柴河水庫滲流監測自動化系統建設與應用

劉松

（遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000）

柴河水庫位于遼河中游的支流柴河上，是一座以防洪、灌溉、供水為主的大Ⅱ型水利樞紐工程，是遼河防洪體系中的重要工程。主體工程由土壩、溢洪道、輸水道、水電站等工程組成，設計總庫容6.36億m3。土壩建成于1974年，為粘土薄心墻砂殼壩，壩高42.3m，壩長982m，心墻和壩殼質量較差，0+860m樁號壩基處滲漏量比較大。

滲流監測是大壩安全監測的重要組成部分，大壩滲流是一個三維問題，影響因素比較復雜，邊界條件難以確定，致使根據設計計算或實驗采用的防滲導滲措施不可能很完善。柴河水庫大壩滲流監測系統在大壩整體安全中占有重要地位。

1 滲流監測自動化系統建設的意義

1）大壩雖然經過兩次加固，但沒有對心墻、壩基進行處理，僅增加了觀測管。隨著大壩運行年限增加，應加強大壩滲流監測，了解壩體內部的運行狀態。

2）大壩壩體和壩基布設的觀測管較多，采用人工觀測方法精度低，周期長，數據分析成果滯后，不能及時了解壩體的滲流狀況。

3）土壩的滲流監測對水庫工程正常運行和安全度汛起到了重要作用，水庫遇有暴雨、水位較大變化、地震、施工建設等情況，監測工作的重要作用更加突出。

4）隨著水利工程管理向自動化、信息化、智能化發展，30年的監測成果為大壩監測自動化的設計、施工提供了必要的依據，科技的發展也使滲流監測自動化的數據采集技術日益成熟。

2 自動監測項目和測點布置

柴河水庫滲流監測自動化系統選用的監測項目有：大壩浸潤線、壩基滲流、繞壩滲流、心墻滲水壓力、上游壩坡滲水壓力、排水導滲降壓效能、壩下水位和壩基滲流量。

測點位置和數量按照現有測點的重要性和資金承受能力確定，選擇最有代表性的監測點。庫水位是大壩滲流監測成果分析的重要要素，在保持滲流監測從傳統型過渡到自動化型的基礎上，增設庫水位自動監測，監測成果進入滲流自動監測系統。滲流量的監測仍采用滲流井法，所不同的是對井式監測點進行改造，使監測成果自動進入統一的系統平臺。自動化系統選用監測點總數為42點，其中滲流監測點40個、庫水位監測點1個和井下監測點1個。

監測點選取原則：總體滿足土壩觀測有關規范要求，保留原有觀測項目齊全，典型斷面具有代表性，斷面測壓管完整，測壓管靈敏度好，符合施工要求，兼顧工程投資。

3 自動化采集系統的組成

滲流監測數據自動化采集系統采用在測壓管中放置水壓傳感器的方法。系統采用分布式采集方式，由傳感器、采集系統、通訊系統、防雷系統、數據庫系統和監控軟件系統組成。系統具有較高的穩定性、可靠性、靈活性、可操作性和可擴展性。

1）傳感器。選用德國Endress+Hauser公司生產的產品，型號為FMX167，外徑22mm，是陶瓷電容傳感器，是一種在大壩安全監測中應用穩定的傳感器。采用微加工工藝制造，具有精度高、穩定性好及很寬的測量范圍，特別適合于微壓和小量程的測量，適用于測量小口徑的管道。

2）采集系統。采用先進的分布式總線式結構，用智能化的測控單元替代了傳統的集線器。智能測控裝置不僅具有集線器的功能，而且具有數據自動采集、處理與存儲功能，并且有自己的時鐘，可以完全脫離監控計算機自行工作，實現了真正意義上的自動采集與監測。現場智能測控單元（MCU）及其擴展設備采用國內自主開發的成熟產品SMART2000系列：現場智能測控單元 （主MCU）型號為SMART2000，擴展單元模板 （子MCU）型號為ASE-16。

3）通訊系統。由于采用了分布式的系統結構，系統內部的通訊完全變為數字信號的傳輸，同時大壩現場與調度中心之間采用光纜為傳輸介質，大大提高了通訊速率、可靠性和抗干擾能力。

4）防雷系統。由于水庫所在地多為空曠、地勢較高處，所以大壩自動監測系統有易遭雷擊的危害。本系統采用設置多級的防雷設備和建設良好的接地體等手段，同時從切斷雷電傳輸通道和疏導泄放雷電流兩方面入手，最大限度地減小雷電對系統的危害。防雷設備選用加拿大ECPART和ERICO公司進口的成熟產品。

5）數據庫系統。采用SQL Server2000，為滲流監測自動化數據采集系統提供穩定、可靠、開放性的數據庫支持。本系統包括工程概況數據庫，設備考證數據庫，實時監測數據庫，歷史數據庫等。

6）監控軟件系統。采用先進的分層分布式結構，分為采集設備、通信層、業務邏輯層、數據層、表示層和用戶終端，分別完成數據采集、傳輸、處理、存儲、用戶顯示和操作，操作界面友好，用戶維護與使用簡單。

4 結語

柴河水庫大壩滲流監測自動化系統建成以來，能夠定時地自動采集大壩滲流的實時數據，數據精確率較高，極大減輕了人工觀測的工作量，提高了水庫大壩安全監測的水平。可得到以下結論：

1）滲流監測系統在柴河水庫大壩安全穩定中起到重要作用，自動化監測系統在數據采集和數據分析中工作穩定、準確，系統是成熟和可靠的。

2）通過對監測數據的自動采集，可以及時準確對大壩滲流安全進行科學評估，為水庫安全運行及技術管理提供理論依據，對確保水庫大壩安全是十分重要的。

[1]王德君,劉松.柴河流域防洪安全實時監控系統的研究與建設[J].水利水電技術，2007（3）：52-54.

[2]劉松.柴河水庫大壩滲流監測系統研究與應用[D].大連理工大學,2009.