韓 勇成 波曲樹國

（1.日照水庫管理局，山東日照 276816；2.山東水利工程總公司，山東濟(jì)南 250014；3.山東省水利廳，山東濟(jì)南 250013）

日照水庫大壩測壓管水位自動(dòng)化觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

韓 勇1成 波2曲樹國3

（1.日照水庫管理局，山東日照 276816；2.山東水利工程總公司，山東濟(jì)南 250014；3.山東省水利廳，山東濟(jì)南 250013）

日照水庫大壩測壓管水位自動(dòng)化觀測系統(tǒng)主要采用HSST—SY01型一體化智能水位遙測儀和GD—1024／64C型浮子式液位計(jì)，是在國內(nèi)水庫大壩測壓管水位自動(dòng)化觀測系統(tǒng)的首次應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)觀測、自動(dòng)生成圖表，提高了觀測精度和資料整編分析水平。本文對系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)及應(yīng)用推廣價(jià)值作了簡要介紹。

大壩；測壓管；自動(dòng)化；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 水庫概況

1.1 工程概況

日照水庫始建于1958年10月，建成于1959年6月，位于日照市東港區(qū)駐地以西16km處，是多年調(diào)節(jié)綜合利用的大（2）型水庫，總庫容3.1805億m3。水庫樞紐工程包括主副壩、南北放水洞、水電站、溢洪道四部分?，F(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)100年一遇設(shè)計(jì)、5000年一遇校核。

1.2 大壩測壓管水位觀測項(xiàng)目開展情況

大壩測壓管水位觀測點(diǎn)分別位于主壩的7個(gè)斷面、副壩的3個(gè)斷面，其中，主壩29個(gè)、副壩11個(gè)，壩體孔27個(gè)、壩基孔13個(gè)，另加壩前水位管和壩后尾水管各1個(gè)，總計(jì)42個(gè)測壓管觀測點(diǎn)。

測壓管水位于1963年11月始測，人工采用萬用表配合測繩實(shí)測。到1975年基本達(dá)到定人員、定時(shí)間觀測，1985年以來，逐步實(shí)現(xiàn)了規(guī)范化、制度化管理。1999年，安裝了電容觸點(diǎn)式水位計(jì)，初步實(shí)現(xiàn)了水位數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化。2002年水庫實(shí)施除險(xiǎn)加固，原有測壓管全部予以重設(shè)，大壩測壓管水位自動(dòng)化觀測系統(tǒng)與現(xiàn)布設(shè)測壓管不配套，系統(tǒng)無法使用，重新采用人工觀測。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)選型

根據(jù)除險(xiǎn)加固后大壩測壓管的實(shí)際情況和自動(dòng)化觀測新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，日照水庫管理局決定建設(shè)性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、系統(tǒng)先進(jìn)的測壓管水位自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)前應(yīng)用較多且較成熟的水位計(jì)主要有三種：浮子式水位計(jì)、靜壓投入式水位計(jì)和超聲波水位計(jì)。三者相比較，浮子式精度高，使用壽命長，受外界因素影響小，但是考慮到測壓管或觀測井的深度，不適用于深度超過30m的情況；靜壓投入式水位計(jì)不受深度影響，但存在零漂現(xiàn)象；超聲波流量計(jì)精度最高，但是安裝麻煩，且受周圍環(huán)境和井壁 （測壓管壁）垂直度影響，在國內(nèi)使用較少。綜合三種水位計(jì)的特點(diǎn)，結(jié)合日照水庫大壩測壓管的情況，采用浮子式水位計(jì)監(jiān)測水位是最好的選擇。管理局經(jīng)對生產(chǎn)廠家及代理商的技術(shù)力量、產(chǎn)品配套、施工能力、項(xiàng)目建議書、產(chǎn)品報(bào)價(jià)、售后服務(wù)等多方面綜合比較、現(xiàn)場考察，決定選用某科技發(fā)展有限責(zé)任公司作為協(xié)助研發(fā)和施工單位。

2.2 系統(tǒng)研發(fā)

2.2.1 總體思想

該系統(tǒng)的建設(shè)以完全滿足水庫大壩測壓管水位自動(dòng)化觀測為目標(biāo)和總體思想，利用遙測、通信及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等技術(shù)手段，結(jié)合日照水庫大壩測壓管特點(diǎn)，建設(shè)有效的、符合國家標(biāo)準(zhǔn)的、及時(shí)準(zhǔn)確的水位自動(dòng)監(jiān)測體系，以逐步達(dá)到 “信息采集自動(dòng)化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、管理數(shù)字化、決策科學(xué)化”的目標(biāo)。

依據(jù)大壩測壓管水位監(jiān)測系統(tǒng)，開發(fā)應(yīng)用管理軟件系統(tǒng)，整合現(xiàn)有各系統(tǒng)中的水文數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)水文信息的綜合管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢、共享存儲(chǔ)等功能，并將測壓管水位數(shù)據(jù)查詢、分析的結(jié)果在電子地圖上以點(diǎn)分布圖、等值線、面分布圖、統(tǒng)計(jì)圖表、過程線等方式生動(dòng)直觀地顯示出來，為領(lǐng)導(dǎo)決策和指導(dǎo)管理提供依據(jù)。

2.2.2 技術(shù)方案

日照水庫大壩測壓管水位自動(dòng)觀測系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)方案是：先建立穩(wěn)定可靠的監(jiān)測管理中心；同時(shí)采用高精度、高可靠性的HSST一體化水位遙測儀水位計(jì)，通過GSM智能遙測終端，將大壩測壓管監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)送至移動(dòng)通信服務(wù)中心，服務(wù)中心將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送至水庫管理中心GSM接收前置模塊；再以應(yīng)用軟件和綜合數(shù)據(jù)庫為支撐環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對各觀測點(diǎn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)定時(shí)測報(bào)、各種報(bào)表資料生成打印、現(xiàn)場及中心數(shù)據(jù)雙重保存?zhèn)浞?、歷史數(shù)據(jù)查詢、遠(yuǎn)程設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控及中心指令控制等各項(xiàng)功能。

2.2.3 研發(fā)過程

2008年10月20日，山東省水利廳批復(fù)了《日照水庫大壩測壓管水位自動(dòng)化觀測系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施方案》。2008年11月—2009年2月，由日照水庫管理局和該科技發(fā)展有限責(zé)任公司有關(guān)人員，共同完成了項(xiàng)目研發(fā)設(shè)計(jì)；2009年3月，完成了水庫大壩測壓管自動(dòng)化觀測系統(tǒng)安裝。系統(tǒng)進(jìn)行了為期3個(gè)月的試運(yùn)行后，對軟件進(jìn)行了修改完善。2009年9月，通過由山東省水利廳組織的科技成果鑒定。

2.2.4 系統(tǒng)特點(diǎn)

該項(xiàng)目所采用的HSST—SY01型一體化智能水位遙測儀是首次在國內(nèi)水庫大壩測壓管水位自動(dòng)化觀測系統(tǒng)中應(yīng)用，其設(shè)計(jì)集成了獲得國家實(shí)用新型專利的GD—1024／64C型浮子式液位計(jì)（專利號：ZL200620082790.3）。遙測儀在測壓管內(nèi)安裝后，一方面可以自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)預(yù)留人工測量通道，可實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)化觀測與手工測量對比校核。

日照水庫所處的位置在雷區(qū)，終端儀器設(shè)備容易受感應(yīng)雷擊。除了要注重電源線的防護(hù)外，還要做好信號線防雷工作，每個(gè)測壓管監(jiān)測點(diǎn)均安裝了BS—AW—10型避雷設(shè)備，以減少雷擊。在電源、通信和傳感器接口的入口處均設(shè)有防雷保護(hù)電路，以防感應(yīng)雷電流對內(nèi)部電路造成損壞，保證系統(tǒng)長期可靠地工作，解決了長期以來水庫大壩監(jiān)測設(shè)備易遭雷擊的問題。

該產(chǎn)品綜合運(yùn)用先進(jìn)的電子測控技術(shù)、超低功耗電路設(shè)計(jì)技術(shù)、光電編碼技術(shù)、機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)、GSM（GPRS）／CDMA網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研發(fā)而成。設(shè)備在整體設(shè)計(jì)上有效地結(jié)合了目前各種水位遙測設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)解決了傳統(tǒng)設(shè)備因檢測原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問題造成的各種不適應(yīng)性。大壩滲壓管監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，通過GSM智能遙測終端送至移動(dòng)通信服務(wù)中心，服務(wù)中心將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送至水庫管理中心接收模塊，接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)軟硬件設(shè)備分析處理后，實(shí)現(xiàn)了對大壩水位的各類監(jiān)測功能?？紤]到傳輸?shù)姆€(wěn)定性和數(shù)據(jù)的保密安全，管理中心配置了專用GSM接收前置模塊，用于接收各測點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)及中心指令的下發(fā)，形成了大壩滲壓管監(jiān)測點(diǎn)和中心服務(wù)器之間的安全通道。

系統(tǒng)采用了該科技發(fā)展有限責(zé)任公司與日照水庫管理局嚴(yán)格按照土石壩安全監(jiān)測及資料整編等相關(guān)國家行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合開發(fā)的軟件，并結(jié)合日照水庫其他觀測項(xiàng)目，開發(fā)了壩后滲流觀測資料數(shù)據(jù)庫和圖表分析系統(tǒng)，系統(tǒng)具有實(shí)用性和可擴(kuò)展性，具有創(chuàng)新性，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

3 系統(tǒng)組成和功能

3.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由大壩滲壓監(jiān)測站、自動(dòng)化觀測管理中心兩部分組成。

大壩滲壓監(jiān)測站由內(nèi)徑200mm測壓管、HSST—SY一體化智能水位遙測儀、避雷設(shè)備、測壓管保護(hù)盒等組成。HSST—SY一體化智能水位遙測儀由水位傳感檢測單元、智能測控傳輸單元、鋰電池供電單元三大單元組成，并將其有機(jī)結(jié)合，封裝于專門設(shè)計(jì)的全密封防護(hù)殼體內(nèi)。

管理中心包括工控計(jì)算機(jī)、管理計(jì)算機(jī)、相關(guān)軟件等。該系統(tǒng)的自動(dòng)化觀測管理中心位于日照水庫管理局防汛調(diào)度中心，系統(tǒng)主要包括六個(gè)子系統(tǒng)，分別是測量控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、圖形／報(bào)表子系統(tǒng)、大壩安全分析子系統(tǒng)、滲流量編輯子系統(tǒng)和系統(tǒng)管理子系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)功能

3.2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理

數(shù)據(jù)管理包括測壓管基本資料管理、測壓管實(shí)測數(shù)據(jù)管理和大壩滲流量實(shí)測數(shù)據(jù)管理。

3.2.2 測壓管系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

分析指定樁號的測壓管實(shí)測數(shù)據(jù)，提供地質(zhì)剖面和浸潤線圖、測壓管過程線、圈套線、位勢圖、逐年相關(guān)線、位勢過程線、特定水位下的過程線等圖表。

a.測壓管地質(zhì)剖面和浸潤線圖。將測壓管埋設(shè)處的地質(zhì)剖面、測壓管埋設(shè)的位置、濾管位置、測壓管長度和管口高程等內(nèi)容以剖面圖的形式表現(xiàn)出來。可以查看某一特定時(shí)間測壓管實(shí)測水頭剖面線，即浸潤線，了解覆蓋層承壓情況，并給出相應(yīng)水位下覆蓋層的抗?jié)B安全系數(shù)。

b.測壓管水位過程線。繪制測壓管水位隨時(shí)間的變化曲線。利用測壓管水位過程線可以鑒別測壓管的靈敏性、可靠性，以及確定其滯后時(shí)間和某些測次數(shù)據(jù)的取舍等。

c.測壓管位勢圖。位勢即測壓管水頭在滲流場中占總滲流水頭的百分?jǐn)?shù)。與上下游水位的絕對值無關(guān)，當(dāng)滲徑長度不變時(shí)位勢為常數(shù)。可以通過位勢的變化了解滲流介質(zhì)的變化情況。根據(jù)用戶要求快速生成針對該工程預(yù)設(shè)格式的報(bào)表——滲流觀測記載表，報(bào)表可以聯(lián)機(jī)打印、導(dǎo)出為Excel格式的文件并對文件進(jìn)行管理。

3.2.3 滲流量系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)用戶要求生成各種過程線，如：滲流量過程線、滲流量與庫水位關(guān)系曲線、特定庫水位下滲流量過程線等，從而進(jìn)行滲流量的相關(guān)分析。

3.2.4 數(shù)據(jù)查詢功能

可以指定具體的測點(diǎn)、日期進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)查詢，并根據(jù)查詢結(jié)果，在數(shù)據(jù)表格中體現(xiàn)出來。數(shù)據(jù)表格是將監(jiān)測返回的數(shù)據(jù)以表格的形式予以反映，并以日期加以限制。當(dāng)汛期采集功能啟用時(shí)，可以選擇汛期方式進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。數(shù)據(jù)圖形功能中，將采集水位以圖形的方式顯示。另外，還可以按照指定的日期查看水位的趨勢圖，也可以指定具體的某一天，查看對應(yīng)的時(shí)刻趨勢圖。

4 實(shí)施效果及應(yīng)用推廣

該項(xiàng)目自投入運(yùn)行以來，運(yùn)行狀況良好，系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)和管理要求。設(shè)備簡單，故障率低，易于維護(hù)；系統(tǒng)操作容易學(xué)習(xí)和掌握，使用方便。自動(dòng)讀取數(shù)值并自動(dòng)生成圖表，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高了工作效率，做到了觀測資料整編的自動(dòng)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)為水庫的運(yùn)行管理提供了大量的運(yùn)行資料，保障了水庫大壩的安全運(yùn)行，進(jìn)一步提高了工程管理現(xiàn)代化、辦公自動(dòng)化水平。

該系統(tǒng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益較顯著，可在同類水庫大壩、海水入侵、供水井群、河道水位等監(jiān)測中推廣應(yīng)用。目前，已在日照市水文局海水入侵水位監(jiān)測等系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。■

Design and app lication of Rizhao Reservoir dam piezometric level automatic observation system

HAN Yong1，CHENG Bo2，QU Shuguo3
（1．Rizhao Reservoir Administration，Rizhao 276816，China；2．Shandong Water Conservancy Engineering Corporation，Ji'nan 250014，China；3．Shandong Water Resources Department，Ji'nan 250013，China）

Rizhao Reservoir dam piezometric level automatic observation system mainly adopts HSST—SY01 integrated intelligentwater-level telemeter and GD—1024／64C type float type level gauge.Reservoir dam piezometric level automatic observation system is applied for the first time in China，thereby realizing automatic observation and automatic chart generation，and improving observation precision and data preparation analysis level.In the paper，system development design and application promotion values are briefly introduced.

dam；piezometric tube；automation；design；application

TV697.2

A

1673-8241（2015）08-0053-04

10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2015.08.017