大壩安全監(jiān)測的設(shè)計施工

大壩安全監(jiān)測的設(shè)計施工

濰坊金水華禹信息科技有限公司

目錄

1安全監(jiān)測的重要性及失事舉例

2安全監(jiān)測的設(shè)計

2.1混凝土壩的監(jiān)測設(shè)計

2.1.1變形監(jiān)測

2.1.2滲流監(jiān)測

2.1.3內(nèi)部監(jiān)測

2.2土石壩的監(jiān)測設(shè)計

2.2.1滲流監(jiān)測

2.2.2變形監(jiān)測

3觀測儀器

3.1垂線坐標儀、引張線儀

3.2差阻式儀器

4自動化系統(tǒng)的設(shè)計

1安全監(jiān)測的重要性及失事舉例

大壩建造在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖土特性不平均的地基上，在各種荷

載的作用和自然因素的影響下，其工作性態(tài)和安全狀況隨時都在變

化。如果顯現(xiàn)非常，又不被及時發(fā)覺，任其發(fā)展，其后果不堪設(shè)想。

國內(nèi)外大壩失事的實例不少。1975年8月暴雨洪水導(dǎo)致板橋水庫

和石漫灘水庫失事，造成大面積水災(zāi)和人員傷亡，京廣線也被局部沖

毀，缺失龐大。1993年8月27日溝后水庫失事，造成水庫下游13km

處的恰卜恰鎮(zhèn)500人傷亡，直接經(jīng)濟缺失1.53億元。

如果事先運用有效的觀測手段對這些工程進行監(jiān)測，就能及時發(fā)

覺問題，采取有效的工程措施，就能避免災(zāi)難。1962年安徽梅山連

拱壩右岸基巖發(fā)覺大量漏水，右岸13#垛垂線坐標儀，觀測三天內(nèi)向

左岸傾斜57.2mm,向下游位移了9.4mm,且右岸各垛連續(xù)發(fā)覺大裂

縫，經(jīng)過分析是右岸基巖發(fā)生錯動。在垂線坐標儀監(jiān)測下放空水庫進

行加固處理，避免了一場潰壩事故。1985年6月12日在長江三峽的

新灘，發(fā)生大滑坡，2000萬n?堆積體連帶新灘古鎮(zhèn)一起滑入江中。

可是險區(qū)居民全部提前安全撤出，無一傷亡，這全靠安全監(jiān)測所作出

的準確預(yù)報。

大壩失事的原因是多方面的，從世界上300多座大壩失事的原因

分析，認為35%是泄洪能力不足，在勘測、設(shè)計中洪水運算和防洪能

力方面存在問題，大部分失事是洪水以外的工程原因，有一個量變到

質(zhì)變的過程，可以用監(jiān)測方法及早發(fā)覺的。為了保證大壩、下游人民

生命財產(chǎn)的安全及社會的安定，我們國家對水庫大壩的安全制定了相

應(yīng)的法律法規(guī)及規(guī)范，來加強水庫大壩運行期的安全治理。

?土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SL60-94)

?混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SDJ336-89),能源部，水利部,1989年

?混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(DL/T5178-2003),國家經(jīng)濟貿(mào)易位員

會

?水庫大壩安全治理條例，國務(wù)院，1991年

?水電站大壩安全治理辦法，電力工業(yè)部，1997年

?水電站大壩安全監(jiān)測工作治理規(guī)定，電力工業(yè)部，1997年

?大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件(SL268-2001),水利

部，2001年

2大壩安全監(jiān)測的設(shè)計

巖土工程的安全監(jiān)測設(shè)計應(yīng)該看成整個工程設(shè)計的一個重要組成

部分，根據(jù)建筑物的等級確定監(jiān)測項目，監(jiān)測設(shè)計必須與所有其他工

程設(shè)計一樣統(tǒng)一安排。監(jiān)測設(shè)計貫穿于工程設(shè)計、施工以及整個工程

壽命期內(nèi)，合理的監(jiān)測設(shè)計可以獲得作為工程安全狀況的正確評估，

還可以改進大壩的設(shè)計、指導(dǎo)大壩的施工，使未來的設(shè)計、施工和運

行更合理、更安全。

大壩安全監(jiān)測工作一樣分以下幾個階段：

?可行性研究階段。應(yīng)提出監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案、觀測項目及

其所需要的儀器設(shè)備的數(shù)量和投資估算(一樣約占主體建筑物總

投資的1?3%)。

?初步設(shè)計階段。應(yīng)優(yōu)化監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案、測點布置、觀

測設(shè)備及儀器的數(shù)量和投資概算。

?招投標設(shè)計階段。應(yīng)提出觀測儀器設(shè)備的清單、各主要觀測項目

及測次；各觀測設(shè)施安裝技術(shù)要求和投資預(yù)算。

?施工階段。應(yīng)根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計和技術(shù)要求，提出施工詳圖。承

包商應(yīng)編制施工規(guī)程，做好儀器設(shè)備的安裝、埋設(shè)、調(diào)試和保護、

電纜走線、施工期觀測及施工期觀測資料分析，及時指導(dǎo)大壩施

工，并應(yīng)保證觀測設(shè)施的完好率及觀測數(shù)據(jù)連續(xù)、準確、完整。

工程竣工時，應(yīng)將觀測設(shè)施和竣工圖、埋設(shè)記錄、施工期觀測記

錄、以及整理分析等全部資料匯編成正式文件，移交治理單位。

?正常運行階段。應(yīng)根據(jù)正常運行階段的監(jiān)測設(shè)計，進行正常的合

特別巡視檢查與觀測。對監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)施進行檢查、保護、校驗、

更新、完善，定期托付科研院所等專業(yè)機構(gòu)對監(jiān)測資料進行整編、

分析、作出工程性態(tài)評判，提出監(jiān)測報告和安全預(yù)報意見。

2.1混凝土壩的監(jiān)測設(shè)計

在混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(DL/T5178-2003)中按照大壩的

級別對各個監(jiān)測項目的設(shè)定有明確的規(guī)定（見附表1）,對新建大壩各

個觀測項目規(guī)定了觀測周期。各個監(jiān)測項目應(yīng)該相互和諧和同步，變

形監(jiān)測、滲流滲壓監(jiān)測和應(yīng)力應(yīng)變溫度等監(jiān)測儀器儀器宜在同一重要

觀測壩段上布置，以便相互校核和補充。

觀測斷面的挑選和觀測儀器的布置應(yīng)該根據(jù)工程規(guī)模、建筑物等

級、結(jié)構(gòu)特點及監(jiān)測目的確定。儀器布置應(yīng)該挑選有代表性的壩段進

行，所謂有代表性的壩段，一樣指最大壩高壩段或觀測成果易于與設(shè)

計比較的壩段。當?shù)鼗嬖诘刭|(zhì)問題時，如脆弱夾層、泥化夾層，監(jiān)

測重點應(yīng)是基礎(chǔ)和與基礎(chǔ)結(jié)合的混凝土壩內(nèi)的壩踵、壩址部位。

重力壩可以選取溢流壩段或非溢流壩段作為重點觀測壩段，對地

質(zhì)復(fù)雜的工程可增設(shè)一個壩段，作為次要觀測壩段，其他作為一樣觀

測壩段；拱壩擬挑選拱冠梁和拱座作為重點觀測壩段，對于高拱壩還

可以在1/4拱、3/4拱處各挑選一個壩段作為次要觀測壩段；對于支

墩壩一樣挑選一個壩高較大的支墩作為重點觀測壩段，對于重要和基

礎(chǔ)地質(zhì)情形復(fù)雜的工程，可以增設(shè)觀測壩段，并作為次要觀測壩段，

其他作為一樣觀測壩段。

2.1.1變形監(jiān)測

混凝土壩的變形監(jiān)測項目主要有壩體變形、接縫、裂縫，以及壩

基變形、滑坡體和高邊坡的位移等。在混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范

中規(guī)定了各個監(jiān)測量的精度要求和符號約定，各個項目測量時應(yīng)該盡

量同步。

2.1.1.1變形監(jiān)測的精度和符號

?變形監(jiān)測的精度一樣按照表1要求。

?變形量的正負號遵守如下規(guī)定

1水平位移：向下游為正，向左岸為正，反之為負。

2垂直位移：下沉為正，上升為負。

3傾斜：向下游轉(zhuǎn)動為正，向左岸轉(zhuǎn)動為正，反之為負。

4接縫和裂縫開合度：張開為正，閉合為負。

5高邊坡和滑坡體位移：向下滑為正，向左為正，反之為負。

表1變形監(jiān)測的精度

項目位移量中誤差限值

重力壩支墩壩±1.0

壩頂徑向±2.0

拱壩

切向±1.0

水平位移(mm)

重力壩支墩壩±0.3

壩基徑向±0.3

拱壩

切向±0.3

壩頂±1.0

壩體垂直位移(mm)

壩基±0.3

壩體±5.0

傾斜(〃)

壩基±1.0

壩體表面接縫和裂縫(mm)±0.2

水平位移±2.0

近壩區(qū)石體和IWJ邊坡(mm)

垂直位移±2.0

水平位移±3.0(巖質(zhì)邊坡)

±5.0(土質(zhì)邊坡)

滑坡體(mm)

垂直位移±3.0

裂縫±1.0

2.1.1.2水平變形監(jiān)測的設(shè)計

1水平位移變形監(jiān)測方式挑選和測點的布置

順水流方向和垂直壩軸線方向的水平位移，可以用垂線一引張線

或視準線方式觀測。垂線直線一引張線方式配置適當?shù)淖詣踊瘻y量儀

器就可實現(xiàn)自動化測量，并且可以和人工觀測并存。視準線方式一樣

用于人工觀測。直形重力壩或支墩壩壩體和壩基水平位移宜采用垂

線一引張線方式觀測，引張線可以分段布置，分段中間要設(shè)垂線。如

果壩體較短，條件有利，壩體水平位移可采用視準線法觀測。拱壩壩

體和壩基水平位移宜采用導(dǎo)線法觀測，如果條件答應(yīng)，也可以用垂線

方式測量水平位移。拱壩和高重力壩近壩區(qū)巖體水平位移，應(yīng)布設(shè)邊

角網(wǎng)，監(jiān)測巖體的變形。

水工建筑物位移標點的布置，應(yīng)該根據(jù)建筑物的重要性、規(guī)模、

施工、地質(zhì)情形以及采用的觀測方法而定，以能全面把握建筑物及基

礎(chǔ)的變形狀態(tài)為原則。通常垂直位移與水平位移標點設(shè)在同一觀測墩

上。

垂線測點的設(shè)置，第一應(yīng)該挑選地質(zhì)或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壩段，其次是

最高壩段和其他有代表性壩段。拱壩的拱冠和拱座應(yīng)設(shè)置垂線，較長

的拱壩還應(yīng)在1/4拱和3/4拱處設(shè)置垂線，各高程廊道與垂線相交處

應(yīng)設(shè)置垂線觀測點。

水平位移測點，應(yīng)盡量在壩頂和基礎(chǔ)廊道設(shè)置。高壩還應(yīng)該在中

間高程廊道設(shè)置測點，每個壩段宜設(shè)置一個測點。

2工程實例

大壩下游立視圖

3垂線的設(shè)計

垂線測量的是壩體順水流方向及垂直水

流方向的壩體水平位移，有正垂線、倒垂線

之分。正垂線就是在建筑物頂上懸掛鋼絲，

在基礎(chǔ)廊道內(nèi)設(shè)掛重及垂線測點，利用倒垂

線可以測量壩頂?shù)交A(chǔ)廊道的相對位移，設(shè)

備簡單，安裝方便。倒垂線是指從壩頂或壩

體基礎(chǔ)廊道鉆孔到壩基相對不動點，將鋼絲

錨固在孔底，在壩頂或基礎(chǔ)廊道設(shè)浮桶及垂

線測點，利用正垂線可以測量壩頂或基礎(chǔ)廊

道的絕對位移。

垂線的中部壩體廊道內(nèi)也可以設(shè)垂線測圖1典型正、倒垂線布置

點。垂線長度不宜大于50米，否則垂線容

易受空氣對流而震動，不易回到平穩(wěn)位置，造成測量誤差。

正倒垂結(jié)合時宜在同一個觀測墩上銜接，否則正倒垂之間的壩體

變形應(yīng)設(shè)因瓦尺或量具儀觀測。

?正垂線設(shè)計

正垂線重錘應(yīng)設(shè)止動片，阻尼箱內(nèi)應(yīng)裝防銹、粘性小的抗凍液體,

其內(nèi)徑和高度應(yīng)該比重錘直徑和高度大10?20cm。重錘重量一樣按下

式確定：W>20(l+0.02L),式中：W—重錘重量，kg；L—垂線長度，

垂線鋼絲宜采用強度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重

量的2倍，宜適用中1.0mm?1.2mm的鋼絲，一樣垂線鋼絲直徑不宜

大于中1.6mm。垂線安裝完成有效孔徑應(yīng)不小于85mm。

觀測站宜用鋼筋混凝土觀測墩，觀測站宜設(shè)防風保護箱或修建安

全保護觀測室。

?倒垂線設(shè)計

倒垂線鉆孔深入基巖深度應(yīng)該按照壩工設(shè)計運算結(jié)果，達到變形

可以或略處，缺少該項運算結(jié)果時，可取壩高的1/4?1/2,鉆孔深度

不小于10m。

倒垂線孔內(nèi)宜埋設(shè)壁厚5~7mm無縫鋼管作為保護管，內(nèi)徑不宜

小于100mm,垂線安裝完成有效孔徑應(yīng)不小于85mmo

垂線浮體組宜采用恒定浮力式，浮子的浮力一樣按下式確定：

P>250(l+0.01L)式中：P—浮子浮力，N；L—測線長度,M。

垂線鋼絲宜采用強度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重

量的3倍，宜適用中1.0mm?1.2mm的鋼絲，一樣垂線鋼絲直徑不宜

大于①1.6mm。

4引張線的設(shè)計

引張線的設(shè)備包括端點裝置、測點裝置、測線及其保護管。

端點裝置可采用一端固定、一端加力的辦法，也可以采用兩端加

力的方法。

測線愈長引張線所需要的拉力愈大。長度為200?600m的引張線,

一樣采用40?80kg的重錘張拉。重錘重量按下式運算H=S?W/(8Y)式

中：S—引張線長度，m；W—引張線鋼絲單位重量，kg/m；H—水平

拉力(重錘重量)，kg；Y—引張線懸鏈線直徑，mm。

引張線鋼絲宜采用強度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘

重量的2倍，宜適用中0.8mm?1.2mm的鋼絲。

引張線保護管一樣用O110-160mm的PVC管。

5視準線的設(shè)計

視準線應(yīng)離障礙物1m以上。工作基點應(yīng)采用鋼筋混凝土墩，測

點設(shè)觀測墩，墩上埋設(shè)強制對中底盤要求水平，配活動占標，高于地

面1.2m。

為了保證觀測精度，視準線的長度不能過長，一樣按如下控制：

重力壩和支墩壩300m

拱壩300m

滑坡體800m

2.1.13豎直變形監(jiān)測

豎直變形是指壩體鉛直方向的變形，即壩體沉降。沉降測點可以

和水平位移測點結(jié)合布置，可與視準線的水平位移測點布置在同一個

測點墩上。

壩體廊道和壩面的沉降變形可以使用精密水準測量，如需要實現(xiàn)

自動化測量，可以采用利用連通管原理設(shè)計的靜力水準儀系統(tǒng)。

引張線示意圖

L-^9i

（圖三）引張線系統(tǒng)

23壩段

靜力水準原理

沉降測點墩結(jié)構(gòu)

視準線觀測墩立面圖

觀測墩頂面

2.1.2滲流監(jiān)測

大壩及其基礎(chǔ)的滲流監(jiān)測，是安全監(jiān)測的主要項目。壩基揚壓力是

壩體外荷載之一，是影響大壩穩(wěn)固的重要因素，壩體揚壓力主要是指

溷尼姑水平施工縫上的孔隙水壓力。如果孔隙水壓力過大，說明施工

面上結(jié)合不良。壩基滲流量突然增大，說明壩基破碎帶處理或灌漿成

效不佳，兩岸混凝土與基巖接觸不良。若壩體滲流量突然增大，可能

是壩體混凝土顯現(xiàn)裂縫所致?？傊?，滲流監(jiān)測必不可少。

2.1.2.1揚壓力監(jiān)測布置

?壩基揚壓力監(jiān)測的布置。

揚壓力觀測應(yīng)該根據(jù)建筑物的類型、規(guī)模、壩基地質(zhì)條件和滲流

控制的工程措施等設(shè)計布置。一樣應(yīng)該設(shè)縱向觀測斷面1?2個，每個

壩段不少于1個測點，如地質(zhì)條件復(fù)雜，則應(yīng)適當增加測點。橫向觀

測斷面至少2個，依據(jù)壩的長度而定，橫斷面間距一樣50?100m。以

重力壩、重力拱壩及支敦壩為例，橫斷面上測點的布置以能繪制揚壓

力分布圖形為準，一樣5?6個，帷幕前一個測點，帷幕后一個測點，

排水幕線上一個，排水幕后2?3個，測點一樣布置在壩段中心線或支

敦中心線上。簿拱壩一樣不測揚壓力，僅在排水幕上布置測點，檢驗

帷幕灌漿成效，測點也一樣每個壩段設(shè)一個點。

壩基揚壓力監(jiān)測一樣埋設(shè)U形測壓管，測壓管用①1?2寸鋼管引

到觀測廊道，必要時也可以埋設(shè)滲壓計。排水幕處的測壓管一樣布置

在排水孔之間，但決不能用排水孔作測壓管觀測孔。排水孔一樣深入

壩基深處，而揚壓力觀測孔一樣在建基面下L0m。

?壩體揚壓力的監(jiān)測布置

觀測混凝土壩壩體的滲透壓力，宜采用滲壓計（或稱孔隙水壓力

計），觀測斷面一樣設(shè)在水平施工縫上。每個截面上的測點宜在上游

壩面到壩體排水管之間，或在該截面高程上最大靜水壓力的是分之一

處，而且在廊道上游面排水管中心線上觀測。

2.1.2.2滲流量監(jiān)測布置

滲流量的布置應(yīng)該結(jié)合樞紐布置，對滲流的流向、集流和排水設(shè)

施統(tǒng)籌規(guī)劃，然后進行滲流量的觀測設(shè)計。滲流量觀測一樣采用單孔

排水量和量水堰觀測，或者采用容積法觀測。布置時應(yīng)該注意將壩體

滲流量和壩基滲流量分開觀測，壩體滲流排水多流入排水溝內(nèi)。因此,

可以在不同高程的廊道設(shè)置量水堰觀測不同部位的滲流量。壩基滲流

量應(yīng)將河床壩段和兩岸壩段分開觀測，可以采用單孔滲流量計。大壩

總滲流量可以通過集水井用容積法觀測。

2.1.2.3繞壩滲流監(jiān)測布置

測點布置應(yīng)該根據(jù)地勢、樞紐布置和繞壩滲流區(qū)巖體滲流特性而

定。在兩岸的帷幕后順帷幕方向布置兩排測點，測點布置在靠壩肩處

較密，帷幕前可以不知少量的測點。

典型壩基測壓管布置

揚壓力觀測縱向布置

量水堰的結(jié)構(gòu)

1-1

水流

--------------?

堰板

（三角堰

梯形堰

矩形堰）

量水堰布置

2.1.3混凝土壩內(nèi)部觀測

混凝土壩內(nèi)部觀測一樣指應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測等項目，它應(yīng)當

與變形、滲流監(jiān)測等項目結(jié)合布置，組成一個大壩的完整的安全觀測

系統(tǒng)。

混凝土壩內(nèi)部觀測一樣挑選典型壩段作為觀測壩段，進行全面觀

測，同時針對某些特別情形在其他壩段布置一些適當?shù)膬x器進行某些

項目的觀測。觀測壩段挑選的原則，在整座大壩的各個壩段中從壩體

結(jié)構(gòu)、壩基地質(zhì)條件和壩高等方面來看具有代表性的壩段。例如挑選

高度最大或基巖最差的壩段作為觀測壩段，也可以在非溢流壩段和溢

流壩段各挑選一個壩段作為觀測壩段。

觀測壩段選定后，在壩段內(nèi)選定個垂直于壩軸線的橫斷面稱為觀

測斷面，一樣挑選通過壩段中心線的斷面。

為了監(jiān)測壩體和壩基的應(yīng)力狀態(tài)及壩體和壩基抗滑穩(wěn)固，一樣布

置以下三類內(nèi)部觀測儀器。

?壩體工作狀態(tài)的影響因素或荷載的觀測

溫度是影響大壩位移的主要因素，也是施工期間澆筑混凝土和進

行壩縫灌漿的重要控制參數(shù)，基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土的溫度控制不好，就

容易引起不易發(fā)覺的貫穿性裂縫，因此在觀測壩段需要進行監(jiān)測。溫

度計在觀測斷面上一樣成網(wǎng)格形布置，測點的間距一樣為8?15m,壩

面鄰近的測點間距可小些，上游壩面布置水溫計，下游壩面布置混凝

土表面溫度測點及導(dǎo)溫系數(shù)測點。

擋水壩段溫度計安裝位置示意圖

拱壩壩體溫度計分布

?壩體應(yīng)力狀態(tài)的觀測

壩體應(yīng)力狀態(tài)的觀測重點是靠近底部的基礎(chǔ)觀測截面，因為距離

壩底愈近，水荷載和自重引起的應(yīng)力愈大，因此基礎(chǔ)觀測截面的應(yīng)力

狀態(tài)在壩體強度和穩(wěn)固控制方面起關(guān)鍵作用。但為了躲開基坑不平和

邊界造成的應(yīng)力集中，基礎(chǔ)觀測截面距壩底不宜小于5m。重力壩的

應(yīng)力分布受到壩體施工方法的影響，同倉澆筑的混凝土基礎(chǔ)觀測截面

的應(yīng)力是連續(xù)分布的，應(yīng)變計組的布置按平面變形問題考慮，可以布

置4向或5向應(yīng)變計組，其中4向應(yīng)變計組構(gòu)成的平面與觀測基面重

合。

應(yīng)力應(yīng)變觀測示意圖

里石門拱壩拱圈應(yīng)變計衣置

?壩體接縫和壩基基巖變形觀測

重力壩和支墩壩的縱縫都需要灌漿膠結(jié)成整體，整體重力壩的橫

縫也需要進行灌漿。為了監(jiān)測灌漿前后壩縫的開度變化，以及在灌漿

時控制壓力，在灌漿區(qū)中部壩縫內(nèi)要設(shè)置測縫計。

壩基底部的壩踵和壩趾分別埋設(shè)2支以上基巖變

形變位計對于壩體抗滑穩(wěn)固性有監(jiān)測作用，壩踵垂直

向布置的基巖變形計可以同時監(jiān)測上游壩踵是否因為壩體

拉應(yīng)力引起基巖裂縫張開或壩底和基巖脫開?；鶐r變位計

基巖變位計布置圖

2.2土石壩的監(jiān)測設(shè)計

土石壩的安全監(jiān)測，必須根據(jù)工程等級、規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式，地勢、

地質(zhì)條件等因素，設(shè)置必要的監(jiān)測項目及其相應(yīng)設(shè)施，定期進行系統(tǒng)

的觀測。土石壩施工期以監(jiān)測填筑壩體的孔隙水壓力和變形為主保證

壩體填筑的穩(wěn)固，運行期以監(jiān)測壩體浸潤線和滲流量以及下游壩坡位

移為主，以確保壩坡穩(wěn)固。

2.2.1滲流監(jiān)測

安全監(jiān)測項目的挑選以確保工程安全為前提，優(yōu)先保證重點部位

的監(jiān)測。加強土石壩滲流和外部變形觀測，同時輔之以一些特定項目

的監(jiān)測。

?滲流量監(jiān)測

在大壩下游壩趾建量水堰，是常用的方法。這需要作截水墻以聚

集滲水，對于建在深沖積層上的土壩更必須這樣做，否則大部分滲

水從下部的沖積層漏走了。截水墻在施工期進行壩基處理時就進行,

減少一些重復(fù)工程量和后期施工時的困難。

由于土石壩所在范疇廣，滲流量監(jiān)測容易受到降雨的影響。

?壩體浸潤線觀測

浸潤線觀測斷面宜挑選在最大壩高處、合龍段、地勢或地質(zhì)條件

復(fù)雜處，一樣不少于3個，并盡量與變形、應(yīng)力應(yīng)變觀測斷面相結(jié)合。

在每個橫斷面內(nèi)從壩頂往下游壩坡布置3?5個測點，觀測水位，繪

制浸潤線。

浸潤線觀測的可以采用測壓管方式或埋設(shè)滲壓計方式。一樣如下

原則挑選：

1作用水頭小于20m的壩，滲透系數(shù)大于或等于lOam/s的土體

中，滲透壓力變幅小的部位，宜采用測壓管方式。

2作用水頭大于20m的壩，滲透系數(shù)小于10-4cm/s的土體中，觀

測不穩(wěn)固滲流過程以及不適宜埋設(shè)測壓管的部位（如上游鋪蓋或斜墻

底部、接觸面等），宜采用埋設(shè)滲壓計方式，其量程應(yīng)與測點水壓力

相適應(yīng)。

?繞壩滲流觀測

在大壩與兩岸山坡連接處，沿壩腳線，從壩頂?shù)较掠尾贾脻B流壓

力測點。

2.2.2變形監(jiān)測

變形監(jiān)測的項目，主要有壩的表面變形，內(nèi)部變形，裂縫及接縫

等。變形監(jiān)測的正負號規(guī)定與混凝土壩類似。

2.2.2.1表面變形監(jiān)測

表面變形的橫向觀測斷面通常選在最大壩高、合龍?zhí)?、地勢突?/p>

處、地質(zhì)條件復(fù)雜處，一樣不少于3個。每個橫向觀測斷面一樣不少

于4個標點，通常在上游壩坡正常蓄水位以上1個，正常蓄水位以下

可根據(jù)需要設(shè)暫時測點，壩頂下游壩肩布置1個，下游壩坡半壩高以

上1?3個，半壩高以下1?2個（含壩腳一個）。

測點的在壩軸線方向上的間距，一樣壩長小于300m時，宜取

20?50m,壩長大于300m時，宜取50?100m。

表面豎向位移及水平位移變形一樣共用一個測點。

某土壩的壩體測壓管浸潤線觀測

觀測垂線

均質(zhì)土壩等勢線觀測布置

電纜

壩而

壩體

高崩解性粘土

2寸鍍鋅鋼管

疆

。?

弋

壓計/

％U

6

0

9

I

10。)

。

IOO丫\一設(shè)計孔底高程

U

30cm0I

N9

測壓管結(jié)構(gòu)示意圖

水庫視準線

三角網(wǎng)工作基點

校核基點

土壩三角網(wǎng)水平位移觀測布置

大壩視準線布置平面圖

2.2.2.1內(nèi)部變形監(jiān)測

為了了解土石壩在施工和運行期間壩體內(nèi)的固結(jié)和沉降（垂直位

移）情形，結(jié)合其他有關(guān)觀測資料進行綜合分析，以判定其穩(wěn)固性和

有無變形裂縫，作用施工控制和工程安全運行的依據(jù)。

土石壩壩體內(nèi)部的固結(jié)和沉降，一樣采用在壩體內(nèi)逐層埋設(shè)橫梁

管式沉降儀，電磁式沉降儀，干簧管式沉降儀，水管是沉降儀等方式。

?沉降觀測

沉降觀測應(yīng)該與壩體其他各種位移觀測、壩體內(nèi)孔隙水壓力的觀

測配合進行。內(nèi)部變形觀測的布置應(yīng)該根據(jù)工程的重要程度，結(jié)構(gòu)形

式，地質(zhì)，地勢，壩長以及施工方法等確定，一樣應(yīng)在原河床、最大

壩高、合龍段、代表性地質(zhì)、特點地質(zhì)處。每根沉降管的測點間距，

應(yīng)根據(jù)壩身填料特性，施工方法而定，一樣為2?5m。沉降管最下一

個測點應(yīng)置于壩基表面，同時測量壩基的沉降量。

水管式沉降儀，測點的布置，一樣沿壩高橫向布置3排，即1/3

壩高處，2/3壩高處，1/2壩高處。

水管式沉降儀原理圖

電磁式沉降儀示意圖

?水平位移監(jiān)測

水平位移是指垂直壩軸線方向和平行壩軸線方向的位移，大壩在上

游水壓力作用下，可能向下游方向位移，也可能是由于壩基或壩體的

抗剪強度降低，產(chǎn)生的側(cè)向位移，這樣的側(cè)向位移可能引起壩體橫向

開裂，以及兩岸脫離，形成不利于壩體安全的滲流通道。因此，在這

些可能產(chǎn)生較大位移部衛(wèi)安裝位移計，觀測大壩在施工和運行期間壩

體內(nèi)部的位移情形，結(jié)合其它觀測項目綜合分析，判定壩坡的穩(wěn)固性,

壩內(nèi)有無隱藏性裂縫，作為施工和運行安全運用的依據(jù)。

壩體內(nèi)部水平位移觀測，一樣沿可能產(chǎn)生有害位移的方向，在壩體

內(nèi)部埋設(shè)引張線式水平位移計、測斜儀、電位器式位移計（TS位移

計）、正倒垂等等設(shè)備觀測。

常用的引張線式位移計適宜水平埋設(shè)，一樣在靠近壩體頂部的左右

岸區(qū)，分層設(shè)在最大壩高斷面的粗粒料區(qū)，分設(shè)高程約為1/3、2/3、

1/2壩高處。

引張線式位移計原理圖

測斜儀工作原理

3觀測儀器

3.1垂線坐標儀、引張線儀

國內(nèi)現(xiàn)己普遍使用的遙測垂線坐標儀有兩種，一種是電容感應(yīng)式

垂線坐標儀，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造，測量速度快。缺點

是:①測值不直觀，必須通過模擬量換算；線性范疇小，超過線性范

疇后精度迅速降低；而且一側(cè)極板受水滴、潮濕影響時即產(chǎn)生很大誤

差。②測量電路復(fù)雜，電纜傳輸模擬量，傳輸電路中聯(lián)接點多，防潮

性能差，易受干擾和雷電流影響而導(dǎo)致故障，因而故障率高。③測量

裝置無互換性，無精確測量基準，修理或更換后資料不能連續(xù)。④無

自校功能，某些部位發(fā)生故障后仍輸出錯誤測值；⑤“中間極”必須

套在垂線鋼絲或引張線鋼絲上，并用導(dǎo)線引出，安裝時擾動垂線，測

量時也帶入誤差。

普遍使用的另一種儀器是步進電機式垂線坐標儀，具有測值直觀,

測量范疇大而測量精度高，抗干擾能力強等優(yōu)點，該種儀器的最優(yōu)產(chǎn)

品為濰坊金水華禹信息科技有限公司的STC-50型垂線坐標儀，具

有如下優(yōu)點：

(1)儀器和垂線鋼絲無任何接觸，無論安裝和測量都不干擾垂線位

移。測值直觀，精確可靠，測量精度不因量程加大而降低。

(2)有2根永久固定在測點上的不銹鋼基準桿，作為測量和自校的

基準，能始終保持測值連續(xù)性和校驗測值正確性，在儀器修理或更換

后能保持資料連續(xù)。

(3)在跟蹤垂線的探頭上有兩對紅外光照準器，相互備用，保證每

次測量都能取得測值，使儀器可靠性大為提高。同時采取了多種密封

防潮措施，使故障率大大降低。

(4)測量裝置和儀器均具有互換性，輸出為數(shù)字量，測量電路的抗

干擾抗雷電流能力強，可靠性高，不易產(chǎn)生故障。

(5)測量系統(tǒng)具有自檢能力，能顯示故障部位，便于修理，部件和

電路更換方便，故障易于排除。

(6)機械加工精密，工藝優(yōu)良，電路和接插件均有多重防潮密封

措施，且有控溫加熱元件保持干燥。

垂線坐標儀主要技術(shù)指標為：

測量范疇：X50mm,Y30mm

辨論力：0.01mm

測量精度：±0」mm

環(huán)境溫度:一10?+50℃

環(huán)境濕度:W95%RH

引張線儀主要技術(shù)指標為:

測量范疇：30/50mm

辨論力：0.01mm

測量精度：±(Mmm

環(huán)境溫度:一10?+50℃

環(huán)境濕度:W95%RH

3.2鋼弦式滲壓計

實現(xiàn)壩體滲流監(jiān)測自動化的儀器有壓阻式、差阻式、電感式和

鋼弦式等幾種類型。由于壓阻式儀器的長期穩(wěn)固性較差，損壞率高，

難以長期應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測；差阻式滲壓計穩(wěn)固性好，但是靈敏度

低，特別是在低水位監(jiān)測的情形下不適用；電感式儀器穩(wěn)固性差，故

障率高，在國內(nèi)許多工程中使用成效不好；鋼弦式傳感器可將測壓管

中水位變換為頻率量遠傳，其靈敏度高，安裝方便，已在國內(nèi)外工程

中大量使用，國產(chǎn)鋼弦式滲壓計由于生產(chǎn)工藝方面的原因，質(zhì)量較差,

特別是長期穩(wěn)固性方面不理想。美國Geokon公司原裝生產(chǎn)的

GK-4500S型鋼弦式滲壓計，該儀器具有靈敏度高，長期穩(wěn)固性好，

溫度影響小等優(yōu)點，已在國內(nèi)幾十座大壩上使用，成效良好，但價格

較高。由美國進口機芯及配件在國內(nèi)組裝的DG-4560s型鋼弦式滲壓

計具備了GK-4500S型的性能，而價格介于國產(chǎn)和原裝進口鋼弦式滲

壓計之間，已在國內(nèi)大量使用，成效良好，DG-4650型鋼弦式滲壓計;

其技術(shù)指標為：

測量范疇：0~50PSI

分辨力：0.025%F.S

準確度：±0.5%F.S

線性度：＜0.5%F.S

3.3差阻式儀器

1932年美國人卡爾遜研制成功差阻式儀器，其原理見下圖所示，

當受到外界的拉壓而變形時，儀器內(nèi)部兩根張緊鋼絲Ri、R2的電阻

發(fā)生差動變化，鋼絲電阻RkR+R2及Z=R/R2能反映儀器所在處的

應(yīng)力、變形的大小。

差阻式儀器在混凝土壩內(nèi)部觀測應(yīng)用非常廣泛。

差阻式儀器的種類

儀器名稱型號規(guī)格

DI-10

DI-25

DI-25DL

應(yīng)變計DI-25DM

DI-25B

應(yīng)DI-15GY

DI-25GY

力配DI-25

無應(yīng)力計

配DI-10

應(yīng)鋼板計配DI-10

CF-5,12

變CF-25

CF-40

測縫計

儀CF-5,12GY

CF-25GY

器CF-40GY

裂縫計配CF-5,12

KL-20,22,25,28,32,36,40

鋼筋計

KL-20,22,25,28,32,36,40GY

SZ-2,4,8,16

滲壓計

SZ-4A

應(yīng)力計WL-30,60

DW-1

溫度計

DW-1GY

土壓力計YUB-2,4,8,16

滲流滲壓揚壓力計YZ-1,5,10

位移計WY-100G

變形儀器三向測縫計SX

水管式沉降儀CJT-1

基巖變位計配CF-5,12

基巖

多點變位計BWC-1

邊坡

錨索測力計MS-1（100噸）

儀器

錨桿應(yīng)力計配KL系列

4自動化系統(tǒng)

早在二十世紀60年代后期，國外已開始研制大壩安全監(jiān)測自動

化設(shè)備，日本第一在梓川的三座壩上實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)采集自動化[1]。

70年代后期意大利在Talvacchia雙曲拱壩上利用模擬運算機和垂線坐

標儀實現(xiàn)了變形監(jiān)控⑵，在Chotas壩上安裝了集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

[3],經(jīng)過改進在Ridracoli壩上安裝分布式系統(tǒng)為主體的混合式系統(tǒng)

[4]o現(xiàn)在發(fā)展了GPDAS分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，更為廣泛應(yīng)用。

美國在80年代初期開始大壩監(jiān)測自動化工作，1981年美國墾務(wù)

局在Monticello拱壩上安裝了集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，總結(jié)體會后認為

分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)更好，從1981年起在FlamingGorge等四座拱壩

上安裝了分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，取得了成功[5],此后即普遍應(yīng)用了

分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

從國外大壩監(jiān)測自動化發(fā)展過程來看都是由集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

向分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展，目前有代表性的國外產(chǎn)品如意大利

ISMES研究所的GPDAS系統(tǒng)，美國GEOMATION公司的2300系統(tǒng)

和SINCO公司的IDA系統(tǒng)都是分布式系統(tǒng)，后二者都已在我國有所

應(yīng)用。

我國的大壩監(jiān)測自動化工作起步雖晚，至今也近30年了。從70

年代末到80年代中期，解決了差動電阻式儀器的高精度遠距離自動

化集中測量問題，80年代中期已有兩種類型的遙測垂線坐標儀的大

壩上使用，通過國家“七五”攻關(guān)計劃的實施，研制成功了集中式數(shù)

據(jù)采集系統(tǒng)。90年代已有近30座大壩安裝了一些遙測儀器或采用集

中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)大壩監(jiān)測自動化。

我單位研制的DG—94型分布式大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)在1996

年3月通過了水利部主持，水電兩部門的專家參與的鑒定會，鑒定意

見認為該系統(tǒng)總體上達到國際先進水平，在差動電阻式儀器監(jiān)測和變

形監(jiān)測方面還有所突破，1997年榮獲水利部科技進步二等獎，1998

年榮獲國家科技進步三等獎，迄今為止仍是大壩監(jiān)測自動化方面唯獨

通過部級鑒定并獲得國家科技進步獎的自動化系統(tǒng)，在國內(nèi)一直處于

領(lǐng)先水平。已在水利和電力部門的60多座混凝土壩和土石壩中廣泛

應(yīng)用，運行良好，均已取代人工觀測，成為大壩安全監(jiān)控的現(xiàn)代化手

段。該型系統(tǒng)經(jīng)過DG-94型、DG-95型、DG-97型發(fā)展到DG-2000

型，功能和性能更為優(yōu)越。

DG型分布式大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)由五部分組成，即大壩監(jiān)測儀器、

測量控制裝置、中央控制裝置，安全信息治理系統(tǒng)及通信和電源線路

等組成。其中大壩監(jiān)測儀器，測量控制裝置和中央控制裝置組成大壩

監(jiān)測數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，主要功能是實現(xiàn)大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集。信息

治理系統(tǒng)的主要功能對包括監(jiān)測數(shù)據(jù)在內(nèi)的大壩安全信息進行儲備

和治理，為大壩安全運行提供安全評判和監(jiān)控依據(jù)。

4.1DG型系統(tǒng)的功能和性能

4.1.1監(jiān)測功能

（1）數(shù)據(jù)采集方式

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有六種不同監(jiān)測數(shù)據(jù)采集方式，具有較大的靈活

性和可靠性。

①中央控制方式：由監(jiān)控主機（現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集運算機）發(fā)出命

令，測控裝置接收命令、完成規(guī)定的測量，測量完畢將數(shù)據(jù)暫存，并

根據(jù)命令將測量數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控主機內(nèi)儲備；

②自動控制方式（即無人值班方式）：由各臺測控裝置自動按設(shè)

定的時間和方式（可由人工按需設(shè)定）進行數(shù)據(jù)采集，并將所測數(shù)據(jù)

暫存，同時自動傳送至監(jiān)控主機內(nèi)儲備。該方式主要用于日常測量；

③特別條件下應(yīng)急控制方式：在汛期或其它特別情形下，電源

和通訊完全中斷時，各測控裝置能依靠自備電源連續(xù)進行自動化巡

測，可堅持運行一周，所有測值全部自動儲備，等待故障修復(fù)后提取。

④人工測量方式：作為一種后備方式，當監(jiān)控主機或通訊線路

發(fā)生故障時，在通訊線路復(fù)原前，采用便攜式運算機或鍵盤顯示器進

行數(shù)據(jù)采集或提取自動測量數(shù)據(jù)；在測控裝置發(fā)生故障時，采用便攜

式檢測儀進行人工數(shù)據(jù)采集；

⑤網(wǎng)絡(luò)化測量方式：本系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化治理功能，在添加一些

運算機終端等設(shè)備后，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家可在主管領(lǐng)導(dǎo)辦公室、總工室、

水工治理部門等一切相關(guān)部門的運算機上進行數(shù)據(jù)采集、資料查詢

等；

(2)數(shù)據(jù)采集方法

監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集方法有：巡測、定時巡測、選測、人工測量。采

集周期根據(jù)工程要求，運行人員可在監(jiān)控主機上設(shè)定或修改起始測量

時間和定時自動測量周期。

4.1.2顯示功能

能顯示大壩及監(jiān)測系統(tǒng)的全貌、網(wǎng)絡(luò)連接圖、儀器測點布置平面

和剖面圖，各種監(jiān)測數(shù)據(jù)過程線等，顯示報警狀態(tài)，顯示所有監(jiān)測數(shù)

據(jù)、監(jiān)測成果，顯示有關(guān)系統(tǒng)信息，若接投影儀可實現(xiàn)大屏幕顯示。

4.1.3儲備功能

系統(tǒng)所有實測數(shù)據(jù)分二級儲備：測控裝置具有儲備器和掉電保護

模塊，能暫存所測數(shù)據(jù)，儲備容量不小于128KB,存滿后自動覆蓋，

在系統(tǒng)斷電的情形下保證不丟失數(shù)據(jù)；監(jiān)控主機接受所有測控裝置的

監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動檢驗、儲備，對超差數(shù)據(jù)自動報警，檢驗后的數(shù)據(jù)存

入數(shù)據(jù)庫中。

4.1.4數(shù)據(jù)通訊功能

數(shù)據(jù)通訊包括現(xiàn)場級和治理級的數(shù)據(jù)通訊。

(1)現(xiàn)場級數(shù)據(jù)通訊功能：

現(xiàn)場測控裝置和監(jiān)控主機之間，采用RS-485實現(xiàn)雙向通訊。

(2)治理級數(shù)據(jù)通訊功能：

信息治理主機可通過電話線或光纜或微波等與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集運

算機之間通訊，實現(xiàn)雙向通訊。

4.1.5數(shù)據(jù)治理功能

監(jiān)控主機具有監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)視操作、輸入/輸出、顯示打印等一樣

治理能力，儲備系統(tǒng)所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，對測控裝置傳輸來的原始測值進

行初步處理，供運行人員進行瀏覽、檢查、繪圖、打印等，并有數(shù)據(jù)

越限報警功能。可調(diào)度各級顯示畫面及修改/設(shè)置儀器的參數(shù)、修改/

設(shè)置系統(tǒng)的配置、進行系統(tǒng)測試、系統(tǒng)保護等，完成系統(tǒng)調(diào)度、過程

信息文件形成、入庫、通訊等任務(wù)。

4.1.6系統(tǒng)自檢功能

系統(tǒng)具有自檢功能，可對數(shù)據(jù)儲備器、程序儲備器、CPU、實時

時鐘、供電狀況、電池電壓、測量電路及傳感器電路等進行自檢，能

在監(jiān)控主機上顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、故障部位及類型等信息，以便及時

保護系統(tǒng)。任何硬件和軟件的故障都不危及系統(tǒng)設(shè)備和人身安全。

4.1.7系統(tǒng)防雷、抗干擾功能

大壩所處地理位置，易受雷擊或強電磁場影響。系統(tǒng)通訊方式可

以采用光纜和電纜相結(jié)合、所有暴露在外的電源電纜、通信電纜、信

號電纜等除采用鋼管保護外，還采用了特殊的外堵內(nèi)防技術(shù)，即電纜

輸入口和機箱采取隔離加等電位防雷技術(shù)、測控裝置采用防雷器件，

對接地要求低，成效顯著。在系統(tǒng)的供電線路、傳感器到測控裝置的

入口等重要部位均設(shè)有防雷設(shè)備，采取了三級防雷保護措施，確保系

統(tǒng)在雷擊和電源波動等情形下能正常工作。電源、通訊和傳感器輸入

口可防1500W雷電感應(yīng)。

4.1.8系統(tǒng)供電功能

系統(tǒng)所有設(shè)備采用220V交流電,MCU還有自帶免保護的鉛酸充電

電池作后備電源，在系統(tǒng)供電中斷的情形下，備用電源自動啟動，在

每天測量兩次的條件下，能保證測控裝置連續(xù)工作一周，以保證數(shù)據(jù)

測量的連續(xù)性。

4.2系統(tǒng)性能指標：

①系統(tǒng)平均無故障各種時間

系統(tǒng)平均無故障工作時間210000小時；

②測量周期

系統(tǒng)自動定時測量周期可根據(jù)工程要求，操作員可在測控裝置、

監(jiān)控主機、治理主機等運算機上設(shè)定或修改，測量周期設(shè)定范疇為1

分鐘?1個月；

③系統(tǒng)容量

可連接儀器測量模塊數(shù)量：256臺（可擴至1024臺）；

④系統(tǒng)工作電源

系統(tǒng)工作電源為：

電壓：220VAe±20%；

周波：50±lHz；

⑤系統(tǒng)防雷

傳感器、電源和通信：1500W；

⑥系統(tǒng)接地

系統(tǒng)接地電阻：〈10。；

⑦系統(tǒng)工作環(huán)境

a.運算機房

環(huán)境溫度：10℃~30℃；

環(huán)境濕度：W75%Rh；

b.測控裝置

環(huán)境溫度：-30℃?60℃；

環(huán)境濕度：^100%Rho

4.2DG型系統(tǒng)主要設(shè)備（測控裝置）

DG型分布式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的技術(shù)性能和指標滿足《土

石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL60-94）和《大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備

基本技術(shù)條件》（SL268-2001）的要求，并滿足《招標文件》所要求

的技術(shù)指標，同時、該系統(tǒng)的系列產(chǎn)品包括測控裝置已獲得生產(chǎn)產(chǎn)品

許可證。該系統(tǒng)由MCU-1/2/3M型測控裝置（由各類智能數(shù)據(jù)采集模

塊按實際需要組合而成）、各種不同的通信介質(zhì)和基于Windows

9X/2000/NT平臺的數(shù)據(jù)采集軟件、信息治理軟件組成，能采集差阻

式、步進式、電感式、鋼弦式、電位器式等各類傳感器，根據(jù)所接入

監(jiān)測儀器的數(shù)量和種類，配置不同類型的測量模塊。實踐證明DG型

分布式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)是一個既先進、可靠，又經(jīng)濟、實用

的自動化系統(tǒng)，完全滿足水庫大壩安全監(jiān)測的要求。

濰坊金水華禹信息科技有限公司大壩監(jiān)測分所生產(chǎn)的DG-2000型

分布式大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，它由監(jiān)測儀器、測控裝置、監(jiān)控運算機以

及各種電纜等組成。測控裝置是大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)

備，是分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點裝置，它決定了系統(tǒng)的規(guī)模、功能

和性能，DG-2000型分布式大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中的測控裝置為

MCU-1M型或MCU-1M型測控裝置，它由密封機箱、智能數(shù)據(jù)采集

模塊、電源模塊、人工比測模塊和防雷模塊等組成，各功能模塊布局

合理、標志清楚、修理方便，還有溫控加熱除濕裝置。該裝置用于系

統(tǒng)中各種類型監(jiān)測儀器(傳感器)的數(shù)據(jù)測量、儲備和傳輸，安裝在

監(jiān)測儀器鄰近，適合于在惡劣的水工環(huán)境下長期使用，可靠性高，平

均無故障時間大于20000小時。MCU-1M型測控裝置有1個智能控

制數(shù)據(jù)采集模塊，MCU-2M型測控裝置有2個智能控制數(shù)據(jù)采集模

塊，每個智能控制數(shù)據(jù)采集模塊可接入的儀器類型和數(shù)量見表lo

表1：智能數(shù)據(jù)采集模塊的種類、可接入的儀器類型和數(shù)量

序號名稱型號通理'-V-數(shù)備注

1差阻式儀器采集模塊R16M164/5芯差阻式儀器或溫度計

2步進式儀器采集模塊S1M1步進電機式垂線坐標儀或引張線儀

3步進式儀器采集模塊S4M4步進電機式垂線坐標儀或引張線儀

4鋼弦式儀器采集模塊V16M16各類鋼弦式儀器

5電壓式儀器采集模塊E16M16各類電壓、電流量輸出儀器

6環(huán)境量儀器采集模塊H3M11浮子式儀器、雨量計和差阻式儀器

7環(huán)境量儀器采集模塊FRV11浮子式儀器、雨量計和鋼弦式儀器

7種氣象站儀器，如風速、風向、氣溫、

8氣象站儀器采集模塊M7M7

氣壓、雨量、蒸發(fā)、濕度等

MCU-1/2/3M型測控裝置技術(shù)指標如下:

(1)差動電阻式儀器測量模塊RI6M

測點數(shù)量：16支五芯或四芯差動電阻式儀器

測量范疇：電阻值：0?120。

電阻比：0.8000?1.2000

準確度：電阻值：0.02Q

電阻比:0.0002

辨論力：電阻值：0.01Q

電阻比:0.0001

測量速度：5秒/支

(2)鋼弦式儀器測量模塊VI6M

測點數(shù)量：16支鋼弦式儀器(頻率+溫度)

測量范疇：頻率：400~6000Hz

溫度：-50?150c

準確度：頻率：±0.01%F?S

溫度：±0.5℃

辨論力：頻率：0.01Hz

溫度：0.1℃

測量速度：4秒/支(頻率+溫度)

(3)步進式儀器測量模塊SI/4M

測點數(shù)量：1/4通道(垂線儀或引張線儀)

測量范疇X：0?50mm,Y：。?30mm

準確度：±0.1mm

辨論力：0.01mm

測量速度：4?655秒/支

測量時間：45s/point；

(4)電壓式儀器測量模塊El6M

測點數(shù)量：16通道

測量范疇±2V

準確度：±0.1%F?S

辨論力：0.01%F-S

測量速度：6秒/支

(5)環(huán)境量儀器測量模塊H3M/FRV

測點數(shù)量：2支浮子式水位計+1支雨量計+8支差阻式儀器/8

支鋼弦式儀器

測量范疇：同浮子式水位計、1支雨量計和差阻式儀器/鋼弦

式儀器

準確度：水位計：同浮子式水位計

雨量計：同雨量計

差阻式儀器：同差阻式儀器測量模塊R16M

鋼弦式儀器：同鋼弦式儀器測量模塊VI6M

辨論力：水位計：1cm

雨量計：同雨量計

差阻式儀器：同差阻式儀器測模塊RI6M

鋼弦式儀器：同鋼弦式儀器測模塊VI6M

測量速度：5秒/支

(6)氣象站儀器測量模塊M7M

氣象站儀器測量模塊的技術(shù)指標可參見氣象站儀器。

(7)通訊接口：CAN總線、RS-485、RS-232-C,無線、光纖、微波、

電話線等通訊方式可選

(8)通訊波特率：1200bps可調(diào)

(9)儲備容量：128KB帶掉電保護

(10)工作電源:220VAe±15%,50Hz或太陽能電源可選,配12V4AH

蓄電池

(11)工作環(huán)境：溫度：-10?60℃(—30?60℃可選)

濕度：W98%Rh

(12)設(shè)備防雷：傳感器：1500W

電源、通訊：1500W

(13)平均無故障工作時間(MTBF)：20000小時

4.3系統(tǒng)配套軟件

系統(tǒng)配套的軟件是以Windows2000/NT/Me/98為系統(tǒng)平臺的一套

圖視化的窗口軟件，具有全圖形化操作、界面友好、操作方便等特點，

它承擔著水庫大壩安全監(jiān)測信息的治理工作，系統(tǒng)治理軟件由DG型

數(shù)據(jù)采集軟件、DSIM型信息治理軟件和MDAP型數(shù)據(jù)分析軟件組

成，這些軟件具有以下功能。

4.3.1數(shù)據(jù)采集軟件

數(shù)據(jù)采集軟件是Windows2000/NT/Me/98環(huán)境下一套圖視化的窗口

軟件，所有監(jiān)測點均可顯示在布置圖上，每個測點都與數(shù)據(jù)庫相連接,

同時布置圖上的每一個測點又與現(xiàn)場測控裝置的對應(yīng)儀器相通，因此

操作和挑選屏幕布置圖上的測點或采集模塊就可以完成對該測點或

模塊的數(shù)據(jù)采集、換算、處理、入庫等全部過程。對自動采集的數(shù)據(jù)

自動入庫；對人工測量的數(shù)據(jù)，提供了一個人機界面窗口，可鍵盤輸

入進庫。數(shù)據(jù)采集軟件可用于單機采集和網(wǎng)絡(luò)采集，如果運算機被設(shè)

計為WindowsNT局域網(wǎng)的一個節(jié)點，則局域網(wǎng)(甚至廣域網(wǎng))上的

任意一臺運算機均可以控制運算機進行數(shù)據(jù)采集，并把采集的數(shù)據(jù)傳

送到本地運算機上。

采集軟件功能主要包括：系統(tǒng)治理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)

通訊等。

(1)系統(tǒng)自檢功能

各測點測值超過設(shè)計工程師設(shè)定的限值，則給出不同級別的報

警，軟件具有24小時不間斷運行的在線監(jiān)控和分級報警、系統(tǒng)自檢、

自診斷功能，能對系統(tǒng)各部位運行狀態(tài)自檢、自診斷，并實時輸出自

檢、自診斷結(jié)果及運行中的非常情形，作為硬拷貝文檔。

(2)數(shù)據(jù)通訊功能

實現(xiàn)監(jiān)控主機(現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集運算機)與各臺測控裝置、監(jiān)控主

機與治理主機(信息治理運算機)之間的雙向數(shù)據(jù)通訊。通過網(wǎng)絡(luò)連

接或MODEM,可實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)遠程控制。

(3)數(shù)據(jù)采集功能

數(shù)據(jù)采集軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，具有兩種運行方式，即：

中央控制方式(應(yīng)答式)，由數(shù)據(jù)采集軟件下達命令，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點

上的所有測控裝置進行巡測或選測，測量完畢后將數(shù)據(jù)根據(jù)命令儲備

在監(jiān)控主機中；

自動控制方式(自報式)，測控裝置(MCU)按內(nèi)部設(shè)定時間間隔

自動進行測量，測量完畢后將數(shù)據(jù)儲備，并自動將儲備數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)

控主機中儲備。在系統(tǒng)電源和通訊線路中斷時，測控裝置將按特別自

控方式運行。

(4)數(shù)據(jù)治理功能

將原始監(jiān)測數(shù)據(jù)儲存在監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)庫中，可按要求對儲備數(shù)

據(jù)進行初步處理，供運行人員瀏覽和檢查。具有完善的暫時和歷史測

值的數(shù)據(jù)庫治理功能。測值數(shù)據(jù)可顯示、查尋、檢索、繪制過程線、

拷盤、打印。

(5)報警功能

對現(xiàn)場各種非常情形、報警事件進行分析、歸類，指出其發(fā)生的

時間、報警內(nèi)容，判定發(fā)生故障的原因、故障地點，能以相應(yīng)的屏幕

文字、字體顏色或聲音方式發(fā)出報警信號，并生成報警事件總匯表，

根據(jù)設(shè)計工程師或運行人員確定的各測點的限值，發(fā)出不同級別的報

警功能。

(6)圖形界面

操作平臺為Windows98/NT/Me/2000,數(shù)據(jù)采集軟件能形象顯示

大壩的全貌及圖形化顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，顯示實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的趨勢

圖，實時打印現(xiàn)場各種數(shù)據(jù),保證監(jiān)測資料的完整性和連續(xù)性。

4.3.2信息治理軟件

DSIM大壩安全信息治理系統(tǒng)具有對大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)采

集的監(jiān)測數(shù)據(jù)及其它有關(guān)大壩安全的信息進行自動獲取、儲備、加工

處理和輸入輸出，并且為數(shù)據(jù)分析軟件提供完備的數(shù)據(jù)接口，以便利

用大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)和各種大壩安全信息對大壩性態(tài)作出分析判定，

能按部頒《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和《土石壩安全監(jiān)測資料整編

辦法》對水庫大壩監(jiān)測資料進行整編分析，生成有關(guān)報表和圖形，做

好大壩安全運行和治理工作。由于該軟件界面友好、可移植性強、功

能全、運行穩(wěn)固，因此得到用戶的廣泛好評。主要功能如下：

(1)測點治理

安全監(jiān)測系統(tǒng)中各種監(jiān)測項目中埋設(shè)或安裝接入自動化系統(tǒng)的監(jiān)

測儀器測點均為治理對象。

測點屬性是指該測點的所有特點數(shù)據(jù)包括測點點號(自動監(jiān)測系

統(tǒng)中的專用編號)、測點設(shè)計代號、儀器類型、儀器名稱、測值類型、

監(jiān)測項目、安裝位置、儀器生產(chǎn)廠家、測點物理量轉(zhuǎn)換算法及運算參

數(shù)、測點數(shù)據(jù)入庫控制、數(shù)據(jù)極限控制以及測點數(shù)據(jù)圖形輸出控制等。

設(shè)置測點算法

設(shè)置數(shù)據(jù)入庫時段控制

設(shè)置數(shù)據(jù)極限控制

修改或擴充測點屬性

可修改擴充的測點屬性如下：儀器類型，儀器名稱，監(jiān)測量初始

值，監(jiān)測項目，安裝位置，儀器生產(chǎn)廠家。

數(shù)據(jù)、屬性自動跟蹤測點的修改：測點的屬性是通過數(shù)據(jù)庫中相

互關(guān)聯(lián)的表來實現(xiàn)的，使測量數(shù)據(jù)、算法(將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成監(jiān)測物

理量)、入庫控制及報表將自動地跟蹤修改，使系統(tǒng)具有高度的靈活

性和穩(wěn)固性。

如：數(shù)據(jù)庫已經(jīng)運行了一段時間，要修改某測點的點號或設(shè)計代

號，通過測點治理修改點號或設(shè)計代號，所有該測點原先設(shè)置的屬性、

監(jiān)測數(shù)據(jù)、報表數(shù)據(jù)將?自動跟蹤到修改后的點號或設(shè)計代號上去，不

會造成紛亂。

(2)遠程控制

系統(tǒng)可通過串口利用電話線、光纜、微波等通信媒體或網(wǎng)絡(luò)對系

統(tǒng)進行遠程控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集軟件上的所有功能，并可對數(shù)據(jù)采集

軟件中的歷史數(shù)據(jù)進行提取。用戶可在工作基地或其他地方通過遠程

控制軟件實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

(3)數(shù)據(jù)輸入

①自動輸入

可通過自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件直接獲得或通過數(shù)據(jù)采集軟件

的數(shù)據(jù)庫定時提取監(jiān)測數(shù)據(jù)并入庫。數(shù)據(jù)入庫受測點入庫時段和數(shù)據(jù)

極限控制。

②人工輸入

如有一些監(jiān)測項目未納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)，這些監(jiān)測項目及實現(xiàn)

自動化監(jiān)測之前的人工監(jiān)測數(shù)據(jù)可人工輸入，可輸入監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可

以直接輸入監(jiān)測物理量。直接輸入監(jiān)測物理量是為了適應(yīng)人工監(jiān)測點

變?yōu)樽詣踊瘻y點后，人工輸入該點自動化以前的歷史數(shù)據(jù)。

③全自動物理量轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)過濾

無論是自動輸入還是人工輸入數(shù)據(jù)，在入庫的過程中自動完成監(jiān)

測數(shù)據(jù)至監(jiān)測物理量轉(zhuǎn)換并儲備。

(4)數(shù)據(jù)輸出

通過輸出向?qū)Э梢暂敵鰷y點數(shù)據(jù)圖表，數(shù)據(jù)模板(特別的數(shù)據(jù)輸

出集合)和報表。

①測點列表

測點列表中的測點是可選的，通過測點列表過濾器設(shè)置的過濾條

件，可在測點列表中設(shè)置所需的測點，大部分測點屬性都可以作為過

濾條件，可以將需要的一部分測點過濾到測點列表中，這樣可以加快

測點信息的獲取速度，測點列表的過濾條件自動地被記憶在系統(tǒng)中，

在下次重新進入系統(tǒng)時，系統(tǒng)自動在測點列表中加入挑選的測點

②多窗口輸出測點數(shù)據(jù)圖表

按照向?qū)У奶崾究奢敵鰷y點任意時段的數(shù)據(jù)圖表，輸出圖表的數(shù)

據(jù)窗口有以下特點和功能：

通過輸出窗口中附帶的快捷鍵，可以方便地在圖形和表格之間切

換。

可以按需要控制圖形的數(shù)據(jù)輸出項、上下限。

在圖形輸出時.，鼠標在圖形中移動時，在狀態(tài)條中動態(tài)顯示鼠標

所在點的數(shù)據(jù)值和時間，為觀察數(shù)據(jù)提供了方便。

在表格輸出時，可以在線修改、刪除數(shù)據(jù)(登錄的用戶必須有修

改數(shù)據(jù)的權(quán)限才可以使用該功能)。

可以通過輸出窗口所帶的快捷鍵，可方便地將窗口設(shè)置為實時數(shù)

據(jù)窗口，用來監(jiān)測大壩關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

所有的表格和圖形均可輸出打印。

可以輸出多個需要的數(shù)據(jù)窗口，便于進行數(shù)據(jù)間的比較與分析。

可以在輸出的時間段上，重新進行物理量的轉(zhuǎn)換，方便因儀器

更換導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)改變，分時段進行物理量轉(zhuǎn)換。

③輸出某時段中的所有測點數(shù)據(jù)

該功能用于全面檢查測點數(shù)據(jù)，也可以在輸出的時間段上，重新

進行物理量的轉(zhuǎn)換，這樣可以方便批量更換儀器。

④輸出測點列表中的測點綜合信息

以