shù)的不 斷成熟,GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)已在大壩、建筑、地 震、橋梁等行業(yè)中應(yīng)用并取得很好的效果。
服務(wù)器
微處理器
（Ml.：）
容戶確	I庫區(qū)水位計j
圖2 土石壩安全監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計圖
Fig.2 Structure diagram of earth and rockfill
dam monitoring system
3.3監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計
自動化安全監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的軟件由土石壩
土石壩安全分析評價系統(tǒng)|
圖3客戶端軟件結(jié)構(gòu)示意圖
Fig.3 Software structure of client
4實例
4.1 工程概況
糯扎渡土石壩位于云南省思茅市（左岸）和瀾 滄縣（右岸）交界河段，水庫設(shè)計洪水位813. 8 m, 壩頂高程為81&amp;amp; 0 m,心墻頂部高程為817. 0 m?
型鋼筋混凝土防浪墻底部與心墻相連，并嵌 入心墻0.3 m；防浪墻高度2. 5 m,壩頂寬度18 m,心墻軸線上游7 m,下游11 m；心墻基礎(chǔ)最低 建基而高程為560. 00 m,最大壩高258. 00 m,壩 頂長590 m；上、下游壩坡坡比均為1 ：1?8。該土 石壩為I等大（1）型工程，為確保壩體安全需安裝 自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)。
4.2監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)總體上可分為如下功能 模塊:①數(shù)據(jù)采集。采用美國基康公司的滲壓計 來測量土石壩上各級測點的水位壓力，再在服務(wù) 器端通過串口同數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行通訊，由數(shù)據(jù)采 集儀上讀取各個傳感器上的數(shù)據(jù)。②數(shù)據(jù)通訊。 采用VC+十開發(fā)了服務(wù)器端程序和客戶端程 序，采用MFC的CSockel類實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，通過 定義各種命令功能結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)服務(wù)器和客戶端的 信息交互。服務(wù)器端的程序流程如圖4所示。

圖4服務(wù)器端的程序流程圖
Fig.4 Software flowchart of server
4.3可視化界面
自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了界面的可視化， 用戶可在實時監(jiān)測的過程中查看監(jiān)測信息，且主 要操作均在圖形化的操作中完成。主界面設(shè)計原 則是簡潔、方便、實用，最大程度有利于用戶的學(xué) 習(xí)、操作。軟件采用Microsoft Visual Studio集 成環(huán)境(IDE)的界面風(fēng)格?使用快捷菜單、工具 條、狀態(tài)欄等與用戶間交流，見圖5。以壩體平面

圖5 土石壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的主界面圖
Fig.5 Main interface of earth and rockfill dam
security monitoring system 圖、模擬數(shù)據(jù)圖、在線視頻等多種方式，全方位反 映了土石壩運行情況，確保了監(jiān)測信息的全面、及 時、準(zhǔn)確。系統(tǒng)的安全評價模塊根據(jù)監(jiān)測的土石 壩各項指標(biāo)集中分析、解讀各監(jiān)測數(shù)據(jù)做出單項或 多項預(yù)警，以確保壩體的安全運行。
5結(jié)語
a.建立了安全監(jiān)控、分析評價、預(yù)警、指揮管理 系統(tǒng)，便于實時掌握壩體的運行狀況和安全現(xiàn)狀, 提高了土石壩的安全性，對保障庫區(qū)周圍及下游人 民群眾的生命財產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境安全具有重要意義。
b?論述了影響土石壩安全的因素，確定了安 全監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容，闡述了系統(tǒng)選型、硬件選 擇和軟件開發(fā)的原則，開發(fā)了基于Internet-Intranet 的土石壩自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)。
c?實例證明了該系統(tǒng)應(yīng)用效果穩(wěn)定、可靠、實 用性強(qiáng)，為土石壩自動化安全監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)的 研究利開發(fā)積累了寶貴經(jīng)驗，可供類似系統(tǒng)借鑒。 參考文獻(xiàn)：
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(3)	:27-32. 
Design and Implementation of Earth-rockfill Dam Safety Monitoring System
HU Jun
(School of Resources and Civil Engineering, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051, China)
Abstract: This paper discusses the factors affecting the safety of earth-rockfill dam and introduces the research signif¬icance of safety moniroring system, The principles of system selection» hardware selection and software development are determined. Based on Internet and Intranet techniques, an automatic safety monitoring system of earth-rockfill dam is de¬signed and developed. Example shows that the effect of developed system is stable, reliable and practical. It provides ref¬erence for similar engineering projects.
Key words: earth-rockfill dam； automation； safety monitoring； monitoring system； design? implementation

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