呂光強(qiáng)，李建偉，李 芳

（1.濰坊市高崖水庫(kù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)中心，山東 濰坊262400；2.濰坊市水利事業(yè)發(fā)展中心，山東 濰坊261061；3.山東浩博水利建設(shè)有限公司，山東 濰坊261021）

高崖水庫(kù)位于濰河支流汶河上游，控制流域面積355 km2，水庫(kù)總庫(kù)容1.6億m3，興利庫(kù)容6 545萬(wàn)m3，是一座集防洪、供水、灌溉、發(fā)電及生態(tài)保護(hù)等綜合利用于一體的大（2）型水庫(kù)。水庫(kù)大壩為黏土心墻砂殼壩，壩長(zhǎng)1 200 m，壩頂高程160.70 m，最大壩高26.70 m，壩頂寬7.50 m。

1 大壩滲壓監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

高崖水庫(kù)大壩滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置5個(gè)測(cè)壓管斷面（0+151、0+360、0+500、0+650、0+810），其中0+151斷面設(shè)壩體管、壩基管各2支，其余各斷面均設(shè)置壩體管3支、壩基4支，共32根測(cè)壓管（壩基管18根，壩體管14根）。每個(gè)測(cè)壓管安裝靜態(tài)投入式水位傳感器和智能遙測(cè)終端。通過(guò)靜態(tài)投入式水位傳感器測(cè)量測(cè)壓管內(nèi)的水位情況，并將數(shù)據(jù)傳輸給智能遙測(cè)終端，通過(guò)分析、處理、轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成國(guó)家和行業(yè)規(guī)定的格式，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的頻率利用短信方式直接傳輸至控制中心短信接收設(shè)備，短信接收設(shè)備與控制中心主控計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)大壩大壩滲壓監(jiān)測(cè)自動(dòng)化管理。

隨著建設(shè)時(shí)間年限的增加，原有大壩滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐步出現(xiàn)設(shè)備老化、自動(dòng)化技術(shù)落后、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸采用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)增加費(fèi)用等問(wèn)題，主要包括以下幾方面：

1）部分?jǐn)嗝娉霈F(xiàn)數(shù)據(jù)異常，測(cè)量的水位數(shù)據(jù)偏差較大，監(jiān)測(cè)設(shè)備存在不同程度的老化現(xiàn)象。

2）滲壓數(shù)據(jù)處理分析計(jì)算機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障，計(jì)算機(jī)是大壩滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初建時(shí)配置的，設(shè)備參數(shù)配置低，運(yùn)行效率低，使用年限長(zhǎng)、老化嚴(yán)重。

3）大壩安全監(jiān)測(cè)軟件采用C/S架構(gòu)開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程查詢管理及數(shù)據(jù)上傳共享能力不夠，系統(tǒng)功能缺少數(shù)據(jù)分析、資料整編等功能。

4）部分測(cè)壓管存在淤積堵塞問(wèn)題，在一定程度上影響了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2 大壩滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

大壩滲流自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)是水庫(kù)規(guī)范化管理的重要組成部分，能推動(dòng)水庫(kù)管理規(guī)范化建設(shè)，提高管理和公共服務(wù)水平，順應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，在系統(tǒng)規(guī)劃及建設(shè)中遵循以下原則：

1）統(tǒng)籌兼顧、突出重點(diǎn)。圍繞大壩安全管理中心工作，特別是工程巡查、滲壓監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)、資料整編等內(nèi)容，完善物聯(lián)感知、提升基礎(chǔ)保障、完善業(yè)務(wù)應(yīng)用，同時(shí)堅(jiān)持統(tǒng)籌兼顧、急用先建，逐步推進(jìn)大壩運(yùn)行安全體系建設(shè)。

2）統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、資源共享。標(biāo)準(zhǔn)和安全是信息化建設(shè)的重要保障，加快推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化建設(shè)，全面推進(jìn)水庫(kù)信息資源的交互共享，提升信息資源利用效率和應(yīng)用能力。

3）先進(jìn)可靠、實(shí)用高效。采用成熟先進(jìn)的技術(shù)，選用穩(wěn)定可靠的設(shè)備，充分滿足高崖水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)實(shí)際需求，建立全天候監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保系統(tǒng)建設(shè)的整體效益和可持續(xù)性。

2.2 總體框架

大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充分利用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)相應(yīng)傳感器感知大壩監(jiān)測(cè)參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端通過(guò)有線光纖或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式采集前端傳感器的信號(hào)，并進(jìn)行預(yù)處理和存儲(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸體制要求，自動(dòng)上報(bào)相關(guān)參數(shù)，在控制中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、統(tǒng)計(jì)、整編、分析、預(yù)警等，提高大壩安全監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、可靠性和精度，為水庫(kù)決策提供直觀的圖像信息。

2.3 監(jiān)測(cè)原理

采用跟蹤式監(jiān)測(cè)控制技術(shù)，實(shí)時(shí)感知水面的位置并能跟蹤水面變化，將水面的位置信息轉(zhuǎn)換為水位數(shù)據(jù)顯示上傳。主要設(shè)備包括跟蹤式智能滲壓遙測(cè)儀、無(wú)線通信管理網(wǎng)關(guān)、保護(hù)裝置等。按照每個(gè)測(cè)壓管的管口高程、管底高程、變幅等數(shù)據(jù)確定監(jiān)測(cè)設(shè)備量程，通過(guò)跟蹤式智能滲壓遙測(cè)儀監(jiān)測(cè)測(cè)壓管內(nèi)的水位變化情況，并對(duì)水位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成國(guó)家和行業(yè)規(guī)定的格式，通過(guò)通信網(wǎng)關(guān)傳輸至控制中心的數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

在高崖水庫(kù)大壩壩體布置5個(gè)監(jiān)測(cè)縱斷面，在每個(gè)斷面不同高程布置32個(gè)孔位，每個(gè)測(cè)壓孔安裝一套監(jiān)測(cè)設(shè)備。監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備由跟蹤式智能滲壓遙測(cè)儀及無(wú)線中繼管理網(wǎng)關(guān)組成，共配置32套跟蹤式智能滲壓遙測(cè)儀和6套無(wú)線中繼網(wǎng)關(guān)。根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的要求實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)壓管滲壓水位數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)報(bào)。

2.5 主要設(shè)備選型原則

1）跟蹤式智能滲壓遙測(cè)儀。設(shè)備要具備性價(jià)比高、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、無(wú)漂移；抗雷擊、維護(hù)方便、數(shù)據(jù)采集傳輸組網(wǎng)靈活可靠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。

2）無(wú)線通信管理網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)要有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換管理能力，支持無(wú)線自組網(wǎng)與移動(dòng)公網(wǎng)跨網(wǎng)安全傳輸，可同時(shí)支持ZigBee物聯(lián)網(wǎng)、全網(wǎng)通、4G、3G等全線網(wǎng)絡(luò)，為客戶的項(xiàng)目建設(shè)提供更多選擇。支持多數(shù)據(jù)中心備份傳輸及多數(shù)據(jù)中心同步傳輸，可適用較大規(guī)模的信息傳輸。

2.6 通訊與供電設(shè)計(jì)

1）通訊系統(tǒng)。為滿足實(shí)時(shí)傳輸穩(wěn)定地提供數(shù)據(jù)服務(wù)，本項(xiàng)目采用無(wú)線傳輸方案，測(cè)壓管監(jiān)測(cè)點(diǎn)與控制中心通過(guò)無(wú)線通信管理網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)安全傳輸，最大程度降低施工難度，方便后期維護(hù)管理。

2）供電系統(tǒng)。測(cè)壓管監(jiān)測(cè)點(diǎn)及通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備均采用太陽(yáng)能及后備鋰電池供電系統(tǒng)，滿足設(shè)備自身運(yùn)行需要。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池板、電池、太陽(yáng)能控制器，以及其他配件。太陽(yáng)能供電時(shí)，需根據(jù)日照時(shí)間、陰雨天氣多少來(lái)配置電池板大小以及電池容量，確保電池能夠持續(xù)給設(shè)備供電。電池板制作安裝支架，朝向正南，傾角在20°~5°之間，根據(jù)當(dāng)?shù)靥?yáng)高度角來(lái)確定。注意不要有任何遮擋，否則無(wú)法充電。電線走線選用國(guó)標(biāo)；太陽(yáng)能板接線要牢固，裸露在外面的線要穿管，美觀而且耐用。

2.7 自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水庫(kù)經(jīng)過(guò)多年信息化建設(shè)，信息化基礎(chǔ)保障環(huán)境基本健全，此次部署利用現(xiàn)有的辦公環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)，安裝數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，升級(jí)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體滲壓、壩基滲壓等監(jiān)測(cè)點(diǎn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)報(bào)表功能。

1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)大壩沉降、位移、滲流（壓）信息的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集入庫(kù)管理。

2）水庫(kù)水位、降雨量、溫度等其他已建系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合接入。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。

4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：實(shí)現(xiàn)大壩安全各相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、數(shù)據(jù)分析、異常情況預(yù)警預(yù)報(bào)功能。

5）圖表繪制展示。過(guò)程線、浸潤(rùn)線、趨勢(shì)曲線繪制展示等功能。

6）資料整編分析。實(shí)現(xiàn)對(duì)考證資料、監(jiān)測(cè)記錄資料、監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)資料、監(jiān)測(cè)成果圖等資料的匯總、整編功能。

7）手機(jī)APP移動(dòng)客戶端數(shù)據(jù)查詢、信息推送等管理功能。

3 大壩滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

3.1 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

安裝監(jiān)測(cè)管理軟件系統(tǒng)1套、自動(dòng)滲壓監(jiān)測(cè)設(shè)備（跟蹤式智能滲壓遙測(cè)儀）32套、無(wú)線通信網(wǎng)關(guān)4套、32處井口保護(hù)裝置改造及測(cè)壓管清洗等。

1）大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件部署。升級(jí)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，在保證信息安全的前提下，增加系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理、增強(qiáng)大壩安全智能分析、預(yù)警預(yù)報(bào)功能；同時(shí)，預(yù)留巡視檢查、變形監(jiān)測(cè)、壓力（應(yīng)力）監(jiān)測(cè)等接入功能，全面提升大壩安全信息化、規(guī)范化管理水平。

2）大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端設(shè)備升級(jí)改造。對(duì)水庫(kù)大壩5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的32處滲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行梳理排查，對(duì)管口保護(hù)設(shè)施進(jìn)行改造，更換新一代大壩滲壓智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，改造原有數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)高可靠性高速度的自組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)32處滲壓數(shù)據(jù)的采集及無(wú)線傳輸。

3.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況

高崖水庫(kù)大壩滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2018年建成投入使用，至今整體運(yùn)行情況良好。通過(guò)系統(tǒng)更新改造前后幾次自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)同人工觀測(cè)校核的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，更新后系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更高，能更好地反應(yīng)測(cè)壓管水位變化情況，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性好，監(jiān)測(cè)成果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，滿足實(shí)際使用需要。

4 結(jié)語(yǔ)

大壩安全監(jiān)測(cè)是利用現(xiàn)場(chǎng)檢查、儀器檢測(cè)與分析手段對(duì)大壩安全信息進(jìn)行采集和分析的過(guò)程，是了解大壩運(yùn)行形態(tài)和安全狀況的有效手段。高崖水庫(kù)大壩滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施，一是解決了原有檢測(cè)設(shè)施陳舊、功能不全、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)等問(wèn)題，提高了大壩滲流監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度；二是提高了數(shù)據(jù)分析能力，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決大壩安全問(wèn)題提供了有力支持和可靠依據(jù)，提高大壩的安全程度；三是滿足工程安全運(yùn)行管理的需要，推動(dòng)大壩管理工作逐步規(guī)范化、高效化和智能化；四是取得了較好的應(yīng)用成果，為同類(lèi)工程實(shí)施大壩滲壓檢測(cè)積累了很好的經(jīng)驗(yàn)。