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白楊河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)改造及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：張勤勞趙謐楊鵬文檔來(lái)源： 1．西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院新疆石油管理局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月15日
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文章編號(hào)：1671-4768(2007)04—0016-04
白楊河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)改造及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
張勤勞 ，趙
(1．西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，西安710043；2．
謐。，楊 鵬
新疆石油管理局，新疆克拉瑪依834000)
摘 要：白楊河水庫(kù)是2O世紀(jì)7O年代修建的，期間大壩安全監(jiān)測(cè)只設(shè)簡(jiǎn)單的變形監(jiān)測(cè)，滲流
揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)，由于長(zhǎng)期運(yùn)行條件所限，造成監(jiān)測(cè)設(shè)施損壞，未能進(jìn)行觀測(cè)，本次按照水庫(kù)運(yùn)行需
要并結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范和監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)置必要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，并建立自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和
遠(yuǎn)程控制。
關(guān)鍵詞：大壩安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；白楊河；水庫(kù)
中圖分類(lèi)號(hào)：TV698 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
1 工程概況
(1)白楊河水庫(kù)位于克拉瑪依市東北、白楊河
中游的哈拉阿拉特山口，距克拉瑪依市100 km。
水庫(kù)最大淹沒(méi)面積5．77 km。，屬年度調(diào)節(jié)水
庫(kù)，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期5O年，設(shè)計(jì)洪水流量為212
m。／s，校核洪水流量為305 m。／s(500年一遇)。
工程于1970年元月動(dòng)工，1972年4月開(kāi)始
蓄水，1974年放水。黃羊泉引洪干渠放水閘為
1992年建成。
主要建筑物由混凝土攔河主壩、南北副壩及
兩側(cè)土壩、雙孔泄洪閘、水庫(kù)放水隧洞及黃羊泉引
洪干渠放水閘組成。
混凝土攔河主壩為非溢流式重力壩，壩長(zhǎng)
120．5 m(共l1個(gè)壩段)，壩頂高程434．5 m，最大
壩高29．5 m，頂寬3 m，最大底寬28 m。大壩設(shè)
有一條基礎(chǔ)灌漿排水廊道，廊道底板高程4l1．7
1TI，總長(zhǎng)36．2 m(4壩段至7壩段)，寬2．5 m，并
在5壩段設(shè)有一條縱向排水廊道。
南北副壩為混合壩，長(zhǎng)231．5 m，最大壩高
6 m，頂寬5 m?；旌蠅蝺蓚?cè)為粘土心墻砂礫壩，
是南北副壩的延伸，總長(zhǎng)1 347．98 m，高約6 m，
頂寬3"--5 m，內(nèi)有1～1．5 m寬的粘土心墻。
水庫(kù)放水隧洞斷面尺寸為1．5 m×1．5 m，設(shè)
計(jì)過(guò)水流量為6 m。／s，最大放水流量11 m。／s。
溢洪口泄洪閘為兩孔，單孔寬6 m，底板高程
428．2 m。設(shè)計(jì)洪水位時(shí)最大泄洪能力為195
m。／s，校核洪水位時(shí)為214．5 m。／s。
黃羊泉引洪干渠放水閘底板高程428．2 m，
最大設(shè)計(jì)引水量50 m。／s。
(2)原有監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)及其現(xiàn)狀
根據(jù)新疆石油管理局供水公司目前提供的資
料，大壩原設(shè)有12個(gè)垂直位移測(cè)點(diǎn)，5個(gè)水平位
移測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)工作基點(diǎn)及6個(gè)揚(yáng)壓力觀測(cè)孔。
目前各項(xiàng)監(jiān)測(cè)設(shè)施均已損壞。
2 設(shè)計(jì)依據(jù)
由于目前所掌握的基礎(chǔ)資料有限，本次工程
監(jiān)測(cè)項(xiàng)目改造及設(shè)計(jì)主要是依據(jù)業(yè)主所提要求和
現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范。
遵循的國(guó)家及行業(yè)規(guī)范(不限于)：
(1)中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令77號(hào)《水庫(kù)大
收稿日期：2007—03—05
作者簡(jiǎn)介：張勤勞(1962一)，男，西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院高級(jí)工程師，西北勘測(cè)設(shè)計(jì)院工程科研實(shí)驗(yàn)分院副院長(zhǎng)，長(zhǎng)期
從事水利水電工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、研究工作。
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第4期 張勤勞，等 白楊河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)改造及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17
壩安全管理?xiàng)l例》；
(2)DL／T 5178-2003《混凝土壩監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)
范》；
(3)SL 60—94《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》；
(4)DL／T 52l1—2005《大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化
技術(shù)規(guī)范》；
(5)GBJ138-1993~水位監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》
(6)GB50026-93《工程測(cè)量規(guī)范》；
(7)GB／T 17942—20006國(guó)家單角測(cè)量規(guī)范》；
(8)SL219—1998《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》；
(9)DL／T5125—2001~水電水利巖土工程施工
及巖體測(cè)試造孔規(guī)程》。
3 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)
本著以工程安全為重點(diǎn)、滿(mǎn)足運(yùn)行管理方便
的原則設(shè)計(jì)以下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：
(1)大壩安全監(jiān)測(cè)
a．變形監(jiān)測(cè)：主要包括壩頂水平位移、大壩
及基礎(chǔ)撓度變形以及壩體接縫變形；
b．滲流監(jiān)測(cè)：主要包括壩基揚(yáng)壓力及滲漏
量。
(2)各測(cè)流點(diǎn)水位監(jiān)測(cè)
(3)閘門(mén)開(kāi)度監(jiān)測(cè)
(4)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
3．1 大壩安全監(jiān)測(cè)
由于白楊河水庫(kù)大壩主壩為混凝土壩，壩高
29．5 m，而南北副壩為混合壩，壩高僅為6 m，因
此本次大壩安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)為混凝土攔河主壩。
3．1．1 變形監(jiān)測(cè)
(1)測(cè)量控制網(wǎng)
在大壩下游山體上設(shè)置三個(gè)基點(diǎn)(TP1、
TP2、TP3)和壩兩端基點(diǎn)(TP北、TP南)共同組
成監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，來(lái)監(jiān)測(cè)庫(kù)區(qū)的變形。同時(shí)TP2用
作壩體水平位移測(cè)量的基點(diǎn)。
(2)壩頂水平位移
白楊河水庫(kù)大壩工程已運(yùn)行30多年，大壩主
要沉降早已完成，大壩表部變形主要考慮壩頂水
平位移和垂直位移。
在混凝土攔河主壩壩頂布置水平(垂直)位移
測(cè)墩，每壩段布置1測(cè)墩，水平位移利用徠卡
TCA2O03機(jī)器人全站儀，全天候觀測(cè)。垂直位移
采用電子水準(zhǔn)儀，人工測(cè)量。精度滿(mǎn)足一等測(cè)量
規(guī)范要求。
(3)撓度變形
在混凝土攔河主壩最高壩段(5壩段)布置1
組垂線(xiàn)，進(jìn)行壩體及基礎(chǔ)撓度變形監(jiān)測(cè)。垂線(xiàn)由
1條正垂線(xiàn)和1條倒垂線(xiàn)組成，銜接于411．7 m
層基礎(chǔ)灌漿廊道。正垂掛點(diǎn)位于壩頂，倒垂錨固
點(diǎn)深入基巖15 m。
垂線(xiàn)坐標(biāo)儀采用CCD光電式垂線(xiàn)坐標(biāo)儀，測(cè)
量范圍橫河向滿(mǎn)足0～20 mm，順河向滿(mǎn)足O～
35 mm，分辨力≤0．1 mm，工作溫度滿(mǎn)足一2O～
45℃ 。
(4)壩體接縫變形
利用壩體接縫處測(cè)縫計(jì)，進(jìn)行壩段間相對(duì)變
形監(jiān)測(cè)。測(cè)縫計(jì)布置在混凝土攔河主壩4、5、6、7
壩段間橫縫縫面處。共布置6組單向測(cè)縫計(jì)，其
中3組位于411．7 m 層基礎(chǔ)灌漿排水廊道，3組
位于壩頂。
測(cè)縫計(jì)測(cè)量范圍為0～ 12 mm，分辨力≤
0．1％F·S，工作溫度滿(mǎn)足一25～45℃ 。
3．1．2 滲流監(jiān)測(cè)
(1)壩基揚(yáng)壓力
在混凝土攔河主壩上重新布置揚(yáng)壓力觀測(cè)
孔，其中在基礎(chǔ)灌漿排水廊道中4、5、6、7壩段各
布置1個(gè)揚(yáng)壓力孔，縱向排水廊道(順河向)中布
置兩個(gè)揚(yáng)壓力孔，揚(yáng)壓力孔孔深入基巖lm。
揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)采用壓力表或水尺進(jìn)行人工監(jiān)
測(cè)，同時(shí)在孔內(nèi)安裝壓阻式水位計(jì)，測(cè)量范圍O～
0．20 MPa，分辨力小于≤0．1％F·S，工作溫度
滿(mǎn)足一20~45℃ 。
(2)滲漏量
在縱向排水廊道未端，將兩條排水溝貫通，設(shè)
置1個(gè)量水堰進(jìn)行混凝土攔河主壩中間壩段的滲
漏水監(jiān)測(cè)，此外對(duì)廊道以外的排水管選擇排水量
較大的出口進(jìn)行滲漏量監(jiān)測(cè)。
量水堰儀測(cè)量范圍0～300 mm，分辨力小于
≤0．1 F·S。
3．2 各測(cè)流點(diǎn)水位監(jiān)測(cè)
在白克明渠測(cè)流點(diǎn)、鳥(niǎo)放水渠測(cè)流點(diǎn)、引洪干
渠測(cè)流點(diǎn)、壩上游庫(kù)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)各設(shè)置1套水位
測(cè)量?jī)x(選用壓阻式液位儀)，以監(jiān)測(cè)各部位的水
位，并根據(jù)水位流量曲線(xiàn)推算各放水點(diǎn)的流量。
水位測(cè)量?jī)x的測(cè)量變幅為20 m，測(cè)量誤差≤
土1 cm，工作溫度滿(mǎn)足溫度一25～45℃ 。
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18 西北水力發(fā)電 第23卷
3．3 閘門(mén)開(kāi)度監(jiān)測(cè)
在雙孔泄洪閘的工作閘門(mén)處，各布置1支閘
門(mén)開(kāi)度儀，用以監(jiān)測(cè)開(kāi)度，并計(jì)算泄流量。
閘門(mén)開(kāi)度儀測(cè)量啟閉范圍應(yīng)滿(mǎn)足：0．00 m～
30．00 m．測(cè)量誤差≤ ± 1 cm，工作溫度一25～
45℃ 。傳輸信號(hào)形式4～20 mA。
4 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)
安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)本著運(yùn)行管理方便，并
能及時(shí)掌握建筑物各監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)信息的原則，將
各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息全部集中引至水庫(kù)管理站
內(nèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、資料處理分析自動(dòng)化、
安全管理自動(dòng)化，并預(yù)置遠(yuǎn)距離傳輸接口。
4．1 自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成
白楊河水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)由四部分組
成：即大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)、各測(cè)流點(diǎn)水位監(jiān)
測(cè)系統(tǒng)、閘門(mén)開(kāi)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
大壩安全監(jiān)測(cè)中納入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目：壩
體垂線(xiàn)、壩基揚(yáng)壓力、滲漏量以及單向測(cè)縫計(jì)組，
壩頂平面變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定期收集并匯入自動(dòng)化監(jiān)
測(cè)系統(tǒng)中。
4．2 大壩自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
白楊河水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用分布式
系統(tǒng)?；静杉到y(tǒng)內(nèi)部采用RS一485信號(hào)傳
輸。
(1)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)要求及功能
本系統(tǒng)除采用分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，還應(yīng)滿(mǎn)足下
列要求及功能：
① 滿(mǎn)足(DL／T5178—2003)《混凝土壩安全
監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、SL 60—94《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)
規(guī)范》、DL／T 5211—2005((大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化
技術(shù)規(guī)范》和DL／T 5209—2005(混凝土壩安全監(jiān)
測(cè)資料整編規(guī)程》的相關(guān)要求。
② 具有遠(yuǎn)程通訊功能；
③ 完成日常觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，實(shí)現(xiàn)無(wú)人
值守；
④ 系統(tǒng)自檢及硬件故障報(bào)警，系統(tǒng)平均無(wú)故
障時(shí)間(MTBF)大于6300h；
⑤ 系統(tǒng)具備防雷、防潮、防銹蝕、抗震、抗電
磁干擾等性能，防雷電感應(yīng)：500W---1500W；瞬態(tài)
電位差：小于1000V；
⑥ 系統(tǒng)工作環(huán)境：一40℃ ～+60℃ ；
⑦ 系統(tǒng)運(yùn)行方式：支持24h不間斷運(yùn)行，根
據(jù)需要可調(diào)；
⑧ 保修期內(nèi)儀器、設(shè)備完好率100 ；
⑨ 系統(tǒng)軟件具有如下功能：
所有軟件均在Windows平臺(tái)下運(yùn)行；
數(shù)據(jù)采集功能，完成日常觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采
集，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，亦可按用戶(hù)給定的周期、項(xiàng)目
進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)測(cè)值異常自動(dòng)重測(cè)，仍為異常
時(shí)則給出提示，
自動(dòng)報(bào)警功能，對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位的測(cè)值與監(jiān)
控指標(biāo)比較，判斷大壩的工作狀態(tài)，實(shí)施分級(jí)報(bào)
警。
具有全面、完善的數(shù)據(jù)管理功能，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)
(自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、人工觀測(cè)數(shù)據(jù))與工程有關(guān)的檔
案資料進(jìn)行全面管理、儲(chǔ)存、檢索、制表、繪圖、輸
出打印。
對(duì)長(zhǎng)期觀測(cè)資料進(jìn)行計(jì)算分析，建立安全監(jiān)
控?cái)?shù)學(xué)模型，對(duì)大壩安全狀況進(jìn)行評(píng)估，指導(dǎo)安全
運(yùn)行；并符合規(guī)范DL／T5178—2003，SL 60—94，
DL／T 5209—2005要求的監(jiān)測(cè)資料分析處理的軟
件。
數(shù)據(jù)通訊功能，適應(yīng)今后流域網(wǎng)局的管理及
廠MIS系統(tǒng)的要求。
(2)MCU測(cè)量單元
MCU(測(cè)量控制單元)具有自動(dòng)集測(cè)、信號(hào)處
理、控制和通訊功能。主要功能和技術(shù)指標(biāo)：
① 能夠大壩安全監(jiān)測(cè)聯(lián)接、集測(cè)納入大壩安
全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的所有傳感器；
② 具有掉電自保護(hù)功能，具有對(duì)處理器、存
儲(chǔ)器、電源、測(cè)量電路、時(shí)鐘、接口、傳感器線(xiàn)路進(jìn)
行自診斷功能；
③ 能夠采用220V 交流供電，能在220士
20 V電壓范圍正常運(yùn)行；
④ 配備的電源容量必須保證MCU 正常工
作3 d；
⑤ 具有實(shí)時(shí)觀測(cè)功能；
⑥ 具有存儲(chǔ)、輸出等功能，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量：不
低于60測(cè)次；
⑦ 配備數(shù)據(jù)采集軟件，要求MCU單機(jī)能正
常觀測(cè)；
③ 設(shè)有RS485通訊接口，必須公開(kāi)通信協(xié)
議；
⑨ 具有較強(qiáng)的抗雷擊和抗干擾功能，防雷電
感應(yīng)：500 W～1 500 W ；
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第4期 張勤勞，等 白楊河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)改造及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19
⑩ 適應(yīng)工作環(huán)境：溫度一25~C～60~C；濕度
小于99 ；
⑩ 平均維修時(shí)間(MTTR)：不大于2h；
⑩ 采樣時(shí)間：≤3 s／點(diǎn)；
⑩ 定時(shí)采集間隔：1 min 每月測(cè)量一次，可
任意設(shè)置；
@ 具有人工測(cè)量接口，以方便人工比測(cè)或在
采集裝置發(fā)生故障時(shí)人工測(cè)讀數(shù)據(jù)。
(3)工控機(jī)
采用原裝品牌工控機(jī)，CPU頻率PIV 1．8G
以上，內(nèi)存256 MB，40 GB硬盤(pán)，硬盤(pán)支持熱插
拔。
(4)計(jì)算機(jī)
采用品牌計(jì)算機(jī)，CPU 頻率P1V2．8G 以上，
內(nèi)存256MB以上，硬盤(pán)80GB以上，17”液晶顯示
器
(5)打印機(jī)
A3激光打印機(jī)。
(6)UPS
采用美國(guó)山特UPS，配備的蓄電池能滿(mǎn)足系
統(tǒng)運(yùn)行2小時(shí)。
(7)傳感器(壓阻式)
長(zhǎng)期穩(wěn)定性：0．1 9，6F．S．／年，
輸出信號(hào)：二線(xiàn)制或RS485
Alteration the Dam Safety
Automation for
ZHANG Qin一1ao ，
(1．Northwest Institute of Design and Survey，
tration，Xinjiang Kelamayi 834000，China)
(8)監(jiān)測(cè)管理站
現(xiàn)階段監(jiān)測(cè)自動(dòng)化管理站位于白楊河水庫(kù)下
游約500 m白楊河水庫(kù)管理站。將來(lái)的監(jiān)測(cè)管
理中心站位于克拉瑪依市，因此預(yù)留遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳
輸方案和接口。
5 主要建筑物可視監(jiān)控
本工程設(shè)置1套電視監(jiān)控系統(tǒng)，在主壩、引洪
干渠放水閘、泄洪閘(兼顧溢堰)、排水廊道各布置
1個(gè)攝像頭，用以監(jiān)視各主要建筑物。
6 壩基排水孔
考慮原壩基排水孔已失效，在混凝土主壩橫
向排水廊道中重新打排水孔。新排水孔共設(shè)置8
孔，其中橫向排水廊道6孔(斜孔，偏向下游15。)，
縱向排水廊道2孔(垂直孔)，孔底深入基巖7～
9 m 。
7 結(jié)束語(yǔ)
系統(tǒng)建成后形成完整的白楊河水庫(kù)大壩安全
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于監(jiān)測(cè)白楊河水庫(kù)運(yùn)行安全和提高
管理水平具有重要意義；特別是自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于
科學(xué)管理水庫(kù)，統(tǒng)一調(diào)度水庫(kù)，提高水庫(kù)的經(jīng)濟(jì)效
益非常有利，同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制。
M onitoring System and Design of
BaiYangHe Reservoir
ZHAO Mi。，YANG Peng
Xi’an 710043，China；2．Xinjiang Petroleum Adminis—
Abstract：BaiYangHe reservoir was build in 1970’S．The reservoir only had simple monitoring system
for dam displacement，uplift pressure caused by seepage，since then．Limited by operation conditions，
the monitoring facilities were failed and observation was halted．In order to meet the requirement of
new standard，some new monitoring items should be set，and the automation should be design for the
monitoring system to realize rea1 time monitoring and telemeter．
Key words：dam safety monitoring；automation；system design；BaiYangH e Reservior
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