宫山咀水库除险加固工程自动化系统的优化与实现

刘　岩　郎福山

(沈阳翼羽工程建设监理有限公司， 辽宁 沈阳　110161)



运行管理

宫山咀水库除险加固工程自动化系统的优化与实现

刘岩郎福山

(沈阳翼羽工程建设监理有限公司， 辽宁 沈阳110161)

【摘要】宫山咀水库除险加固工程自动化系统主要包括水情自动监测系统、大坝渗流监测系统、表面变形监测系统、流量自动监测系统和综合自动化系统，通过对五大自动化系统的优化设计，最终得到了准确的监测成果，工程实施达到了预期效果。

【关键词】宫山咀水库；自动化系统；优化；实现

1工程概况

宫山咀水库是大凌河上游的一座大(2)型综合水利工程，位于距建昌县城6km的宫山咀乡。2001年9月开始宫山咀水库除险加固施工图设计，因资金额度限制，2001—2004年只完成了大坝灌浆和扩建溢洪道两个项目。宫山咀水库除险加固工程由未完建筑工程和新增建筑工程组成，未完建筑工程调整概算总投资为209.42万元，新增工程概算总投资为2972.48万元，合计工程总投资3181.89万元。

电站装机容量为3105kW，多年平均发电量为622万kW·h；水库养鱼面积为10000亩，年产鱼量为7.5万kg。水库由于大坝存在质量问题而多年压低水位运行，很少达到正常蓄水位，直接影响水库的效益。大坝部分除险加固内容为重新翻修上下游护坡，防浪墙修补，石材罩面处理，坝顶挡墙罩面处理；溢洪道部分除险加固内容为溢洪道护坦混凝土修整，溢洪道下游浆砌石重力挡墙防护，溢洪道下游消力池修整；第一输水洞除险加固内容为输水洞裂缝处理，下游尾渠两岸浆砌石防护，启闭机室重新修缮；同时增设大坝观测设施。此次配电改造主要任务是更换变压器，1处输水洞配电系统改造，电站出口阀门配电系统改造以及管理区配电；建立水文自动测报系统；建立水库综合自动化系统。

2自动化系统组成分析

宫山咀水库除险加固工程自动化系统主要包括水情自动监测系统、大坝渗流监测系统、表面变形监测系统、流量自动监测系统和综合自动化系统。五大系统设备组成情况分析如下：

a.水情自动监测系统。上游雨量站8个(包括4个GPRS和卫星双通道雨量站、4个GPRS单通道雨量站)、库区水文监测站1个(含雨量和库水位)、中心处理站1个(中心接收系统和避雷等设施)。

b.大坝渗流监测系统。测压管钻孔近200m，原测压孔旧基础拆除及改造，水位传感器及附件19套，无线网络终端机19套(含终端及其天线等安装)、网络路由1套(含路由设备、太阳能电池供电系统和支架等)、仪表箱19个，中心工控机及传输接收设备1套，大坝安全分析评价系统软件1套，库区淤积测量设备等。

c.大坝表面变形监测系统。徕卡全站仪主机及附件1套，棱镜及其附件5套，强制对中基座21个，变形测点护罩9个，数字水准仪及其附属设备1套，起测基点及其保护装置6套，工作基点及保护装置6套等。

d.流量自动监测系统。超声波流量计3套，超声波水位计2套，防雷接地系统1套，流量自动监测系统软件1套,以及系统传输、采集设备。

e.综合自动化系统。远程视频监控系统1套，水库管理处局域网及综合自动化设备1套[1]。

3自动化系统实施

3.1水情自动监测系统

水情自动监测系统首次采用以GPRS为主通道、北斗卫星通信为备用通道混合组网的方式；北斗卫星终端由专业公司为水利水电行业开发研制，通过北斗卫星通信设备传输水文监测数据。

a.雨量点建设。雨量计安装符合水文自动测报系统规范和水文测报装置遥测雨量计要求(雨量计安装地点必须具备10m2以上无遮挡的条件，如果有遮挡，则去掉遮挡)的开阔地，雨量计的承雨口不能被树木遮挡，其周边与遮挡物的距离应大于遮挡物高度的2倍。

b.水文站建设。雨量计和遥测设备采用分体式结构，雨量计要紧固于水泥基座上，基础尺寸不小于400mm×400mm×300mm(长×宽×高)，并预埋地脚螺栓或下膨胀螺栓。三个螺栓在直径为276mm圆的三等分点上，螺栓为M8×80mm，埋好后应露出水泥台面35mm以上。

水位计探头投放在水位线以下，引线固定在套管管口法兰处，经变送器将引线数据传送至遥测终端机，实现水位数据的实时采集与传输功能。

c.中心站建设。配置中心控制机，调试GPRS通信和卫星通信信道畅通率，开发洪水预报与防洪调度系统软件平台，建立实时监测原始数据收集中心，分析数据的合理性和准确性，进行数据分类处理、实时显示，并与其他应用系统实现数据共享。整编后形成有效数据库，数据库可以实现同步动态存储功能[2]。

以直方图形式显示大坝内部各测压管的实际观测情况，从而直观地展现出大坝内部渗流情况。以某日数据为例，水库大坝安全监测横断面显示如下页图所示。

横断面显示对比柱状图

对所有测点在同一时间实际观测水位进行对比分析表明：各测点水位均低于库水位，且符合设计值范围。

3.2大坝安全监测系统

3.2.1渗流监测子系统

大坝安全监测系统中的渗流监测子系统采用ZigBee无线连接方式进行组网，频段为全球流行的2.4GHz；每个渗流观测孔设1台(套)ZigBee无线网络终端进行传感器的水位数据采集；水位传感器采用英国岩土弦式仪器，保证数据的准确性和运行期的微功耗。

3.2.2表面变形监测系统

表面变形监测系统采用人工测量数据导入计算机的方式，进行大坝表面变形状态分析。

a.水平位移测点。测点采用现浇混凝土体，基座与基础采用钢管连接，外部增设保护盖。

b.竖向位移测点。测点采用预制混凝土体，混凝土在摸板浇筑至顶部时，插入混凝土中，测点头露出1～1.5cm。

c.工作基点。基点采用钢筋混凝土结构，内部形成钢筋笼，进行配筋，基础浇在设计基面上。浇筑完毕的混凝土的表面无较大的蜂窝、狗洞出现[3]。

3.2.3河床淤积测量

沿着库区两岸上游1000m范围内，每隔100m设一个横断面，每个断面在库区岸边设横断标记作为控制点。观测人员坐船根据GPS确定的方向，用测深仪观测河床冲刷、淤积情况，观测方法如下：

a.水下部分一般采用交会法定位，用测杆、测深锤或回声测深仪测深。水上部分采用普通测量方法。

b.对于断面不能全部控制的局部复杂地形，应辅以局部地形测量。

c.有条件时，可应用电磁波测距仪或激光测距仪定位，或利用遥感照片分析水库淤积。

通过监测成果分析，得出的测量数据与水库实际情况相符，且满足相关技术标准要求。

3.3流量自动监测系统

各流量监测点的探头经电缆接入现地单元，再经光缆接入设置在水库管理中心的监控主机，通过流量监测系统软件实现各流量监测断面的数据采集、处理、计算、数据存储、数据统计、各种图象显示、报表等功能，使整个系统的流量监测集中处理存储。

在进入安装现场施工前，需对设备进行组装、检测，然后运到现场进行安装；现场首先根据渠道宽度、流速和水位设计超声波流量计安装位置，然后进行设备的安装和布线。设备安装完成后，进行整体设备安装与连接检查，检查合格后进行局部调试，局部调试合格后进行整体调试[4]。

3.4远程视频监控系统

根据水库监控点的分布特点和现状，对各分布点的视频信号进行收集汇总，汇集后的视频监控信息通过SDH光缆传送至管理中心终端机。

实施过程中首先进行视频监控点的汇集和中心设备的调试，然后连接租用的通信链路进行数据的传输和管理中心设备的调试。管理中心配置逆向解压、信号接收、存储设备、集中显示控制软件和视频服务器；通信链路采用10M带宽，保障了视频监控系统信息传送的稳定性和实时性。水库管理中心视频监控设备与其他自动化系统组成星型网络结构框架，同时视频服务器预留了足够的接口，以备系统后续扩展使用[5]。

3.5局域网及综合自动化系统

水库管理处局域网的建设，将构建水文自动测报系统、洪水预报与防洪调度系统、大坝安全自动监测系统、流量自动监测系统、防汛会商系统和综合调度会商决策支持系统等各子系统监控中心和防汛会商中心等网络平台，实现数据共享和传输，凸显水利水电行业管理的自动化、网络化水平，实现现代信息化管理。实施过程中对水库管理调度楼进行网络布线，通过交换机进行组网，通过相关服务器，实现系统的统一网络管理[6]。

4结语

宫山咀水库除险加固工程自动化系统的投入使用，使水库运行效果显著。水库运行人员和上级管理部门能够实时掌握水库的运行情况，及时指导水库的安全稳定运行，提高了大坝安全水平。大坝监测系统实践表明：安全监测设计项目及测点布置比较全面，符合土石坝安全监测技术规范的要求；进行适当优化改进后，能够满足该工程安全监测的需要，监测仪器埋设质量较好，仪器检验基本符合要求，已埋设仪器完好率高，观测资料可正常采集，观测精度能满足工程监测技术要求。工程完工以来，水库供水、防洪等运行正常。水库蓄水位接近正常高水位，可供水量约5250多万m3，供水效益明显[7]。

该工程自动化系统优化设计为水库运行管理提供了有力保障，确保了各监测系统安全稳定运行，监测数据高效准确；为调度管理部门做出正确决策提供了数据支撑，同时为水库电站提高发电量创造了条件，大大提高了水库运行效率。

参考文献

[1]王和平，郭升军.乌鲁瓦提水库自动化管理系统升级改造与运用[J].人民长江，2015(1)：94-97.

[2]宋智，张百敏.岗南水库管理自动化系统[J].水电自动化与大坝监测，2010(3)：18-21.

[3]刘恒.宫山咀水库坝体自动化监测系统技术研究[J].中国水能及电气化，2015(2)：24-28.

[4]张宏伟，王立新，杨金宝.宫山咀水库除险加固自动化系统工程建设管理[J].东北水利水电，2013(5)：64-65.

[5]刘裕辉，刘瑞深，朱永康，等.引滦水库自动化安全监测系统的研制和开发[J].水电能源科学，2008(4)：91-94.

[6]韩勇，成波，曲树国.日照水库大坝测压管水位自动化观测系统设计与应用[J].中国水能及电气化，2015(8)：53-56.

[7]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)：220-221.

The optimization and implementation of automation system in Gongshanzui Reservoir Risk Removal and Consolidation Project

LIU Yan, LANG Fushan

(ShenyangYiyuEngineeringConstructionSupervisionCo.,Ltd.,Shenyang110161,China)

Abstract:Automation system in Gongshanzui Reservoir Risk Removal and Consolidation Project mainly includes water condition automatic monitoring system, dam seepage monitoring system, surface deformation monitoring system, flow automatic monitoring system and integrated automation system. Accurate monitoring results are finally obtained through the optimization design of five major automation systems. Anticipated effects are reached in project implementation.

Key words:Gongshanzui Reservoir; automation system; optimization; implementation

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.06.010

中图分类号：TV697

文献标识码：B

文章编号：1673-8241(2016)06- 0031- 04