大壩自動監測系統在桃山水庫工程中的應用

杜 君，王忠武

（五大連池市山口水電站管理處，黑龍江五大連池 164500）

1 概況

桃山水庫大壩由主壩、副壩、溢洪道等主要建筑物組成。由于在水庫一期工程中，大壩及溢洪道沒有任何安全自動監測設施。因此在二期工程設計中，桃山水庫大壩自動監測系統是構成桃山綜合自動化系統的一項重要組成部分。

2 安全監測系統構成

2.1 系統介紹

工程安全監測自動化系統是集工程建筑物（構筑物）、傳感器、多功能采集設備（MCU）、計算機、自動化和通信技術于一體的系統工程。工程監測自動化系統由網絡監測站（運行遙測監控軟件和數據處理及管理等軟件）、現場數據采集網絡、傳輸介質3個部分組成。

2.2 系統構成及配置

桃山水庫大壩安全自動監測系統采用分層分布式（集散式）系統結構，系統現地層包括數據測控單元（MCU），現地單元的所有監測數據經A/D轉換后由總線上傳至監控主機（上位系統）集中分析管理。

MCU是整個數據自動采集系統的關鍵設備。該裝置采用完全模塊化結構，多CPU并列運行;整個單元由數據采集智能模塊、通信模塊、電源模塊和防雷模塊等組成，采集智能模塊均獨立運行，互不干擾。

選用進口 PIV2.4G工控機 1臺，內存 256MB/硬盤40GB，配有10/100M以太網卡、多串口通訊卡及MODEM等。監控主機設在水庫管理處（監測中心）。

根據儀器類型，滲壓計（振弦式壓力傳感器）及量水堰滲流量儀由四芯屏蔽水工電纜引出，接入MCU數據測控單元中。根據現場實際情況及管理運行要求，在大壩各個斷面處及溢洪道各設1個MCU。各測控單元通過雙絞線（RS485接口）及與監控主機相聯，從而形成桃山水庫的安全自動化監測網絡。

大壩安全監測管理系統是整個大壩安全自動監測系統的靈魂和中樞，它擔負著自動化數據采集、遠程服務、系統管理、文檔管理、數據管理、圖形制作、測值預報、報表制作、離線分析等大壩安全日常管理工作。

3 自動監測項目

根據桃山水庫工程大壩的型式、規模、工程等級及地形、地質條件和地理環境等因素，選取主壩壩基滲流壓力、溢洪道堰基滲流壓力（揚壓力）及主壩滲流量作為系統自動監測項目。

4 監測點布置方案

根據《土石壩安全監測技術規范》，在大壩上選取典型斷面，每個斷面監測點布置壩基滲流壓力監測點，在溢洪道閘室前后、兩側布置滲壓監測點，用來監測溢洪道泄槽地板的揚壓力。

設置于主壩后排水溝出口直線段布置一個三角堰，監測排水溝內水位變化。

5 監測設備方式的安裝

5.1 滲壓計

大壩主體為黏土心墻堆石壩，為二期工程施工，二期心墻為斜墻，因此一部分滲壓監測線穿過黏土心墻，如果采用穿管埋設的安裝方式勢必會對防滲體的防滲效果造成較大的影響。桃山大壩二期為壩體主體加高工程，二期工程完成后，最大壩高只有24 m，并且由于一期大壩已經運行多年，壩體、壩基沉降基本穩定，壩體的加高對壩基的沉降影響很微小。這些監測點都位于大壩壩基處，沉降微小不顯著，可以考慮將滲壓計埋設至壩基處，并將滲壓計的基準高程確定為相應安裝處的高程。因此設計中考慮在這部分監測點的監測設備安裝上采用鉆孔埋入式安裝，監測設備采用每孔2只滲壓計（一對一備份），在鉆孔安裝時確定各個監測點的準確基準高程，設備設置完成后對鉆孔用膨脹丸和心墻料進行填充，保證心墻的防滲效果。監測電纜在壩體表面碎石護坡下埋設至MCU處，電纜需穿鋼管保護。

在壩后不穿過黏土心墻的監測點，采用鉆孔穿管埋設的安裝方式。滲壓計安裝于滲壓監測管中，監測電纜固定于監測管管口處以滲壓管管口高程為基準高程。監測電纜在壩體表面碎石護坡下埋設至MCU處，電纜需穿鋼管保護。

在溢洪道閘室前后、兩側布置滲壓監測點，用來監測溢洪道泄槽底板的揚壓力。采用鉆孔穿管埋設的安裝方式。滲壓計安裝于滲壓監測管中，監測電纜固定于監測管管口處，以滲壓管管口高程為基準高程。

5.2 量水堰計

設置于主壩后排水溝出口直線段布置一個三角堰，并選用量水堰計安裝于三角堰以上2 m處排水溝出口直線段水流穩定處，監測排水溝內水位變化。監測電纜在壩體表面碎石護坡下埋設至MCU4處，電纜需穿鋼管保護。

5.3 MCU數據測控單元

大壩設置典型斷面，每個斷面布置1個MCU數據測控單元，采集存儲并上傳相應監測斷面監測儀器的數據。

溢洪道布置1個MCU數據測控單元，采集存儲并上傳溢洪道處監測儀器的數據。