水库大坝安全监测自动化系统初步设计

甘峪水库大坝安全监测自动化系统初步设计

西安理工大学水利水电土木建筑研究设计院

二O一四年十月

2设计原则与依据

2.1设计原则

（1）监测项目选择、仪器埋设、观测读数、资料整编与分析等符合《土石坝安全监测技术规范》的要求。

（2）密切结合甘峪水库目前的实际情况和1999年11月大坝安全鉴定结论，在监测仪器的布置上突出重点、兼顾全面。

（3）在仪器设备的造型上，遵循可靠、耐久、经济、实用的原则，力求少而精，且利于自动化系统的实施。

（4）在监测仪器、监测技术以及监测方法上力求先进。

（5）重要的监测项目除了自动化采集外，还要有人工手段进行对比测量，以检验自动化测量的正确性和准确性。

（6）系统结构简单、维护方便。

2.2设计依据

本系统设计主要依据的文件有：

（1）《水库大坝安全管理条例》国务院颁发1991.3.23 （2）《土石坝安全监测技术规范》SL 551-2012 （3）《大坝安全自动监测系统设备基本技术条件》SL-268-2001 （4）《建筑物防雷设计规范》GB-50027-2010 （5）《甘峪水库大坝工程地质勘察报告》

（6）《甘峪水库大坝安全鉴定报告书》

（7）《户县甘峪水库除险加固工程初步设计报告》西安市水利建筑勘测设计院

3项目总体设计

3.1监测项目

2008年户县甘峪水库除险加固工程对水库增设了大坝的外部监测项目，包括外部变形检测和岸边滑坡体位移监测，在大坝内部未埋设观测仪器，本次设计增设内观项目，依据《土石坝安全监测技术规范》（SL551-2012）,结合水库大坝的实际情况，拟确定以下几方面作为大坝安全监测的主要项目：

一、变形观测（已设）

1.垂直、水平位移

2.坝肩滑坡体变形

二、渗流监测

1.坝体渗流压力

2.渗流量

3.绕坝渗流

三、环境量监测

1.库水位

2.气温、水温

四、入库站水位监测

五、放水洞水位监测

3.2系统结构

甘峪水库大坝安全监测自动化系统选用分布式数据采集系统，分布式数据采集系统主要具有较好的可靠性，通用性强，组态灵活，安装简便，抗干扰性能强等优点，能保证监测数据的连续性，同时具有一定的扩展性。

大坝安全监测自动化系统由传感器、自动测控单元、水库调度中心等组成。具体可参照图3.1。

图3.1 网络拓扑结构图

3.2.1系统通讯

3.2.1.1 MCU的通讯

在大坝坝顶处布设一台测控单元。此MCU主要采集大坝渗流压力和坝体渗流量、绕坝渗流、放水洞流量、气温和水温的传感器的数据，坝顶处的MCU测控单元通过485通讯线路与水库监控中心相连，数据直接传至水库监控中心。

3.2.1.2 RTU的通讯

在水库上游入库站设一台测控单元RTU。此RTU主要采集入库站水位的数据。由于目前电信通讯已经覆盖到入库站地区，因此选用电信ADSL标准宽带系统通讯作为入库站信息传输的传输方式，将入库站的水位数据传输到水库监控中心。

3.2.1.3 与上级单位的通讯

目前电信通讯和北斗卫星系统均可覆盖到水位监控中心，因此水库监控中心与上级管理部门之间的通讯，可以利用电信通讯或者北斗卫星系统实现。本设计采用电信通讯传输作为水库管理局与上级管理单位（县水务局）信息传输的主要

方式，北斗卫星系统为备用方式。由于西安市信息中心已配备有北斗卫星接收器，

因此仅需在水库管理站安装一个北斗卫星发射器，在县水利局安装一个接收器实现一发多收卫星通讯机制。信息传输到上级管理单位时，同时传输至西安市水务局，以便西安市水务信息平台获取实时监测数据。

4大坝安全监测

4.1大坝变形观测

4.1.1垂直、水平位移观测布置

2008年进行的甘峪水库除险加固工程已布设了垂直、水平位移基点，因此本次设计不需要对其布点，但由于监测仪器老旧，需对其配置新的监测设备，包括水准仪、经纬仪、铟钢尺和强制对中基座等。

大坝垂直、水平位移观测共用一个观测基点，选取了具有代表性的大坝横断面作为观测断面。以最大坝高横断面为基准（0+00断面），往右35米、往左35米处各设了一个截面，共3个截面。每个横断面布置了3个测点，大坝上游侧正常水位以上617.00米高程处布置一个测点，坝顶620.30米高程下游侧布置1点，下游坝坡596.743米高程戗道外沿布置1点。每个测点处设立混凝土基础墩，三个横断面相同高程测点在一条直线上，有Y1-1~Y3-3共9个测点。

具体位置见附图2平面布置图和表4.1

表4.1 大坝垂直、水平位移测点

编号

轴线距

离（cm）

截面位

置（cm）

高程

（m）

编号

轴线距

离（cm）

截面位

置（cm）

高程

（m）

Y1-10-800 0+35 616.60 Y1-20+250 0+35 620.30 Y2-10-800 0+00 616.60 Y2-20+250 0+00 620.30

Y3-10-800 0-35 616.60 Y3-10+250 0-35 620.30 Y4-10+5000 0+35 596.743 Y3-30+5000 0-35 596.743 Y5-10+5000 0+00 596.743

变形基准点共有6个，分别为D1~D6。基准点建立在牢固的岸边基础上。要避开两岸滑坡体上。具体位置见附图2平面布图和表4.2。

表4.2 基准点布置表

序号编号轴线距离

（cm）

截面位置（m）高程（m）

1 D10-800 0+70 620.0

2 D20-800 0-100 620.0

3 D30+250 0+80 620.8

4 D40+250 0-110 581.6

5 D50+5000 0+35 596.734

6 D60+5000 0-60 597.5

4.1.2坝肩滑坡体位移观测布置

2008年进行的甘峪水库除险加固工程针对坝肩滑坡情况，设置了坝肩滑坡体位移观测点，本次设计不对观测点进行改动，在现有的观测点上利用水准仪和经纬仪进行滑坡体位移观测。在坝肩两岸滑坡体上有位移观测点H1~H7布置在右岸。布置在滑坡体上沿侧稳定山体上，兼作滑坡体位移观测基准点。具体位置见附图2平面布置图和表4.3。

表4.3 左坝肩滑坡体位移观测点布置表

序号编号轴线距离

（cm）

截面位置（m）高程（m）

1 H10-3000 0+110 638.0

2 H20+00 0+110 632.0

3 H30+00 0-160 633.0