水電站大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀及展望

水電站大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀及展望摘要：本文針對水電站大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)開展研究，首先對大壩基準點布網(wǎng)、變形觀測點布置、浸潤線和滲流監(jiān)測布置進行詳細說明；然后闡述了電站現(xiàn)有外部變形監(jiān)測系統(tǒng)的組成和框架，并對未來應(yīng)用云服務(wù)的系統(tǒng)進行分析，最后展望大壩自動化監(jiān)測的發(fā)展方向和管理思路。關(guān)鍵字：大壩；自動化監(jiān)測；云服務(wù)1.概況水電站大壩安全切實影響電廠自身效益和下游人民生命財產(chǎn)安全，與國民經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境緊密相連。水電站位于牡丹江下游一座大型水電站，電站裝機550MW為引水式電站，水庫為不完全多年調(diào)節(jié)水庫，壩址地處寒冷地區(qū)；電站水工建筑物由大壩、二壩、引水系統(tǒng)、溢洪道、開關(guān)站和廠房等建筑物組成。大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩高71.8米；二壩為黏土心墻堆石壩，壩高47.2米溢洪道為岸坡開敞式，設(shè)計7孔弧形門。1.水電站大壩監(jiān)測布置水電站監(jiān)測系統(tǒng)有7個類別，主要包括：環(huán)境量監(jiān)測（上游水位、冰壓力、降雨）、變形監(jiān)測（內(nèi)部變形、表面變形、防滲透變形）、大壩內(nèi)部/二壩變形監(jiān)測（水平位移、垂直位移）、大壩滲流監(jiān)測（繞壩滲流、滲流量）、二壩滲流監(jiān)測（浸潤線、繞壩滲流、滲流量）、溢洪道監(jiān)測（水平位移、垂直位移）、廠房后邊坡和進水口邊坡監(jiān)測。基準點網(wǎng)布置水平位移觀測基點網(wǎng)布置，施測精度按一等三角網(wǎng)并采用邊角網(wǎng)TCA2003，邊角網(wǎng)由大壩區(qū)域的19個點組成，布置情況如圖1所示。垂直位移觀測的基點網(wǎng)布置，精密水準網(wǎng)由大壩下游區(qū)26個水準點組成，其中基點網(wǎng)中設(shè)置1個原點組（4點）位于壩下游1.8km處。其中2個水準支線和4個水準環(huán)線組成近壩區(qū)域各點的水準網(wǎng)。原點組以4個點構(gòu)成大地四邊形環(huán)線。施測精度按國家一等水準并采用因瓦水準標尺和NI002A精密水準儀。圖1.電站水平位移觀測基點網(wǎng)示意圖大壩和二壩變形觀測點的布置水平位移測點布設(shè)共52個，從大壩迎水面至背面布置5排；為校測內(nèi)部變形在各觀測室外設(shè)各部聯(lián)系測點6個，如圖2所示兩部分共計58個點。大壩防滲面板施測精度按國家二等三角由人工觀測按邊角交會法進行，利用工作基點L9Lil、L16和L14對壩上的12個水平位移測點進行測量，采用的儀器為TCA2003全站儀。垂直位移測點與水平位移測點同墩布設(shè)，墩腳位置設(shè)置垂直位移測點，共計34個（防浪墻和壩前面板沒有設(shè)置垂直位移測點），編號和樁號與水平位移測點相同。施測精度按國家二等，采用水準閉合或附合水準路線。圖2.圖2.電站大壩和二壩變形測點布置圖二壩浸潤線監(jiān)測布置二壩心墻浸潤線監(jiān)測在2個斷面（1+043和l+074m）布置3排6個測壓管，鉆孔采用300型地質(zhì)鉆機，采用清水鉆進并用土工膜布包裹，有利于透水又能防止泥沙滲入管內(nèi)。大壩、二壩繞壩滲流監(jiān)測布置大壩、二壩繞壩滲流孔共布置18孔，其中大壩右岸山體及山腳布設(shè)7孔，編號W1-W7，大壩左岸山體9孔，編號W10-W18，大壩與二壩之間山體2孔，編號W8-W9,目前人工采用電測水位計進行觀測。大壩、二壩滲流量監(jiān)測布置大壩滲流量觀測是利用壩下游建設(shè)期帷幕灌漿，采用旋噴樁高壓噴灌方法在地下形成一道帷幕防滲墻，抗?jié)B指標按小于1x」Tcm/s，并具有足夠耐久性；防滲墻攔截大壩壩基滲水，將滲水量匯集通過0+256m處設(shè)置的量水堰（三角形薄壁），測量大壩的總滲流量。二壩地表滲流量觀測是利用下游壩腳處濾水壩趾作為排水溝，在二壩下游樁號1+054m處向下游突出部位設(shè)置一個三角形薄壁量水堰，測量二壩壩體滲漏量。二壩壩基滲流量觀測是通過測壓管埋設(shè)來測定，垂直于水流方向布設(shè)6排，順水流方向布置2根，編號A1-A6,B1-B6。1.大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)

3.1水電站外部變形自動化監(jiān)測系統(tǒng)觀測項目要設(shè)置少而精，有針對性的對大壩重點部位和薄弱環(huán)節(jié)開展監(jiān)測。水電站所有水工建筑物外部變形的自動化監(jiān)測項目，首先要實現(xiàn)重點部位、重要項目的自動化監(jiān)測，并且遵循先進可靠、安全實用、經(jīng)濟合理的原則。外部變形自動化監(jiān)測實施水平位移和垂直位移兼顧，垂直位移監(jiān)測以水準測量成果為主要依據(jù)。變形監(jiān)測觀測站采用全自動全站儀，系統(tǒng)組成包括：全站儀、通信及電源設(shè)備、電腦終端及系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)終端接入局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，自動化監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對遠程設(shè)備的監(jiān)控與管理。電站大壩周圍分區(qū)域觀測位移測點分布5臺自動化全站儀進行觀測。各全站儀采集的數(shù)據(jù)匯集到同一個數(shù)據(jù)庫并進行系統(tǒng)的處理與分析，電站外部變形自動化監(jiān)測系統(tǒng)如圖3所示。變冊監(jiān)測瞬百旳需汕樹巨石旳焉汕樹巨萸北品汕棱袒T-為手機屯言再業(yè)盂.卜電k贋土衽繪世-一茍機旦詁監(jiān)控中心朋務(wù)器世冋與負隹用統(tǒng)變冊監(jiān)測瞬百旳需汕樹巨石旳焉汕樹巨萸北品汕棱袒T-為手機屯言再業(yè)盂.卜電k贋土衽繪世-一茍機旦詁監(jiān)控中心朋務(wù)器世冋與負隹用統(tǒng)圖3.電站外部變形自動化監(jiān)測系統(tǒng)圖自動全詣儀砌眩占L4J自動寶站位觀測站何自動全站儀沏別詁;LlSi自動全站儀浜別詁L1B)自動全站怕觀測站㈣才控計算機⑴功控計尊機囚功控計算機間功控計算機冋功控計當機15]機疑鑒視器V大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)+云服務(wù)傳統(tǒng)大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)需配置監(jiān)測中心站、工程安全監(jiān)控系統(tǒng)與檢測信息管理系統(tǒng)、采集軟件等，然而隨著大數(shù)據(jù)和云計算新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析成為走向智能運維的趨勢。如圖4所示，根據(jù)水電站現(xiàn)有自動化監(jiān)測設(shè)備和布置方式，觀測數(shù)據(jù)通過云端服務(wù)器進行統(tǒng)計和分析，將重要信息反饋給電廠。具體項目包括：大壩安全狀態(tài)跟蹤、預(yù)警信息分析指導(dǎo)、疑難現(xiàn)象技術(shù)分析和處理意見、監(jiān)測數(shù)據(jù)整理和審核、監(jiān)測資料年度整編和分析報告等。圖4.監(jiān)測系統(tǒng)+云服務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖1.結(jié)論大壩監(jiān)測項目的重點一直圍繞變形、滲流和應(yīng)力應(yīng)變開展，自動化設(shè)備、傳感器和控制器已達技術(shù)成熟水平，因此大壩運行管理應(yīng)步入新階段，大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)將是未來分析和管理的重要手段。展望未來，大壩監(jiān)測應(yīng)從提高檢測方法和手段轉(zhuǎn)變?yōu)榧訌姳O(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析；監(jiān)測系統(tǒng)簡約化、運行管理移動化、統(tǒng)計分析智能化將為日后系統(tǒng)整合做準備。水電站大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)從檢測布置開始逐步完善，監(jiān)測理念隨新技術(shù)應(yīng)用不斷更新，未來云服務(wù)的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析將有力支撐大壩安全管理和智能化電站推進。參考文獻：唐崇釗，陳燦明，黃衛(wèi)蘭，水工建筑物安全監(jiān)測分析[M