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大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的改進(jìn)

文檔作者：朱化平文檔來源：遼寧省湯河水庫管理局		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月30日
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2017年第3 期東北水利水電
大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的改進(jìn)
朱化平
［摘要］湯河水庫原自動化監(jiān)測系統(tǒng)已運(yùn)行十幾年，日益老化，故障頻發(fā)，已不能滿足正常工
作需要。為徹底解決該問題，結(jié)合新設(shè)備、新技術(shù)，在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不變的情況下，更新改
造了自動化監(jiān)測系統(tǒng)。全新的大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，運(yùn)行更加穩(wěn)定，監(jiān)測數(shù)據(jù)更加可靠，
數(shù)據(jù)處理及整編分析等功能更加完善，更新改造取得了良好效果。
［關(guān)鍵詞］大壩安全監(jiān)測；自動化；測壓管；整編分析
［中圖分類號］ TV698 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ B
［文章編號］1002－0624（2017）03－0063－02
（遼寧省湯河水庫管理局，遼寧遼陽111000）
1 工程概況
湯河水庫是一座以防洪、城市和工業(yè)供水、農(nóng)
業(yè)灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的國家大
（2）型水利樞紐工程。主要的樞紐建筑物有大壩、
泄洪洞、溢洪道、發(fā)電廠。大壩為粘土斜墻砂殼壩。
為監(jiān)測壩體在水庫蓄水運(yùn)行過程中可能發(fā)生的變
形穩(wěn)定情況，分別在防浪墻布設(shè)8 個標(biāo)點，即C1-
C8； 在壩體下游坡面分別于樁號0+100、0+220、
0+340 壩段布置3 個觀測斷面， 共計9 個標(biāo)點，即
B1-B9，用以監(jiān)測壩體的變形情況。為監(jiān)測壩體在
水庫蓄水運(yùn)行過程中壩體滲流情況， 分別在壩體
下游坡面分別于樁號0+100、0+220、0+340 壩段3
個斷面布置測壓管，共計9 根，即A1-A9；壩址位
置共計3 根，即A16-A18，共計12 根壩體測壓管，
用以反映壩體浸潤線。壩體東西兩端分別布置4
根，即R1-R4、R5-R8，共計8 根繞壩測壓管，用
以反映壩體繞壩滲流情況。
2003 年， 湯河水庫安裝了大壩安全監(jiān)測自動
化系統(tǒng)， 實現(xiàn)了壩體浸潤線及繞壩滲流的自動化
觀測，通過十幾年的運(yùn)行，大壩安全監(jiān)測自動化系
統(tǒng)日益老化，故障頻發(fā)，已不能滿足工作需要。因
此，2014 年湯河水庫重新更換壩體自動化監(jiān)測系
統(tǒng)，硬件系統(tǒng)重新布設(shè)，軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及資
料的整編與分析功能更加完善， 保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)
的實時傳輸、實時分析，并增加了溢洪道閘門底板
揚(yáng)壓力觀測的自動化功能。同時在圖形報表及整
編分析模塊中增加了壩體變形觀測數(shù)據(jù)的處理與
分析功能，可通過人工錄入壩體變形觀測數(shù)據(jù)，實
現(xiàn)變形觀測數(shù)據(jù)的自動化整編分析， 規(guī)范了數(shù)據(jù)
整理，提高了工作效率，也為壩體的安全運(yùn)行提供
了保障。
2 自動化硬件系統(tǒng)的組成與改進(jìn)
2.1 硬件系統(tǒng)的組成
大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系
統(tǒng)和通訊系統(tǒng)組成。
1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。湯河水庫大壩安全監(jiān)測自
動化系統(tǒng)通過自動化采集的數(shù)據(jù)主要有壩體及繞
壩測壓管水位數(shù)據(jù)、溢洪道閘門底板揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)。
各監(jiān)測數(shù)據(jù)主要通過布設(shè)的傳感器測得。
2）通訊系統(tǒng)。各測壓管中傳感器所采集的數(shù)
據(jù)首先通過光纜傳送至MCU， MCU 將接收到的
數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 再通過光纜傳送至壩下服務(wù)器的
軟件系統(tǒng)中。
2.2 硬件系統(tǒng)的改進(jìn)
傳感器是整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端， 也是保
證監(jiān)測數(shù)據(jù)真實可靠的重要環(huán)節(jié)。因此選擇一款
經(jīng)過長期實踐具有長期可靠性的傳感器至關(guān)重
要，此次更新改造，將原有測壓管中水位傳感器全
水利信息化
萬方數(shù)據(jù) ·63 ·
東北水利水電2017年第3期
（下轉(zhuǎn)第67 頁）
部更換， 保證所測數(shù)據(jù)真實可靠。同時更新改造
MCU 以及重新布設(shè)光纜，保證數(shù)據(jù)的正確處理和
實時傳輸。
3 自動化軟件系統(tǒng)的組成與改進(jìn)
3.1 軟件系統(tǒng)組成
水庫大壩安全監(jiān)測自動化軟件系統(tǒng)主要由7
個模塊組成。分別為監(jiān)測資料管理系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)
處理、圖形報表、分析模型、系統(tǒng)管理、自動化數(shù)據(jù)
導(dǎo)入模塊和實時分析及數(shù)據(jù)備份模塊。
1）監(jiān)測資料管理系統(tǒng)。監(jiān)測資料管理系統(tǒng)包
括儀器管理、儀器類型管理、監(jiān)測項目管理、測點
管理、工程檔案管理。通過錄入監(jiān)測項目的概況、
各測點概況、觀測儀器類型以及工程檔案等資料，
使得監(jiān)測項目管理更加嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范。
2）監(jiān)測數(shù)據(jù)處理。監(jiān)測數(shù)據(jù)處理主要包括監(jiān)
測數(shù)據(jù)人工錄入、監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警及整編、監(jiān)測量特
征值統(tǒng)計、日程巡查錄入/查詢4 個模塊，其中監(jiān)
測數(shù)據(jù)人工錄入為系統(tǒng)初始界面， 主要用于輸入
人工觀測數(shù)據(jù)以及修改異常數(shù)據(jù)， 監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警
及整編主要用于刪除超過設(shè)定值的異常數(shù)據(jù)，監(jiān)
測量特征值統(tǒng)計用于統(tǒng)計監(jiān)測量特征值， 日程巡
查錄入/查詢用于日常巡查錄入及查詢。
湯河水庫測壓管水位觀測， 在自動化系統(tǒng)運(yùn)
行正常的情況下，每月人工觀測1 次，用以及時校
核自動化觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題及時修正。通過監(jiān)測
數(shù)據(jù)人工錄入功能， 可以及時錄入因斷電以及其
他不可抗因素導(dǎo)致的自動化漏測、錯測數(shù)據(jù)，保證
監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整、可靠。
湯河水庫大壩變形觀測包括壩體水平位移觀
測和壩體垂直位移觀測，每年進(jìn)行2 次，汛前汛后
各進(jìn)行1 次。變形觀測尚未實現(xiàn)全自動化，目前僅
實現(xiàn)了觀測儀器自動化，需人工進(jìn)行觀測后，通過
監(jiān)測數(shù)據(jù)人工錄入功能，將壩體水平、垂直位移觀
測數(shù)據(jù)錄入至軟件系統(tǒng)， 之后應(yīng)用系統(tǒng)的整編分
析功能進(jìn)行壩體運(yùn)行分析。
3）圖形報表。圖形報表主要包括單點過程線
繪制、多點過程線繪制、監(jiān)測儀器安裝埋設(shè)考證
表、監(jiān)測成果統(tǒng)計表、相關(guān)監(jiān)測量分析圖五大模
塊，初始界面為單點過程線繪制。
通過圖形報表功能， 可以實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)成果
表以及過程線的自動繪制生成。相比人工作表，既
提高了工作效率，減少了人為誤差，又使得表格更
加規(guī)范。
4）分析模型。分析模型主要包括壩體監(jiān)測斷
面滲流壓力分布圖、測壓管水位位勢圖、水平位移
分布圖、垂直位移分布圖、滲流分析、滲流評判及
預(yù)報、變形分析、變形評判及預(yù)報、大壩安全綜合
分析。
分析模型將各項監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的整理、
分析，最終總結(jié)出大壩安全的綜合分析，該模塊是
整套軟件系統(tǒng)的核心模塊， 也是新系統(tǒng)相比原系
統(tǒng)最大的改進(jìn)。
5）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理包括用戶管理、角色管
理、登陸日志、操作日志、系統(tǒng)菜單管理5 大模塊。
通過用戶管理可以設(shè)定人員登陸權(quán)限， 通常
非管理人員的權(quán)限為僅可通過系統(tǒng)查看監(jiān)測數(shù)
據(jù)，查看壩體運(yùn)行的實時狀態(tài)，無法更改數(shù)據(jù)，最
大限度保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全。同時通過登陸日志
及操作日志， 可查看歷史登陸記錄和歷史操作記
錄，及時發(fā)現(xiàn)是否出現(xiàn)誤操作。
6）自動化數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊和實時分析及數(shù)據(jù)備
份模塊。通過自動化數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊和數(shù)據(jù)備份模
塊，可定期將系統(tǒng)中監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，防止數(shù)據(jù)
意外丟失。
3.2 軟件系統(tǒng)的完善與改進(jìn)
與原系統(tǒng)相比， 現(xiàn)有系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理及資料
整編分析方面更加完善， 主要體現(xiàn)在監(jiān)測數(shù)據(jù)處
理、圖形報表和分析模型3 個模塊。
大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行， 首先是通過水位
傳感器測得各測壓管水位數(shù)據(jù)， 再通過通訊系統(tǒng)
傳送到壩下服務(wù)器，之后可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、整編分
析以及存檔等操作。新系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模塊增
加了監(jiān)測數(shù)據(jù)人工錄入和整編功能， 系統(tǒng)設(shè)置水
位傳感器每間隔1 h 觀測1 次測壓管水位數(shù)據(jù)，
并上傳至服務(wù)器。湯河水庫在系統(tǒng)運(yùn)行正常期間，
每月校測1 次測壓管水位， 之后與自動化系統(tǒng)數(shù)
據(jù)對比校核，發(fā)現(xiàn)異常重新人工校測，通過監(jiān)測數(shù)
據(jù)處理模塊輸入人工觀測數(shù)據(jù)，并修改異常數(shù)據(jù)。
圖形報表和分析模型2 大模塊主要應(yīng)用于大
壩安全監(jiān)測資料的整編與分析。湯河水庫每年年
初對上一年的大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的整編
水利信息化
· 64 ·萬方數(shù)據(jù)
2017年第3 期東北水利水電
分析，其中包括測壓管水位數(shù)據(jù)、壩體變形觀測數(shù)
據(jù)以及揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)的整編與分析。新系統(tǒng)中，圖形
報表和分析模型2 大模塊完善了測壓管水位數(shù)據(jù)
的圖形報表處理和整編分析功能， 同時增加了溢
洪道底板揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)的處理及分析， 以及壩體變
形觀測數(shù)據(jù)的圖形報表及整編分析。溢洪道底板
揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)可通過自動化系統(tǒng)直接上傳至服務(wù)器
數(shù)據(jù)庫，直接進(jìn)行圖形報表與數(shù)據(jù)處理分析。壩體
變形觀測數(shù)據(jù)尚未實行全自動化， 需人工進(jìn)行觀
測， 再通過系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)人工錄入功能錄入至
服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，再形成報表，進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的整
編與分析。
通過該系統(tǒng)， 可完全實現(xiàn)大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)資料
整編的自動化，根據(jù)大壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)范，
測壓管水位成果表、測壓管水位與庫水位相關(guān)過
程線、測壓管水位位勢成果表、測壓管水位位勢過
程線、壩體水平位移成果表、壩體垂直位移成果
表、湯河水庫逐日水位表、湯河水庫逐日降水量表
均可通過該系統(tǒng)自動化生成， 之后形成大壩安全
監(jiān)測資料的整編與分析材料。
4 結(jié)語
大壩安全監(jiān)測自動化是大壩現(xiàn)代化安全管理
的重要手段， 大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)
壩體監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性、連續(xù)性，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的
實時傳送， 確保及時發(fā)現(xiàn)壩體運(yùn)行當(dāng)中的異常情
況， 在湯河水庫壩體安全管理中發(fā)揮了至關(guān)重要
的作用。更新改進(jìn)后的自動化監(jiān)測系統(tǒng)， 運(yùn)行穩(wěn)
定、良好， 數(shù)據(jù)處理及分析功能都有了較大的提
高，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)真實、可靠，實時反映壩體及水
工建筑物的運(yùn)行狀態(tài)， 為壩體的穩(wěn)定運(yùn)行和科學(xué)
管理提供了有力依據(jù)。
［參考文獻(xiàn)］
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（上接第64 頁）
[收稿日期] 2016-11-11
[收稿日期] 2016-10-25
性和易操作性。
3.1.4 洪水預(yù)報軟件
洪水預(yù)報軟件在原洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)上進(jìn)行
升級改造，由數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、洪水
預(yù)報模塊、成果分析模塊、成果輸出模塊等組成。
洪水預(yù)報軟件基于實時水情數(shù)據(jù)庫，采用模塊化、
開放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有交互性強(qiáng)、功能全面、操作
方便的優(yōu)點。
3.1.5 水情動態(tài)顯示軟件
水情動態(tài)軟件可以實現(xiàn)流域水情動態(tài)監(jiān)測，
雨量、水位、流量動態(tài)顯示，用戶可以通過瀏覽器
在網(wǎng)上實時了解掌握水情信息。對水情動態(tài)網(wǎng)頁
進(jìn)行改造升級，可使用戶體驗更佳。
4 結(jié)語
在察爾森水庫除險加固工程中， 利用先進(jìn)的
技術(shù)和設(shè)備對水庫水情自動測報系統(tǒng)進(jìn)行全面升
級改造， 有助于為察爾森水庫的防洪調(diào)度提供更
加及時可靠的數(shù)據(jù)，提高水庫在防洪、興利方面的
綜合實力。
［參考文獻(xiàn)］
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國西部科技，2007（11）：112-113.
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