水庫大壩安全監測自動化建設研究

梅風波

（河北省邢臺市朱莊水庫管理處，河北 邢臺 054000）

大壩安全監測是指在大壩原型中設置對應的觀測儀器來展開現場測量，通過測量獲取到相關的數據，并根據數據來判斷和分析大壩結構的變化。數據的精確度和系統設備的技術能力及老化程度息息相關，如果設備老化過度，就會導致傳輸數據失真，從而讓監測人員沒法獲取準確的數值，導致監測行為失去精確性。故需要就安全監測系統的自動化采集系統進行更新，讓測量精確度得到大幅度的提升，本文研究中將基于某水庫大壩工程，探討水庫大壩的安全監測自動化設計思路。

1 水庫大壩工程概況

該水庫位于河流主干線上，是一座以防洪、灌溉為主，發電為輔的綜合利用的大型水利樞紐工程，由溢流壩、非溢流壩、泄洪底孔、放水洞、發電洞、高低電站及南、北干渠渠首建筑物等組成。控制流域面積1220km2，總庫容4.162億m3，調洪庫容2.08 億m3，興利庫容2.285 億m3，大壩為混凝土漿砌石重力壩。溢流壩布置在河床段，全長111m，分八、九、十共三個壩段，溢流堰堰頂建閘6 孔，單孔凈寬14m，堰頂高程243.0m，為克-奧（Ⅱ）型曲線。非溢流壩布置在兩岸，由左岸非溢流壩段和右岸非溢流壩段組成，壩頂全長433m，壩頂高程261.68m，壩頂寬6m；左岸非溢流壩段壩頂長194.5m，在壩軸線樁號0+218 處設拐點，拐角26°00′38″，右岸非溢流壩段壩頂長238.5m。泄洪底孔布設在河床溢流壩段（八、九、十壩塊）的3 個中墩內，共設3 孔，進口底高程210.0m，孔口尺寸為2.2m×4m，底孔下游以曲線段與溢流面平順銜接。水庫正常蓄水位251m，防洪高水位255.15m，設計洪水位255.30m，校核洪水位258.90m，汛限控制水位242m，死水位220m。

2 大壩安全監測系統設計

2.1 模塊設計

自動化安全監測系統的構建十分復雜，它主要由滲壓計、頻率測量、庫位水位測量等多個部分組成，技術人員在設計水庫大壩的安全監測自動化系統時，需要結合溫度、雨量、大氣氣溫等監測內容對監測系統進行良好的設計與改造。

在該大壩的監測模塊組件中，有5 條視準線，5 個測站，5 個后視點和49 個測點，其中，在壩頂AB 向有9 個測點，視線長532.66m，壩頂BC 向有27 個測點，視線長536.56m，溢流壩分水墩下16 九個測點，視線長508.58m，消力池邊墻下165 兩個測點，視線長341.07m，消力池邊墻下208 兩個測點，視線長209.03m。為了實現整個系統的自動化運作，設計師需要設計好數據接收處理裝置和數據處理裝置，而這二者必須是完全獨立的軟件配置項，兩者需要有不同的運作平臺，這樣才能保障對大壩的溫度、雨量、電壓的最精確化的追蹤和評估，為此在設計自動化監測系統時，這兩個軟件的數據駐留平臺最好設置為兩臺獨立運行的計算機，避免因為共用一個數據處理設備而發生數據接收處理裝置和水庫監測數據處理裝置在計算過程中搶占計算機CPU，造成數據錯誤的問題。當數據流向情報分析軟件時，三者之間以高速局域網進行及時通信，保證數據傳輸的同步化。

大壩滲流量觀測有2 處，一處在壩體灌漿廊道的排水溝內，另一處設在消力池北邊墻豎井內。為了兼顧兩處觀測點，整個系統的設計最好要采取二級三層布置形式，其中的二級又作為現場監控與遠程操控級，依據自動化系統的規劃要求，保證各個監測系統都能夠很好地承擔運行管理職能，由于檢測系統涉及的內容較多，因此在結構上最好采用網狀數據結構，以多點對多點的形式傳遞信息，讓系統的兼容性比傳統的監測系統更加強大，靈活性更高。如在數據反饋方面，二級三層布置形式可以進行連續性的計算和評估，讓監測人員可以從機房中心對大壩情況的監視工作保持不間斷、同步化的追蹤。此外，中心機房的前置機也要采取Internet 技術，使監測系統擁有擴寬開放性的功能，大壩豎向位移基點兩個，豎向位移的起測點有7 個，觀測標點119 個，因此數據的測量歸納十分龐大，需要通過局域網來實現數據的傳遞處理。這樣在進行監測時，就只有極少部分數據邏輯是在前端實現，讓客戶端的計算機載荷得到了減輕，系統的維護與升級更加方便，消耗的成本也更低。

2.2 系統設計

B/S 型結構是自動化監測系統過程中用于前端數據處理技術架構，B/S 型結構在保有了客戶機和數據服務器兩層體系結構的基礎上，又增加了Wed 服務器，也就是說在B/S 型結構中擁有兩個服務器，一個是數據服務器，另一個是Wed服務器，所起其結構也呈現為接口、Wed 服務器、數據服務器三層體系。先看第一層體系，B/S 型結構的第一層體系是接口，接口是實現監測人員和系統連接的基礎，也是實現數據雙向溝通的必要組成部分，由于B/S 型結構的目的是實現更快、更強、更精準的數據信息處理能力，因此B/S 型結構的第一層體系與第二層體系保持緊密的關聯系[4]。B/S 型結構的第二層體系是Wed 服務器，它的運作原理是，當監測人員開始使用B/S 型結構的相應程序對測點進行連接，執行數據傳輸等操作時，B/S 型結構的接口會發出服務請求，Wed服務器在接受到這層請求信息之后，會對此進行相應的回復，同時通過HTML 代碼將對應信息反饋給使用者。監測人員在獲得反饋信息后便能完成對數據信息的獲取已經處理，此時監測人員能夠依靠B/S 型結構的第三層體系，也就是數據服務器對數據進行提取和保存操作，實現信息處理的精準化、效率化。在B/S 型結構中，第二層體系和第三層體系之間呈協同工作狀態，Wed 服務器與數據庫服務器對數據同步進行處理，前者負責接收請求信息并對操作者給出對應的反饋，而后者則對服務器上傳遞的指令進行協調和處理。

在自動化監測系統中，B/S 型結構是非常重要的組成部分，它的主要應用目的是幫助工作人員在監測過程中更加便捷地找到并瀏覽對應的測點，發現數據源，并進行傳輸、下載、備份等處理行為，幫助操作者實現高效的自動化監測。通過B/S 型結構，操作者可以在監測過程中將指令進行精確化和針對化，根據具體的工作需求和工作標準以正垂線和倒垂線為媒介，向數據庫終端發出特定的工作請求，而工作請求則會通過局域網另一端的服務器處理后反饋給工作人員。B/S 型結構在自動化監測系統過程中展現出非常顯著的優點，其一是運行和維護上簡單快捷，B/S 型結構的系統組成并不復雜，而且可以讓監測人員隨時隨地對大壩的溫度、電壓數據進行操作和訪問，這有助于幫助操作者即時了解問題的發生點，以及快速制定維護方案，保障監測過程的正常化運轉。其二是信息的處理和轉換非常簡單，如果監測人員想要處理和轉換工作中產生的數據信息，那么僅僅只需要安裝一個服務器和數據庫，便能實現高效率的數據存納。其三是B/S 型結構對監測設備的低要求，除了有著操作簡單快捷的優點以外，B/S 型結構對監測設備也不需要太過精密的設置，這讓監測人員在對測點反饋進行處理時的資源消耗大大降低，性價比有效提高。

3 結語

從本文研究中可見，自動化監測系統應用在水庫大壩安全監測工作中，不僅能夠確保水庫大壩運行的穩定性與安全性，還可以將自動化技術的優勢得到充分發揮。自動化技術在測量精確、實時性、穩定性等方面都發揮出了不可忽視的作用。由于該系統設計合理，自動化程度高，因此能夠避免水庫大壩異常運行情況的發生，同時，還為后期系統維護提供了科學的參考意見，這對我國水庫大壩工程建設具有重大意義.