摘要介绍了辽宁省水库大坝安全监测自动化系统技术研究成果,并重点探讨了实现土石坝安全监测自动化的关键技术。
关键词水库大坝;安全监测;自动化;分析评价系统;辽宁
大坝是水库的主要水工建筑物,其类型按建筑材料可分为土石坝和混凝土坝2类。其中土石坝占水库总数的95%以上,由于土石坝是散粒体结构,坝体的分析具有一定难度。坝体渗流和坝基、坝体渗透压力等重要参数是进行大坝安全稳定性分析的基础信息,及时获取尤为重要[1-2]。大坝安全自动监测是保证大坝安全的重要措施,是坝工设计、建设和运行管理中必不可缺的工作。
1研究目标
调查统计结果表明,造成病险水库的主要原因之一,是大坝安全监测方法落后,人工监测不及时,监测数据不准确,不能及时发现坝体隐患,大坝长期带病超限运行,在遇暴雨洪水高水位运行时,容易引起坝体滑坡或垮坝事故。因此,有必要研究适合于水库工作环境的、能够长期稳定运行的新型总线结构自动采集技术,以解决分散式结构采集模式在水库实际应用中存在的问题。并结合当前世界先进的水库土石坝自动化监测设备,综合运用水利、计算机信息及通讯技术,结合实际土石坝工程,设计与开发土石坝自动化安全监测与分析评价预报系统,最终总结、研究水库大坝安全监测自动化系统解决方案。
2研究内容
针对水库实际工作发现的问题与需求,围绕研究目标,完成了如下研究。
2.1大坝外部变形监测技术
具体研究内容包括:坝体外部变形的测点布设、应用全站仪进行外部变形自动化监测、外部变形数据分析模型理论及通用程序模块的设计与开发等。
2.2总线式结构自动化观测技术
具体研究内容包括:profibus、modbus总线结构式智能化(大坝)渗流、浸润线监测技术研究,并根据水利工程特点设计全新的防雷系统等。
2.3大坝安全自动监测技术
具体研究内容包括:监测数据的自动采集、传输与入库、采集数据库的设计、数据库优化技术、数据异常报警技术等。
2.4水库大坝安全分析评价预报系统
具体研究内容包括:基于实时采集数据库、水库工情数据库、参数库的大坝安全分析评价预报系统软件设计开发的研究,系统通用性、可靠性、可移植性研究,大坝安全分析、评价与预报模型理论研究与通用程序模块的设计与开发等。
3解决问题
该项目的研究采用现场调查、理论研究与工程实践相结合的方式展开,研究过程中如下关键性问题的解决为项目研究的顺利完成奠定了基础。
3.1总线式结构自动化观测技术研究
通过理论研究,结合实际工程监测施工设计,应用现代电子理论方法对监测系统的系统结构、计算机监测软件、传感器等方面进行了优选研究,根据水库大坝环境和不同水库大坝参数的差别,先后选用了2种结构系统:①profibus总线结构式智能化(大坝)渗流监测系统;②modbus总线结构式智能化(大坝)渗流监测系统[3]。
实践证明,2种结构系统具有接线量小、线路短、结点少、故障率低等优点,彻底解决了大坝监测中存在的电源波动、干扰、潮湿、高温严寒和人为破坏等难题,为水库大坝监测提供了现代化的方法手段。
3.2系统防避雷技术研究
由于监测系统设备在坝面安装,无廊道屏蔽、系统分布范围大,导致土石坝安全自动监测系统易遭雷击。专业统计分析表明,有90%的雷害是由感应雷电流沿通讯电缆、电源电缆进入系统损毁设备[4],因此,研究工程防雷措施应同时从构建覆盖整套系统的屏蔽防护体系、切断雷电流传输通道、建造良好下泻通道最大限度输导雷电流等方面入手,具体工程措施包括:数据传输主干路采用光缆通讯;所有电缆采用镀锌钢管保护并地埋敷设,使系统设备和通讯线路完全置于全屏蔽法拉第笼的保护之下;合理利用测压管体系构建接地系统,使系统接地电阻在1 ω以下;所有设备采用单端接地方式,避免由于地电位差引入干扰;在各信号电缆、电源电缆两端加装浪涌识别防雷设备,切断雷电流传输通道;为整个系统加装避雷针,最大限度降低直击雷危害等。同时,研究设计了串联式浪涌识别电源防雷、串联式信号线避雷、分散式联合接地系统模式和电源稳压系统,有效避免了直击雷、感应雷和电压浪涌波动对系统的破坏和影响。
3.3水库大坝安全分析评价预报系统
为开发建立具有通用性、可移植性水库大坝安全分析评价预报系统,该研究将系统划分为数据采集子系统、数据管理信息子系统和分析评价预报子系统。对采集数据库的效率优化、监测数据动态维护管理、坝体变形安全分析模型理论、渗流安全分析模型理论进行了深入研究。建立集坝体裂缝分析、过程线分析、浸润线分析、位势分析、相关分析及坝体安全综合评价(包括坝体安全评价体系与评价准则的建立、模糊综合评价模型、灰色关联度评价模型与人工神经网络评价模型的开发)等功能的大坝安全分析评价预报系统。
4小结
通过对大坝安全监测自动化技术研究,目前已形成一套成熟稳定的开发建设模式,项目研究成果对水库大坝安全监测自动化建设与除险加固改造具有全面的指导作用。该成果的实施能够极大地提高水库大坝的安全监测水平,提高水库防洪和供蓄水能力,发挥水库的巨大作用。对水库流域的可持续发展具有重大促进作用和应用价值。此项成果具有重要的推广价值,目前该技术已在省内外多座水库应用,应用效果良好。
5参考文献
[1] 刘奇,高永超,何维民.论棋盘山水库大坝安全监测自动化系统技术研究[j].现代农业科技,2009(7):280,282.
[2] 朱盟.大伙房水库大坝安全监测自动化系统技术研究[j].现代农业科技,2007(23):220,222.
[3] 潘伟晖,何建新.浅谈磨子潭水库大坝安全监测自动化系统建设[j].治淮,2007(8):36-38.
[4] 许长亭,周大鹏,王瑞,等.喀左县瓦房店水库大坝安全监测系统土建中的问题与解决方法[j].现代农业科技,2007(18):224-225.
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