水电站大坝自动化监测系统现状及展望

摘要：本文针对水电站大坝自动化监测系统开展研究，首先对大坝基准点布网、变形观测点布置、浸润线和渗流监测布置进行详细说明；然后阐述了电站现有外部变形监测系统的组成和框架，并对未来应用云服务的系统进行分析，最后展望大坝自动化监测的发展方向和管理思路。

关键字：大坝；自动化监测；云服务 1. 概况

水电站大坝安全切实影响电厂自身效益和下游人民生命财产安全，与国民经济和生态环境紧密相连。水电站位于牡丹江下游一座大型水电站，电站装机550MW为引水式电站，水库为不完全多年调节水库，坝址地处寒冷地区；电站水工建筑物由大坝、二坝、引水系统、溢洪道、开关站和厂房等建筑物组成。大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，坝高71.8米；二坝为黏土心墙堆石坝，坝高47.2米；溢洪道为岸坡开敞式，设计7孔弧形门。

1. 水电站大坝监测布置

水电站监测系统有7个类别，主要包括：环境量监测（上游水位、冰压力、降雨）、变形监测（内部变形、表面变形、防渗透变形）、大坝内部/二坝变形监测（水平位移、垂直位移）、大坝渗流监测（绕坝渗流、渗流量）、二坝渗流监测（浸润线、绕坝渗流、渗流量）、溢洪道监测（水平位移、垂直位移）、厂房后边坡和进水口边坡监测。

2.1基准点网布置

水平位移观测基点网布置，施测精度按一等三角网并采用边角网TCA2003，边角网由大坝区域的19个点组成，布置情况如图1所示。垂直位移观测的基点网布置，精密水准网由大坝下游区26个水准点组成，其中基点网中设置1个原点组（4点）位于坝下游1.8km处。其中2个水准支线和4个水准环线组成近坝

区域各点的水准网。原点组以4个点构成大地四边形环线。施测精度按国家一等水准并采用因瓦水准标尺和NI002A精密水准仪。

图1. 电站水平位移观测基点网示意图 2.2 大坝和二坝变形观测点的布置

水平位移测点布设共52个，从大坝迎水面至背面布置5排；为校测内部变形在各观测室外设各部联系测点6个，如图2所示两部分共计58个点。大坝防渗面板施测精度按国家二等三角由人工观测按边角交会法进行，利用工作基点L9、L11、L16和L14对坝上的12个水平位移测点进行测量，采用的仪器为TCA2003全站仪。垂直位移测点与水平位移测点同墩布设，墩脚位置设置垂直位移测点，共计34个（防浪墙和坝前面板没有设置垂直位移测点），编号和桩号与水平位移测点相同。施测精度按国家二等，采用水准闭合或附合水准路线。

图2. 电站大坝和二坝变形测点布置图

2.3二坝浸润线监测布置

二坝心墙浸润线监测在2个断面（1+043和1+074m）布置3排6个测压管，钻孔采用300型地质钻机，采用清水钻进并用土工膜布包裹，有利于透水又能防止泥沙渗入管内。

2.4 大坝、二坝绕坝渗流监测布置

大坝、二坝绕坝渗流孔共布置18孔，其中大坝右岸山体及山脚布设7孔，编号W1-W7，大坝左岸山体9孔，编号W10-W18，大坝与二坝之间山体2孔，编号W8-W9，目前人工采用电测水位计进行观测。

2.5 大坝、二坝渗流量监测布置

大坝渗流量观测是利用坝下游建设期帷幕灌浆，采用旋喷桩高压喷灌方法在地下形成一道帷幕防渗墙，抗渗指标按小于1x

cm/s，并具有足够耐久性；防

渗墙拦截大坝坝基渗水，将渗水量汇集通过0+256m处设置的量水堰（三角形薄壁），测量大坝的总渗流量。二坝地表渗流量观测是利用下游坝脚处滤水坝趾作为排水沟，在二坝下游桩号1+054m处向下游突出部位设置一个三角形薄壁量水堰，测量二坝坝体渗漏量。二坝坝基渗流量观测是通过测压管埋设来测定，垂直于水流方向布设6排，顺水流方向布置2根，编号A1-A6,B1-B6。

1. 大坝自动化监测系统

3.1 水电站外部变形自动化监测系统

观测项目要设置少而精，有针对性的对大坝重点部位和薄弱环节开展监测。 水电站所有水工建筑物外部变形的自动化监测项目，首先要实现重点部位、重要项目的自动化监测，并且遵循先进可靠、安全实用、经济合理的原则。外部变形自动化监测实施水平位移和垂直位移兼顾，垂直位移监测以水准测量成果为主要依据。变形监测观测站采用全自动全站仪，系统组成包括：全站仪、通信及电源设备、电脑终端及系统软件。系统终端接入局域网或互联网，自动化监测系统实现对远程设备的监控与管理。电站大坝周围分区域观测位移测点分布5台自动化全站仪进行观测。各全站仪采集的数据汇集到同一个数据库并进行系统的处理与分析，电站外部变形自动化监测系统如图3所示。

图3. 电站外部变形自动化监测系统图 3.2 大坝自动化监测系统+云服务

传统大坝自动化监测系统需配置监测中心站、工程安全监控系统与检测信息管理系统、采集软件等，然而随着大数据和云计算新技术的开发和应用，数据统计和分析成为走向智能运维的趋势。如图4所示，根据水电站现有自动化监测设

备和布置方式，观测数据通过云端服务器进行统计和分析，将重要信息反馈给电厂。具体项目包括：大坝安全状态跟踪、预警信息分析指导、疑难现象技术分析和处理意见、监测数据整理和审核、监测资料年度整编和分析报告等。

图4. 监测系统+云服务网络结构示意图 1. 结论

大坝监测项目的重点一直围绕变形、渗流和应力应变开展，自动化设备、传感器和控制器已达技术成熟水平，因此大坝运行管理应步入新阶段，大坝监测数据将是未来分析和管理的重要手段。展望未来，大坝监测应从提高检测方法和手段转变为加强监测数据的统计和分析；监测系统简约化、运行管理移动化、统计分析智能化将为日后系统整合做准备。水电站大坝自动化监测系统从检测布置开始逐步完善，监测理念随新技术应用不断更新，未来云服务的大数据统计分析将有力支撑大坝安全管理和智能化电站推进。

参考文献：

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