韓麗華

（甘肅省臨夏回族自治州槐樹關(guān)水庫管理局，甘肅臨夏731100）

大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)利用了電子計算機實現(xiàn)大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化采集和處理，同時也能夠?qū)Υ髩芜\行狀態(tài)是否正常作出判斷和報警。整個系統(tǒng)中包括監(jiān)測儀器、數(shù)據(jù)采集裝置、通信線路、計算機系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件、應用軟件等，該自動化運行系統(tǒng)可以實現(xiàn)大壩安全數(shù)據(jù)自動采集、處理、監(jiān)控、分析、管理、決策等功能，以便采取正確、安全的措施，確保大壩運行的安全性。輸水管道工程作為水利水電工程的重要組成部分，輸水管道工程運行質(zhì)量直接決定了用水安全、服務水平，將大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)應用到輸水管道工程當中可以實現(xiàn)自動化管理，提高運行質(zhì)量，從而實現(xiàn)最終的發(fā)展目標。

1 工程概況

某水庫輸水工程中的輸水管線全長為261km，采取有壓重力流、串聯(lián)加壓結(jié)合方案，設計年供水量約17.9億m3。輸水管線由DN6000隧洞與鋼管連接段、DN2400PCCP管線、DN3200PCCP管線、DN1800玻璃鋼管線組成。根據(jù)輸水管道工程以及水工建筑特性，本工程采用大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測基礎抗滑性、巖體不均勻變形、管道不均勻沉降、滲流狀態(tài)等。沿著輸水管道工程總共布設了46個監(jiān)測點，檢測對象包括取水首部、輸水隧洞、隧洞連接段、輸水管線、配水站穩(wěn)壓塔。負責監(jiān)測這些部分的圍堰變形、滲流壓力、錨桿應力、混凝土強度、水位、伸縮縫、沉降位移、管壁應力等。

2 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在輸水管道工程中的硬件布置

2.1 安全監(jiān)測儀器選型

結(jié)合輸水管線工程特性，應用重點為如何設置各項測量計。

2.1.1 電位器式多點位移計 電位器式多點位移計具有工程量大、適用于長距離信號傳輸、環(huán)境溫度影響小、測量精度高、穩(wěn)定性好、體積小、適合惡劣環(huán)境、耐高壓等優(yōu)勢，是本工程的首選計量工具。根據(jù)工程地理環(huán)境、實際使用要求，為了能夠適應潮濕環(huán)境，決定采用ND-3型電位器式多點位移計。電位器式多點位移計主要是用作圍堰變形、支墩位移監(jiān)測，在取水頭安裝6個位移計、輸水隧洞安裝5個位移計、PCCP管段安裝2個位移計、玻璃鋼管段安裝3個位移計。

2.1.2 差動電阻式類儀器 差動電阻式類儀器包括鋼筋計、錨桿應力計、鋼板計、應變計、測縫計、無應力計。這類儀器的特點是利用內(nèi)部特高彈性鋼絲（直徑0.04～0.05mm），內(nèi)部兩組鋼絲差動變化實現(xiàn)測量。如果儀器沒有受力變形，內(nèi)部鋼絲應力可達到2000MPa，這些特點決定了這類儀器不耐碰撞、不耐振動、容易損壞、超載性差、測量精度會受到外部環(huán)境影響的特性[1]。但是該類儀器長期使用穩(wěn)定可靠，同時可以測量環(huán)境溫度，在高水壓環(huán)境下工作可靠，適合該工程監(jiān)測要求。

2.1.3 振弦式滲壓計 常見的滲壓計可以分為差阻式、振弦式兩種形式，結(jié)合工程的精度標準和要求，需要采用高精度的振弦式滲壓計。其不僅能夠克服電阻值隨溫度變化而變化的弱點，并且還可以用在寬溫范圍。不僅儀器靈敏度非常高，并且還具有穩(wěn)定性好、耐久性強、抗干擾能力強等優(yōu)勢，不會受到長電纜影響，絕緣性要求較低，為了能夠有效提升工程可靠性、安全性，在本工程全線布置了27個振弦式滲壓計。

2.1.4 壓阻式管道壓力計 相比其他類型的壓力計來說，壓阻式管道壓力計不會受到溫濕度、氣候、大氣等因素影響，在使用中動態(tài)范圍好、穩(wěn)定性強、傳輸距離遠，具有良好的防水密封性、絕緣性，傳感器防漏性非常好，因此在工程設計中決定采用壓阻式管道壓力計檢測隧洞連接段、玻璃鋼管段、PCCP管段的內(nèi)部水壓。

2.2 典型斷面監(jiān)測儀器選擇

2.2.1 取水頭部 取水建筑物監(jiān)測儀器采用了滲壓計、多點位移計、測縫計、鋼筋計、應變計、錨桿應力計等。

2.2.2 隧洞段與連接段 該部位采用了多點變位計、錨桿應力計、滲壓計、應變計、無應力計、錨索應力計等。

2.2.3 PCCP管線 PCCP管道長度為154.5km，占據(jù)總工程管線長度的60%，該區(qū)域主要是檢測管線接縫、管道內(nèi)水壓，主要的儀器包括內(nèi)水壓力計、鋼板計、測縫計、土壓計、多點位移計等[2]。

2.2.4 玻璃鋼管線 該階段主要測量內(nèi)部水壓力，所以主要儀器就是內(nèi)水壓力計，同時還要配合使用測縫計、土壓計、鋼板計。

3 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在輸水管道工程中的軟件設計

3.1 在線監(jiān)控系統(tǒng)

在線監(jiān)控系統(tǒng)主要是由輸水管道工程觀測傳感器、遙測集線箱、自動監(jiān)控微型電子計算機構(gòu)成，也是整個大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的框架。

3.2 觀測傳感器

觀測傳感器可以直接反映輸水管道工程狀態(tài)、環(huán)境影響因素變化量，上述傳感器分別布置在所需監(jiān)測的重要部位上。這些傳感器作為一線監(jiān)測設備，可以直接將采集的內(nèi)水壓、混凝土應力、鋼應力等參數(shù)傳輸給控制中心，并且由上級系統(tǒng)負責下達操作指令。

3.3 遙測集線箱

主要是安裝在傳感器附近，是巡回檢測中切換測點的專用設備。遙測集線箱采用了微計算機技術(shù)，具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，可以將傳感器輸出模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閭鬏數(shù)臄?shù)字量，是必要的中間環(huán)節(jié)。

3.4 自動安全監(jiān)控微機系統(tǒng)

采用大容量微機系統(tǒng)，與各個傳感器進行連接，采用行業(yè)專用的監(jiān)測軟件、數(shù)據(jù)處理軟件，主要可以實現(xiàn)以下幾點功能：一是高精度測量傳感器數(shù)據(jù)，需要人工事先設定巡回檢測以及單點測量方式；二是檢驗測量值并修復誤差，如果發(fā)現(xiàn)異常測量值系統(tǒng)會自動報警；三是對正常測量值進行整編、計算，將測試結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)庫中并按照標準方式輸出、表示；四是針對測量成果變化、數(shù)據(jù)變化之間的線性關(guān)系進行分析；五是采用預報模型計算，對所得到的實際數(shù)據(jù)和額定數(shù)據(jù)參數(shù)進行對比；六是針對對比之后出現(xiàn)的差值范圍采用不同的報警等級，以便管理人員及時找出故障，并采取有效應對措施；七是對整個系統(tǒng)進行檢查、分析、故障判定[3]。

3.5 離線監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)模塊設置在資料分析中心（控制中心），可以對整個輸水管道工程運行數(shù)據(jù)進行集中管理，主要是由一定容量電子計算機、外部設備、專用數(shù)據(jù)管理軟件構(gòu)成[4]。大壩在線系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)中由多個媒介、通信方式傳輸給離線系統(tǒng)，并實現(xiàn)相應的功能。一是對所檢測的數(shù)據(jù)資料進行檢驗、修正、整理，并統(tǒng)一存儲到數(shù)據(jù)庫當中；二是對一段時間的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，找出采集物理量間的相關(guān)性、數(shù)據(jù)變化趨勢；三是對長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，構(gòu)建安全監(jiān)控數(shù)據(jù)模型；四是采用系統(tǒng)得出的數(shù)學模型預報觀測物理量，與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比，實現(xiàn)輸水管道工程的安全監(jiān)控；五是將最終結(jié)果按照設定要求輸出圖表或文件，并存儲到檔案系統(tǒng)當中。

4 結(jié)語

綜上所述，為了能夠保證輸水管道工程運行質(zhì)量，應用大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)可以第一時間掌握輸水管道工程運行現(xiàn)狀，但必須要根據(jù)工程特點選擇儀器、設計軟件系統(tǒng)。當然，這些儀器經(jīng)風吹日曬或濕氣侵蝕會產(chǎn)生老化現(xiàn)象，因此要定期對監(jiān)測系統(tǒng)進行維護，保證整個系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定運行。