馬旺水庫大壩安全監測自動化系統建設探析

朱永斌，欒美慧，李靜旭

（1.高密市馬旺水庫運營維護中心，山東 高密261517；2.高密市引調水工程運營維護中心，山東 高密261500）

馬旺水庫位于山東省高密市柴溝鎮馬旺村西南，控制流域面積68 km2，是一座具有防洪、灌溉功能的中型水利（樞紐）工程。水庫于1959年10月動工興建，1960年5月竣工，2006年開始除險加固，2010年竣工驗收。水庫防洪標準為50年一遇洪水設計，1 000年一遇洪水校核，興利水位51.53 m，水庫汛限水位51.53 m，設計洪水位52.51 m，校核洪水位53.55 m。水庫總庫容2 695萬m3，興利庫容1 185萬m3，死庫容75萬m3。主體工程由主壩、副壩、泄洪道、放水洞等組成。主壩為均質土壩，壩頂高程55.5 m，最大壩高15 m，壩軸線長度203 m。副壩為均質土壩，壩頂高程55.5 m，最大壩高8 m，壩軸線長度1 138 m。2010年新設三孔溢洪閘，閘門尺寸6×4.5 m。水庫樞紐工程等級Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時建筑物級別為5級。

隨著馬旺水庫大壩安全管理水平的不斷提升，原有人工觀測由于受經費和自身技術水平限制，已越來越不能滿足水庫大壩安全管理需要，亟需建設一套信息化系統實現對大壩安全實時在線監測，實現基于手機移動端巡視檢查以及基于軟件的資料整編管理。

1 系統設計與建設方案

1.1 建設思路

結合馬旺水庫大壩安全自動監測現狀需求和國家對水庫規范化標準化要求，建設提供本地及云端、計算機端（PC）和移動端（APP）相結合的大壩安全監測信息管理系統，全面提升馬旺水庫大壩安全運行的數字化、精細化、智能化、規范化管理水平。系統通過在馬旺水庫大壩建設28處滲壓自動監測站和8處大壩變形監測站，通過無線或有線的方式自動上報管理中心，由管理中心整合原有的水位、雨量等數據，進行處理、統計、整編、分析等，實現馬旺水庫大壩安全監測數據的實時性、可靠性和精度，及時預報大壩承受能力和可能發生的事件。

1.2 建設方案

1）大壩安全自動監測信息管理系統。主要內容為安裝工控機一臺，配套信息管理系統軟件一套，實現對大壩的變形監測、滲壓監測、水位監測、雨量監測數據的管理和在線分析、大壩安全評判預警和輔助決策、大壩基礎資料及業務資料整編、巡視檢查痕跡式管理等業務管理功能，全面整合大壩安全監測信息，全面提升大壩安全信息化規范化管理水平。

2）大壩滲壓監測系統。大壩滲流監測系統主要沿馬旺水庫大壩新設立28處滲壓監測點，分別位于大壩0+330、0+435、0+510以及0+850四個斷面處，每個斷面7處，其中壩體管3處，壩基管4處。

3）大壩表面變形監測系統。大壩表面變形監測系統主要是在馬旺水庫大壩0＋405斷面、0＋590斷面新建8處大壩變形監測點，每個斷面4處，在馬旺水庫運營維護中心院內新建變形監測基準點1處。

2 系統建設成效

2.1 節約運行管理成本

建設完成大壩安全監測自動化系統后，可以自動完成數據的定時采集，只需要定期進行人工比對；同時系統還具備數據資料整編分析功能，可以直接實現自動化的報表形成、繪制各種分析圖形等，有效降低數據處理勞動強度和時間，提高了工程運行效率，節約了運行管理成本。

2.2 提高監測數據準確性與穩定性

通過安裝大壩安全監測自動化系統，大幅度降低主觀、客觀因素的影響及人工參與度低，排除了人工誤差對監測結果的影響，特別是滲壓監測中采用感應式水位檢測原理，水位變化判斷監測準確、誤差小，提高了整個大壩安全監測數據的準確性和穩定性。

2.3 提升管理信息化水平

在新建大壩滲壓監測和大壩表面變形監測的基礎上，將原有水位自動監測、降雨自動監測接入大壩安全自動監測信息管理系統，在大壩變形監測、滲流監測、環境量監測、數據管理和在線分析、大壩安全評判預警和輔助決策等基礎上，提供大壩基礎資料及業務資料整編、巡視檢查痕跡式管理等業務管理功能，在很大程度上提升了水庫運行管理的信息化水平，為馬旺水庫后期數字水庫的建設提供了平臺支撐。

2.4 提高水庫應急處置能力與維護水平

可實時監測大壩安全運行數據，提供24 h實時在線監測預警，保證惡劣環境下對壩體安全運行狀態的不間斷監測，并對數據進行分析。當數據異常時，通過聲光報警提醒水庫管理人員采取必要措施進行處理，提升馬旺水庫的應急處置能力。同時，有助于水庫實現精細化、系統化的管理，提高馬旺水庫的運行維護水平。

3 存在問題

3.1 功能較少，尚不能完全滿足發展需求

因受資金和現有水庫運行維護現狀所限，大壩安全自動監測信息管理系統只完成了大壩滲壓、庫水位、大壩表面變形、庫區降雨量4個模塊的建設，其他監測數據因水庫目前尚未實現自動監測，數據不能實現自動傳輸和整編，功能相對單一，不能滿足數字水庫建設的需求。

3.2 監測時段數據受外界因素影響大

馬旺水庫大壩變形監測系統采用全球定位系統（GNSS）進行全天候觀測，部分時段數據受大壩道路上行車、衛星信號等因素影響偏離較大，在進行數據整編分析時要剔除這部分數據需要定期和人工觀測結果進行對比，確保分析結果的準確性。

4 注意事項

4.1 設備供電

設備供電方式分市電供電和太陽能供電、蓄電池供電三種方式，馬旺水庫大壩安全監測自動化系統采用市電供電加充電蓄電池結合方式，很好地解決后期維護成本高的問題，并有效避免市電停電時監測數據的缺失。

4.2 數據通訊

馬旺水庫大壩安全監測自動化系統變形監測數據傳輸充分利用監控光纜和供電電纜鋪設，實現數據有線傳輸，避免了無線傳輸對網絡固定IP的要求，降低了造價和后期運行費用。

4.3 大壩表面變形監測

鑒于全球定位系統（GNSS）具有定位精度高，全天侯觀測、自動采集、傳輸數據的特點，綜合考慮建設成本及應用環境，結合水庫大壩的實際情況，確定馬旺水庫大壩安全監測自動化系統變形監測采用GNSS監測系統。

5 結語

馬旺水庫大壩安全監測自動化系統自2019年12月建成以來，運行良好。經實際運行驗證，水庫大壩安全監測自動化改造取得了良好的效果，為水庫大壩安全運行提供了及時有效的監測數據和分析整編圖表，為水庫管理單位和各級管理部門對水庫運行的指揮調度提供了強有力的決策支撐。