(昆明市松華壩水庫管理處 云南 昆明 650201)

一、工程概況

松華壩水庫位于昆明市主城北部，盤龍江中游，是昆明主城區(qū)防汛抗旱、蓄水、供水的重要水利設(shè)施。水庫控制流域面積593km2，總庫容2.19億m3，多年平均徑流量2.3億m3，多年平均降雨量957mm。多年平均可供水量1.5億m3；城市防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇。主要建筑物為主壩一座，壩高62m，壩長201m。副壩一座，壩高34.5m，壩長354.6m。輸水隧洞兩條；低位輸水隧洞位于主壩左岸，全長407m。高位輸水隧洞位于主壩右岸，全長340m。溢洪道一座，位于副壩左岸，為寬頂閘堰。泄洪隧洞一條，位于副壩右岸，全長220m。壩后式電站一座，裝機(jī)容量3000kw。目前松華壩水庫擔(dān)負(fù)的主要任務(wù)是調(diào)節(jié)盤龍江洪水和徑流，保證昆明市防洪安全，供給昆明市居民生活用水、滇池生態(tài)補(bǔ)水。

二、自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的必要性與原則

(一)系統(tǒng)建設(shè)必要性

松華壩水庫大壩的表面變形移觀測采用視準(zhǔn)線法和人工水準(zhǔn)測量法分別進(jìn)行水平位移和垂直位移觀測。這些方法原理相對簡單，設(shè)備費(fèi)用也較低，但都不是自動(dòng)化監(jiān)測，不能實(shí)時(shí)了解大壩變形情況，為實(shí)現(xiàn)松華壩水庫大壩監(jiān)測和管理現(xiàn)代化，在觀測墩上安裝北斗天線及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行表面位移監(jiān)測，對水庫大壩表面變形實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測尤其重要，通過先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)可以對水庫進(jìn)行科學(xué)的管理和確保水庫運(yùn)行安全，充分發(fā)揮水庫的防洪和城市供水功能。

(二)系統(tǒng)建設(shè)原則

1.先進(jìn)性

為提高松華壩壩體表面位移的信息化、數(shù)字化管理水平，要求系統(tǒng)的傳感測試儀器具有一定國際先進(jìn)水平。

2.精確性

可靠的儀器儀表還必須具備必要的精度，能正確反映出效應(yīng)量(原因量)的變化。

3.安全性與可靠性。

系統(tǒng)硬件應(yīng)能經(jīng)受水壓、灰塵、高溫、低溫、高濕、高鹽等惡劣環(huán)境考驗(yàn)，并應(yīng)具有良好的抗雷擊能力。為確?？煽窟\(yùn)行，系統(tǒng)還應(yīng)配置切實(shí)可行的避雷、防風(fēng)、防盜等安全保護(hù)措施。

4.簡便性

監(jiān)測儀器要牢固可靠，埋設(shè)、測讀、操作、維修方便，便于更換，使操作人員易于掌握，有利于提高量測速度和精度。

5.自動(dòng)化性

監(jiān)測儀器能夠自動(dòng)分析數(shù)據(jù)、計(jì)算變形量。

三、系統(tǒng)組成及系統(tǒng)功能

(一)系統(tǒng)組成

松華壩壩體表面位移監(jiān)測系統(tǒng)采用Internet技術(shù)建立一個(gè)三層B/S松華壩壩體表面位移監(jiān)測系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸平臺(tái)，將松華壩壩體表面位移現(xiàn)場自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和控制中心有機(jī)地鏈接為一個(gè)分布式的整體，同時(shí)遠(yuǎn)程擁護(hù)可以通過Internet連接到現(xiàn)場松華壩壩體表面位移自動(dòng)化系統(tǒng)，并通過網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行控制、配置以及獲得系統(tǒng)評估出來的松華壩壩體表面位移狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)用于存貯、顯示、查詢、分析各種與松華壩壩體表面位移相關(guān)聯(lián)的信息，而且在同一平臺(tái)下，預(yù)留電子化人工巡檢數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測與人工巡檢的信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享、交流協(xié)作等，真正滿足整個(gè)系統(tǒng)數(shù)字化、高資源利用效率以及可持續(xù)發(fā)展的要求。監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖1。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

本系統(tǒng)包括4個(gè)子系統(tǒng)：松華壩壩體表面位移健康監(jiān)測系統(tǒng)子系統(tǒng)、松華壩壩體表面位移安全預(yù)警與綜合評估子系統(tǒng)、中心數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)；用戶界面子系統(tǒng)。

(二)系統(tǒng)功能

松華壩水庫表面GNSS自動(dòng)化變形監(jiān)測系統(tǒng)采用北斗衛(wèi)星和GPS技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主壩外部水平位移及垂直位移監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)處理和實(shí)時(shí)分析預(yù)警。系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能見表1。

表1 系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能

四、監(jiān)測內(nèi)容

在松華壩水庫主壩和副壩按設(shè)計(jì)要求布置北斗GNSS監(jiān)測觀測點(diǎn)，監(jiān)測水庫大壩的表面位移變化情況。在主壩上游壩布設(shè)3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，主壩壩頂布設(shè)5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，在主壩下游壩布設(shè)4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，副壩壩頂布設(shè)4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。在松華壩水庫主壩下游壩發(fā)電廠范圍內(nèi)布置1個(gè)北斗GNSS監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，副壩下游游泳池平地上布置1個(gè)北斗GNSS監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)。2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和16個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)通過光纜實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心軟件?shí)時(shí)解算出各監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)并保存到數(shù)據(jù)庫，最終通過數(shù)據(jù)分析軟件自動(dòng)分析各監(jiān)測點(diǎn)的變化量、變化趨勢，并結(jié)合其它監(jiān)測設(shè)備對壩體表面位移整體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

五、測點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及資料收集，松華壩水庫主、副壩表面變形觀測點(diǎn)共有25個(gè)人工觀測點(diǎn)，其中，主壩為18個(gè)點(diǎn)，分別布置于上游壩坡3個(gè)點(diǎn)，壩頂9個(gè)點(diǎn)，下游壩坡2道戧臺(tái)各3個(gè)點(diǎn)；副壩7個(gè)點(diǎn)，均布置于壩頂。根據(jù)松華壩水庫現(xiàn)狀沉降觀測點(diǎn)布置情況，共布置18個(gè)北斗GNSS監(jiān)測觀測點(diǎn)，其中：主壩上游壩布設(shè)3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，主壩壩頂布設(shè)5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，主壩下游壩布設(shè)4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，副壩壩頂布設(shè)4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。主壩下游壩發(fā)電廠范圍內(nèi)布置1個(gè)北斗GNSS監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，副壩下游游泳池平地上布置1個(gè)北斗GNSS監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)。松華壩水庫GNSS監(jiān)測點(diǎn)位置見表2。

表2 松華壩水庫GNSS監(jiān)測點(diǎn)位置表

六、結(jié)語

本文從系統(tǒng)的先進(jìn)性、精確性、安全性與可靠性、自動(dòng)化性等土石壩監(jiān)測需求出發(fā)，論述了松華壩水庫在線安全監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)建成后，總體性能達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期要求，具備自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、處理、分析和實(shí)時(shí)預(yù)警的功能以及全天候變形監(jiān)測的能力和較好的故障應(yīng)對能力。松華壩水庫GNSS變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理軟件，平差后控制點(diǎn)的平面位置精度為3mm，具備毫米級精度變形監(jiān)測的能力。松華壩水庫主壩表面GNSS自動(dòng)化變形監(jiān)測系統(tǒng)能很好地滿足土石壩監(jiān)測的應(yīng)用需求，對加強(qiáng)水庫抵抗惡劣天氣能力、提升松華壩水庫信息化管理水平具有重要意義。