□孫麗芳（安陽市彰武南海水庫工程管理局）

1.概況

彰武水庫位于安陽市西南25km的海河流域衛(wèi)河支流洹河上，總庫容0.78億m3，與上游10km的小南海水庫組成兩座梯級(jí)水庫，總控制流域面積970km2，占洹河總流域面積1920km2的50.5%，對(duì)控制洹河洪水十分有效。彰武水庫開發(fā)目標(biāo)主要為防洪、灌溉、城市工業(yè)供水和兼顧發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等，以調(diào)節(jié)徑流、興利為主，與上游小南海水庫聯(lián)合運(yùn)用，確保安陽市區(qū)、京廣鐵路、京珠高速、南水北調(diào)、107國道、世界文化遺產(chǎn)殷墟和沿河兩岸群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。彰武水庫除險(xiǎn)加固前，大壩安全檢測(cè)中的壩基滲流壓力、壩體滲流壓力監(jiān)測(cè)、滲流量監(jiān)測(cè)由人工采用測(cè)響錘每周測(cè)量一次，水位由人工每天觀測(cè)兩次，雨量由人工觀測(cè)，監(jiān)測(cè)方式落后，且易出現(xiàn)失誤，已不能滿足水庫的發(fā)展需要。2010年，為提高彰武水庫的現(xiàn)代化管理水平，充分發(fā)揮水庫綜合效益，彰武南海水庫工程管理局結(jié)合除險(xiǎn)加固工程，建設(shè)了大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。2010年10月安裝了滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，11月安裝環(huán)境量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，12月安裝了現(xiàn)場測(cè)控單元（MCU）。

2.大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)組成

彰武水庫大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)信息管理分析系統(tǒng)兩部分組成。

2.1.1 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)：由布設(shè)在水庫壩體內(nèi)部和表面的的傳感器、分布在各觀測(cè)房內(nèi)的測(cè)量控制單元（MCU）以及位于監(jiān)控分中心站的計(jì)算機(jī)及其他輔助設(shè)備等組成，其目的是能夠快速、及時(shí)、準(zhǔn)確的采集到傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并且能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的把這些數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控分中心站的計(jì)算機(jī)內(nèi)。

2.1.2 安全監(jiān)測(cè)信息管理分析系統(tǒng)：該系統(tǒng)充分利用計(jì)算機(jī)多媒體先進(jìn)的軟、硬件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集成智能的數(shù)據(jù)管理、信息分析、推理和輔助決策，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大壩的運(yùn)行狀況，為對(duì)大壩安全狀況作出準(zhǔn)確而高效的評(píng)判及決策提供可靠的依據(jù)，以充分發(fā)揮工程的效益。

2.1.3 根據(jù)彰武水庫的實(shí)際情況，監(jiān)控中心站建在水庫附近的管理局通訊站內(nèi)，通過通訊電纜與現(xiàn)場的測(cè)量控制單元相連。

2.2 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置

彰武水庫大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為大壩滲流監(jiān)測(cè)、水庫水位監(jiān)測(cè)、水庫雨量監(jiān)測(cè)和水庫溫度監(jiān)測(cè)四部分。四部分內(nèi)容現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集由相應(yīng)的傳感器完成，通過專用電纜引入測(cè)量控制單元（MCU），其中部分?jǐn)?shù)據(jù)也可以通過人工錄入的方式接入系統(tǒng)。

2.2.1 滲流監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

壩基滲透力和壩體浸潤線監(jiān)測(cè)：壩基滲透力和壩體浸潤線大部分采用新埋設(shè)的觀測(cè)管，個(gè)別采用老觀測(cè)管，壩基滲透力測(cè)壓管15個(gè)，壩體浸潤線測(cè)壓管15個(gè)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)，在每個(gè)觀測(cè)管內(nèi)放1支滲壓計(jì)，所有滲壓計(jì)均通過電纜引向大壩右岸的操縱室內(nèi)。

滲流量監(jiān)測(cè)：彰武水庫為降低下游壩坡處的滲透壓力，于1963年在主壩下游沿壩腳修建降壓廊道長424m，寬1.2m，高2.1m，內(nèi)建降壓井41眼。1988年在廊道新設(shè)40根導(dǎo)管，每兩眼降壓井中間布設(shè)一根導(dǎo)管。在下游壩坡坡角布設(shè)一排降壓井，通過導(dǎo)滲廊道和導(dǎo)滲管將基礎(chǔ)的滲透壓力釋放出來，以確保壩體的穩(wěn)定?；A(chǔ)內(nèi)釋放的水通過位于樁號(hào)0+627，距壩軸線120m處的量水堰進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)原量水堰進(jìn)行底部清理、更新水尺，同時(shí)在量水堰上安裝1支堰流計(jì)，堰流計(jì)通過電纜引向大壩右岸電站的操作室內(nèi)。

2.2.2 環(huán)境量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

為了實(shí)現(xiàn)水庫環(huán)境量的自動(dòng)化觀測(cè)，在水庫內(nèi)靠近大壩右岸操縱室的位置設(shè)置1支水位計(jì)，在水庫電站操縱室房頂上設(shè)置自動(dòng)雨量計(jì)1支和溫度傳感器1支，用以自動(dòng)測(cè)量水庫水位、雨量和溫度。這些測(cè)量儀器采集的數(shù)據(jù)均通過電纜傳送至設(shè)在大壩右岸的電站操縱室內(nèi)監(jiān)測(cè)站。

2.2.3 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集單元

數(shù)據(jù)自動(dòng)采集單元是用來讀取大壩安全監(jiān)測(cè)各種傳感器實(shí)測(cè)數(shù)值的設(shè)備，即現(xiàn)場測(cè)控單元（MCU）。彰武水庫大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的MCU安裝在大壩右岸電站的操縱室內(nèi)。各傳感器通過專用電纜與MCU單元連接，MCU則通過光纜將這些集中采集到的數(shù)據(jù)傳送到設(shè)在水庫管理局通訊站內(nèi)的監(jiān)控機(jī)上。

2.2.4 監(jiān)控中心站

根據(jù)水庫的實(shí)際情況，監(jiān)控中心設(shè)置在水庫管理局通訊站內(nèi)，配置監(jiān)控機(jī)1臺(tái)，通過光纜與現(xiàn)場測(cè)控單元（MCU）相連，通過無線寬帶接入設(shè)備與市水利局監(jiān)控中心相連。

2.3 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)施工

沿壩頂路面開挖50cm×50cm電纜溝，人工把溝底虛土進(jìn)行攤平并埋設(shè)φ50PVC管道，PVC管口用PVC專用接頭連接并用PVC專用膠粘接，PVC管中穿鋼絲以便敷設(shè)檢測(cè)儀器電纜。

壩頂0+137.6平臺(tái)線纜從0+0851通過與埋設(shè)PVC管道至溢洪道西耳房3樓，下游0+128平臺(tái)線纜從0+0852延水溝30cm通過與埋設(shè)PVC管道至溢洪道西耳房3樓，下游0+121平臺(tái)線纜從0+0853延水溝15cm到0+6003通過與埋設(shè)PVC管道128平臺(tái)0+6002管道至溢洪道西耳房3樓。溫度計(jì)安裝在溢洪道樓頂西墻角。線纜從外墻到溢洪道閘房西辦公室3樓。

大壩安全檢測(cè)數(shù)據(jù)采集單元安裝在溢洪道西耳房3樓西墻上，數(shù)據(jù)通過采集單元采集數(shù)據(jù)并通過光纜傳到辦公樓服務(wù)器。

3.大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

彰武水庫大壩安全自動(dòng)化啟閉系統(tǒng)主要是通過監(jiān)控主機(jī)（工控機(jī)）監(jiān)控部件檢測(cè)大壩及數(shù)字信息自動(dòng)化采集與傳輸，并在計(jì)算機(jī)上以實(shí)時(shí)圖像和數(shù)字以人機(jī)界面的形式反映出來，能夠在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程、直觀地了解大壩滲流、水位、雨量、溫度等的運(yùn)行情況，達(dá)到可以在計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)程地監(jiān)控大壩運(yùn)行狀況。

3.1 監(jiān)測(cè)功能

可隨時(shí)采集、監(jiān)測(cè)各類傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)大壩運(yùn)行情況，對(duì)每支傳感器設(shè)置其警戒值，如傳感器數(shù)據(jù)超過警戒值，系統(tǒng)能夠以各種方式自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集方式有選點(diǎn)測(cè)量、巡回測(cè)量、定時(shí)檢測(cè)，并可在模塊和采集單元（MCU）上進(jìn)行人工測(cè)讀。

3.2 顯示功能

顯示水庫輸泄水建筑物及大壩系統(tǒng)的總貌、各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目概貌、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置圖、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目變化過程曲線、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分布圖、報(bào)警狀態(tài)顯示窗口等。

3.3 操作功能

在監(jiān)控主機(jī)輸入、輸出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、自動(dòng)生成并打印日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表、監(jiān)測(cè)現(xiàn)有傳感器狀態(tài)、查詢監(jiān)測(cè)項(xiàng)目歷史數(shù)據(jù)；整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理（包括大壩調(diào)度、水庫進(jìn)庫流量、出庫流量、庫水位、每月最高、最低水位等）；修改大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)等。

3.4 網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能

建立與水庫管理局MIS網(wǎng)的聯(lián)接，可與網(wǎng)內(nèi)各站點(diǎn)通過Web、FTTP和Email進(jìn)行信息交流，網(wǎng)內(nèi)各計(jì)算機(jī)可通過瀏覽器訪問本系統(tǒng)有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和圖表，確保水庫所有職工隨時(shí)了解大壩運(yùn)行情況。

3.5 測(cè)量控制單元（MCU）的功能

采集大壩監(jiān)測(cè)儀器，并通過系統(tǒng)對(duì)傳感器在水中漂移引起的誤差進(jìn)行修正。同監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)選點(diǎn)測(cè)量、巡回測(cè)量、定時(shí)檢測(cè)，并帶有人工測(cè)讀接口，可進(jìn)行人工測(cè)量。具有自檢功能，自檢內(nèi)容包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、中央處理器、供電狀態(tài)、測(cè)量電路以及傳感器線路狀態(tài)等。系統(tǒng)將故障信息輸送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，以便水庫維修。

3.6 監(jiān)測(cè)中心站功能

對(duì)測(cè)量控制單元進(jìn)行編程、修改設(shè)備及修改運(yùn)行方式。操作人員下發(fā)指令給MCU，使其按指定的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并可進(jìn)行人工讀數(shù)的輸入，匯集各MCU存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。顯示儀器位置參數(shù)、MCU設(shè)置記錄、工作狀態(tài)、顯示和打印監(jiān)測(cè)結(jié)果、各類報(bào)表、過程線等。數(shù)據(jù)的通信及遠(yuǎn)程傳輸，可以把有關(guān)的測(cè)量結(jié)果傳遞到水庫管理局以及市水利局等。

彰武水庫大壩安全監(jiān)測(cè)采用自動(dòng)化后，由監(jiān)控主機(jī)（工控機(jī)）可以直接監(jiān)測(cè)壩基滲流壓力、壩體滲流壓力、滲流量、雨量、水位、溫度等，觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)壩體的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)信息管理分析軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體安全指標(biāo)的評(píng)估，為水庫工程管理提供最直接的決策依據(jù)。同時(shí)，彰武水庫自動(dòng)化形成了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要由大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、水庫視頻監(jiān)視系統(tǒng)、雨量遙測(cè)系統(tǒng)、洪水調(diào)度系統(tǒng)等組成，有效提高了水庫綜合自動(dòng)化水平。