陡河水库大坝安全监测自动化系统的建设与应用

６４·　海河水利　２００８年１２月　
陡河水库大坝安全监测自动化系统的建设与应用　

崔立军　
（唐山市陡河水库管理处，河北唐山０６３０２１）　
摘要：介绍了陡河水库大坝安全监测项目、仪器设备选型、系统组成和系统运行特点和情况。实践证明，该系统的运　
行，提高了水库大坝安全监测与管理水平。　
关键词：大坝；安全监测；系统；资料分析；陡河水库　
中图分类号：ＴＰ２７７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—７３２８（２００８）０６—００６４—０２　

１工程简介　
陡河水库位于唐山市区东北１５　ｋｍ的陡河上，是　
座以防洪为主、兼供唐山市区生活用水及下游工农　
业生产用水等综合利用的大型水利枢纽工程。水库于　
１９５５年１１月开工兴建，１９５６年建成投入运行。工程　
由主坝、副坝、溢洪道、输水洞等建筑物组成。主坝为均　
质土坝，坝顶高程４４．０　Ｉｎ，全长７　３６４　ｍ，其中主坝长　
１　７００　ｍ、最大坝高２５　ＩＴＩ、位于河床及一级台地段，副坝　
长５　６６４　ｍ、最大坝高１３．５　ｍ、位于二级台地段。　
陡河水库自运行以来，仅有３次超过正常库水　位，正常蓄水位为３４．０　ｍ，距设计洪水位６．３　ｉｎ，距校　核洪水位９．４　ｍ。而且，坝基覆盖层仅为５　７　ｍ，每当　库水位接近３４　ｉｎ时．部分坝基测压管水位会超出地　面无法观测，特别是在洪水期间．人工观测手段已不　能满足现化化管理需要。因此，需要建立一套完整的　安全监测系统来实时监控工程的安全状态。　２大坝安全监测系统的构成和功能　２．１监测项目及布置　监测系统监测项目及布置是根据《土石坝安全　监测技术规范》（ＳＬ６０—１９９４）的要求设计的，包括：　坝表面水平位移和竖向位移、坝体渗流压力、坝基渗　流压力、渗流量、库水位、气温、降水量等。　（１）坝体、坝基渗压：根据坝体填筑、坝基地质及　大坝的实际运行中的观测分析，将原来的坝体及坝　基的观测断面统一为同一断面。观测断面分别为：０＋　１００、０＋１７０、０＋３５０、０＋７２０、１＋１００、１＋４００、１＋７００，共　设７个断面、３３个孔、４９个测点。　（２）渗流量：陡河水库下游有２处渗流量监测，一　处为河床段三角型量水堰，一处为一级台地段排水沟　矩形量水堰。两者均为坝体及浅层坝基渗流量监测。　（３）坝体表面变形：考虑大坝比较长，大坝的表　面竖向位移观测定为桩号０＋０００～１＋９００（主坝段）范　围内，设坝上、坝下２个纵断面，每隔１００　ｍ布设一　标点，共布设位移标点３８个。其中，坝顶表面下游坝　肩（高程４４．Ｏ　ｍ）１９个，下游马道（高程３４．０　ｍ）１９　个。设工作基点１个，转点１０个。采用闭合线路观　测。由于水平位移仅由－－￣ｗｊ基点和后视基点控制，观　测精度较差。因此，水平位移仅选择了５个测点，分　坝中、坝下两断面，并与竖向位移共用１个测点。　
（４）环境量监测：包括库水位、下游水位、降水　
量、气温和气压５个项目。　
２．２　系统组成　
陡河水库大坝安全监测系统采用分布式数据采　
集系统结构，包括各种类型传感器５４个、测量控制　
单元３个（分别位于主坝桩号０＋１７０、０＋５００、１＋４００）　
和管理处中央控制装置（设在大坝管理处办公楼），　
它与测量控制单元ＭＣＵ实现双向通讯。传感器与控　
制单元之间用电缆连接，测量控制单元之间及测量　
控制单元与中央控制装置采用光缆连接。中央控制　
中心配有数据采集和数据处理分析软件，可进行在　
线监控或离线监控。系统结构如图１所示。　

薹　墨　墨　
嚣　嚣　器　
图１系统结构　

收稿日期：２００８—０６—０１　
作者简介：崔立军（１９７９一），男，助理工程师，主要从事水利工程管理工　２．３　数据采集系统　

作。　数据采集软件实现计算机与测量控制单元　
２０ｏ８．Ｎｏ．６　崔立军：陡河水库大坝安全监测自动化系统的建设与应用　·６５·　
（ＭＣＵ）通讯，完成监测数据的采集，其主要功能如下：　
（１）ＭＣＵ自检：ＭＣＵ自检是通过计算机与ＭＣＵ　
通讯。使ＭＣＵ进行自检。并将自检结果返回至计算　
机．显示给操作人员，达到远程诊断ＭＣＵ的目的。　
（２）ＭＣＵ设置：在ＭＣＵ能够正常工作之前，要　
根据工程的具体情况，对ＭＣＵ的参数和数据库中的　各测点进行设置。设置的内容有：通讯速率、系统时　间、通道配置、定时测量时间。　（３）ＭＣＵ初始化：ＭＣＵ初始化完成设置ＭＣＵ　内部时间、停止定时测量和降水量测量、清除已有的　定时测量数据等操作。　（４）数据采集：数据采集包括单点测量、巡回测　量、定时测量。　２．４信息管理系统　大坝安全监测信息系统主要包括：数据处理、资　料查询、资料整编、工程图纸管理、资料分析、实时监　视、信息发布等功能。　（１）资料整编：包括自动化数据采集系统的整编　分析和人工观测数据系统的整编分析。主要功能有　数据维护、报表打印、图形绘制。报表打印和图形绘　制遵循《土石坝安全监测资料整编规程》（ＳＬ１６９—　１９９６）。　（２）资料分析：包括竖向位移分析、水平位移分　析、渗流压力分析、渗流量分析。　（３）实时监控：实时监控将对最新的监测数据进　行监视．一旦出现异常情况将给出报警。监视内容　有：①测量数据中是否有超出仪器测量范围的数据，　是否有变动幅度较大的数据；②关键点最新测量数　据；③关键断面的实测坝体浸润线和设计浸润线，如　实测坝体浸润线高于设计浸润线，则报警；④关键坝　基测点的渗流压力水位过程线和位势过程线．关键　量水堰的渗流量过程线：⑤显示坝基关键区域段平　均渗透坡降、渗流出Ｅｌ的平均渗透坡降，并与平均允　许渗透坡降比较，当比允许值大时，则报警；⑥根据　最新的监测数据，进行渗流场分析，并给出结论。　
３大坝安全监测系统运行情况　
陡河水库大坝安全监测系统自２００５年开始建　
设，在２００６年正式投入运行。目前，系统总体运行情　
况良好，监测仪器的应用、监测数据的稳定、整编的　
图表及分析等方面均达到了设计效果，自动化采集　
的数据稳定可靠，系统工作稳定。但在系统使用及维　
护过程中。发现了一些问题。　
（１）陡河水库是多雷区，尽管在系统设计中，采　
取了相应的避雷措施。但在运行中遭受多次雷击，　
造成系统运行中断，今后应多考虑雷电干扰加强防　
雷措施。　
（２）由于监测系统采用浏览器／服务器结构，可在　
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎｔｒａｎｅｔ上访问．造成访问时数据处理速度　
较慢的问题，今后需进一步完善监测系统运行速度。　
（３）大坝安全监测系统中数据资料需要进一步　
补充，以完善系统分析处理能力。　
４结语　
通过实施陡河水库大坝安全监测系统的建设，　
解决了原有监测系统设施简陋、精度低、手段落后等　
缺陷，满足了实时监测的要求。特别是在高水位运行　
期期间和汛期发挥了重要作用，采集到了大量的宝　
贵数据，为进一步分析大坝安全运行性态提供了可　
靠的依据．同时也提高了工程管理水平。　

环球水信息·　
Ｌ　＿　＿ｌ一　：时拣鼎水灌绒技．米一年＿省也　，，４十　洋淀Ｉｌ　＿＇　ｌ　∞　ｈ÷＿　

作为我国重点缺水省份之一的河北省，紧紧抓　住蔬菜种植这个“吃水大户”，大力探索和推广蔬菜　节水技术体系，目前年可节省水资源４．８亿Ｉｌｌ　，相当　于一年省下了４个白洋淀的水。　蔬菜俗称“水菜”，可称之为园艺作物的“吃水大　户”。河北省是蔬菜生产大省，年播种面积１２０多万　ｈｍｚ，产量６　８００万ｔ以上。多年来全省蔬菜种植主　要采用传统的大水漫灌或畦灌、沟灌等浇灌方式，用　水量大、利用率低，不仅造成了水资源的大量浪费，　还因湿度过大增加了病虫害发生的几率，给蔬菜无　公害生产的发展造成很大障碍。因此，去年以来，河　北省开始在蔬菜节水的关键时期，通过开现场会、办　农民田间学校，积极利用报刊、广播电视、网络和手　
机短信等多种形式，加大宣传力度，为农民提供节水　
技术指导和信息服务。同时，通过以点带面，抓好示　
范区建设，更直观地让基层农技人员、蔬菜种植户了　
解和掌握蔬菜节水灌溉技术。　
与传统的灌溉方式相比，蔬菜节水综合技术平　
均每亩节水１２０　ｔ，节药５０％左右，节肥３０％以上。同　
时，由于节水灌溉技术的应用，可以较大幅度降低棚　
室湿度，减轻病虫害的发生程度，蔬菜品质也有了大　
幅度提高，产量有所增加。据介绍，到“十一五”末，河　
北省蔬菜节水技术推广面积将达到总面积的６０％　
以上。　（摘自２００８年１０月６日新华网）