浅谈水利水电工程安全监测系统

作者：李和伟

来源：《城市建设理论研究》2013年第27期

        摘要：水利水电工程安全监测是将数据采集、信息管理和分析评价融汇在一起的系统工程。随着国民经济和社会的不断发展，许多工程的监测设施和手段难以适应社会的发展和工程管理的要求，而且差距越拉越大，为保障水利水电工程安全，亟需建立现代化安全监测自动化系统。本文分析了水利水电工程安全监测系统的重要性、设计原则、实现的功能、监控系统设备选型与安装问题。 

        关键词：水利水电工程；安全监测系统；设计 

        Abstract: Water Resources and Hydropower Engineering safety monitoring is data collection, analysis and evaluation of information management and systems engineering blend together. With the continuous development of the national economy and society, and many works of monitoring facilities and means difficult to adapt to the social development and project management requirements, and the gap is widening, and for the protection of water conservancy and hydropower project safety, an urgent need to establish a modern safety monitoring automation system . This paper analyzes the water conservancy and hydropower project the importance of safety monitoring systems, design principles, functions, monitoring system equipment selection and installation problems. 

        Keywords: Water Resources and Hydropower Engineering; safety monitoring system; design 

        中图分类号：TV文献标识码：A 

        一、水利水电工程安全监测系统 

        水利水电工程安全监测系统是指利用电子计算机和传感技术以及信息搜集处理技术，实现水利水电工程观测数据自动采集处理和分析计算，对水利水电工程性态正常与否作出初步判断和分级报警的观测系统。水利水电工程安全监测系统主要包括水情自动化监测系统、水利水电工程安全监测自动化系统和闸门监视系统，实时准确地对水库水位、雨量、水利水电工程测压管水位、坝基渗漏等做出实时监测。 

        水利水电工程安全监测系统通过实时监测和预报，可及时发现事故先兆，判定险情部位，为采取防范措施提供依据。通过监测资料的积累和分析，以便随时分析水利水电工程安全蓄水状态，提高防洪能力，充分利用水资源，提高经济效益，为水库用水调度和汛期防洪指挥提供依据。 

        二、水利水电工程安全监测系统的设计原则 

        (1) 实用性：从实际出发，以满足水利水电工程监测数据处理、综合信息管理、关键测点评判的需要来进行系统功能设计。 

        (2) 先进性：通过高性能的计算机网络环境，采用先进的数据库管理软件、开发软件、图形处理软件及数据处理方法来实现系统功能。 

        (3) 稳定性：系统应能够长期稳定的运行，具有完善的数据备份功能，能够方便地对重要的数据进行备份和恢复；实现监测自动化时，还设置了人工监测手段，以便定期校测，并保证当自动化系统发生故障时，能测得人工监测数据，以保证资料的连续性。 

        (4) 安全性：系统具有完善的安全保密、安全控制和安全管理功能，防止非法用户对数据进行操作。 

        (5) 实时性：将自动化监测的数据和人工（半自动化）监测数据及时导入到系统，实时对各种数据进行分析处理，监控水利水电工程的运行工作性态。 

        (6) 可扩展性：系统具有较强的可扩展性，提供良好的接口，能够方便地添加功能模块。 

        (7) 规范性：严格遵守《土石坝安全监测技术规范》(SL60-94) 、《水电站水利水电工程安全监测工作管理规定》（电综［1997］500号）、《水库水利水电工程安全监测自动化系统实用化验收细则（试行）》（国电发［2002］631号）、《水利水电工程安全监测系统设备基本技术条件》(SL 268-2001)等规程规范，进行系统的开发。 

        三、监测系统总体结构与功能 

        根据项目具体情况，水利水电工程安全监测系统分外部变形监测（水平位移和沉降位移）、渗流监测、环境量监测等三大部分。安全监测自动化系统采用分布式的网络结构，包括测站层的现场网络和监测中心站层的计算机网络。安全监测化系统采用分层分布式的网络结构，即包括测站层的现场网络和监测中心站层的计算机网络。测站层由各测点传感器和数据测量控制装置（MCU）组成。监测中心站位于办公楼的中心机房内，监测中心站层由监测计算机，以及激光打印机、电源设备等组成。系统达到的功能： 

        （一）中心站功能 

        中心站具备完善的系统功能，如系统设置、系统诊断、数据采集和传感器设置等。 

        (1) 系统设置功能。配置MCU通讯接口参数；设置报警状态，当系统或测量值越限时报警； 

        (2) 系统诊断功能。异常情况下检测和报告远端的工作站状况。具有自诊断功能，自动监测自身的工作状态等。 

        (3) 数据采集功能。可对输出为频率、电压、电流、脉冲及数字编码等信号的传感器进行常规巡测，定时巡测，常规选测和人工测量。 

        (4) 传感器设置功能。可分别对各类型传感器进行编程、设置，根据传感器的类型将物理信号转换为压力，或将电阻信号转换成温度。 

        (5) 提供自动监测数据和人工观测数据的管理，提供监测数据与水库计算机网络数据库接口，提供数据备份。 

        （二）数据采集站功能 

        MCU接入测压管水位、水温、应力应变和其它观测仪器，提供以下功能： 

        (1) 提供RS232/RS485通讯接口，与电信号端子连接，传输数据。 

        (2) 提供各种模式的数据采集方式，如自动定时采集、根据指令召测采集等； 

        (3) 提供自动报警功能，如测压管水位或其它参数异常变化时自动向中心站发送报警信号。 

        (4) 异常情况下检测和报告远端的工作站状况。具有自诊断功能，自动监测自身的工作状态，包括：电压、温度、仪器状况等。 

        (5) 可接入多种模块，提供多种模块通道类型，用于测量模拟信号、电阻信号、气象信号等。 

        四、监测仪器选型 

        仪器设备的选型原则必须是在满足精度要求的前提下，考虑其技术先进性、可靠性和长期稳定性，并经多个工程的应用考核。具体有以下几方面的要求： 

        (1)技术上的先进性。所采用的设备能够在相当长一段时间内保持技术先进的特点，真正使安装后的大坝安全监测自动化系统是一个现代化的系统； 

        (2)技术和生产工艺上的成熟性。所采用的产品均应为通过鉴定的产品，在技术上、生产工艺上是成熟的； 

        (3)能够适应恶劣的工作环境，并具有良好的可靠性。该工程地处华北，温差大，干湿度变化大。因此监测项目中应选择通过鉴定、且已在国内外众多工程中成功运用的仪器及设备，并且要求仪器设备能在此气候环境下能正常稳定、可靠地工作； 

        (4)良好的开放性和可扩展性。建成后的系统应是一个开放的、可扩展的系统，能够满足电厂在长期运行中对系统的扩展、增减等要求； 

        (5)具有多种接口方式。建成后的系统能够提供多种方便的通讯控制方式和多种接口； 

        (6)满足各项规范要求。 

        五、监测仪器施工 

        一个好的安全监测设计要付诸实施，施工阶段十分关键。下面就如何搞好监测仪器施工谈几点看法。 

        （1）仪器埋设人员应熟悉仪器结构原理及特性，在施工前应仔细研究工程设计资料、工程地质资料，充分理解设计意图。这一点非常重要，同样的监测仪器在不同的场合会有不同的作用和监测目的，施工环境、地质条件的差异以及不同类别的仪器等都会影响施工技术方案，千万不可千篇一律的套用施工技术方案。比如在混凝土和基岩中埋设应变计、钻孔埋设测斜管与土石坝填筑过程埋设测斜管、差动电阻式仪器与振弦式仪器等等都是有区别的，这些有的在规范或设计文件中做了规定，更多的时候要靠实施人员根据设计意图和现场条件来分别对待。所以对监测仪器埋设人员的要求不但要具备一定的水工建筑物知识，还应熟悉仪器的结构原理、熟悉施工流程和特点，这样在现场仪埋边界条件发生变化时就能根据现场的具体情况采取合适的方法进行仪器的安装埋设，以保证监测目的的实现，所以说仪埋人员具备一定的专业素质和丰富的现场经验是非常重要的。 

        （2）关于仪器率定问题，由于监测仪器埋设很多情况下是无法更换的，属于隐蔽工程，仪器的好坏直接关系到安全监测的成败，所以技术规范规定所有的监测仪器埋设前必须进行率定检验，目前有许多中小工程的监测仪器还是以仪器出厂率定为依据，这是对工程不负责任的做法。 

        （3）关于仪器设施保护问题。要做好仪埋的保护工作，要抓住影响仪埋质量的关键点，比如电缆、接头、填筑与覆盖等等，值得强调的是电缆牵引和接头的处理，因为监测仪器的监测全靠电缆将信号传输到坝外或廊道进行观测，电缆施工的时间和空间跨度都很大，极易受到损伤和破坏，尤其是电缆受到暗伤和接头处理不好是危害最大的，往往不易被及时发现，随后慢慢锈蚀导致测值不稳、漂移直至完全测不出，有时还会出现电缆集中被盗割后无法识别的问题。 

        参考文献 

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        [5]方卫华．综论土石坝的安全监测[J].红水河，2002，21(4)． 

        [6]高澜，胡本雄．碧口土石坝实测变形分析[J].西北水电，2008(2). 

        [7]王志远，王占锐，王燕．一项渗流监测新技术——排水孔测温法[J].大坝观测与土工测试，2007(4)3．