石佛寺水庫滲流自動化監測系統問題分析及解決措施

董福君

(遼寧省石佛寺水庫工程建設管理局 沈陽 110129)

李保華

(遼寧省東水西調工程建設局 沈陽 110006)

1 工程概況

石佛寺水庫是遼河干流上唯一的大型控制性水利工程，屬平原河道型水庫。壩址位于沈陽市沈北新區黃家鄉和法庫縣依牛堡鄉，距沈陽市區約47km。壩址以上流域面積164786km2。石佛寺水庫一期工程總庫容約1.85億m3，保護農田面積28.74萬hm2。石佛寺水庫主體工程包括:主壩、左副壩、右副壩、泄洪閘、防護堤治理、庫區范圍內遼河支流的改造工程、交通工程、交叉建筑物工程等。工程等級為Ⅱ等工程，永久性建筑物為2級，設計標準以100年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核。主壩全長12.44km，成折線布置。泄洪閘共設16孔，總凈寬200m，總寬248.5m，由上游引渠、進口段、閘室控制段、下游消能防沖段、尾渠段5 部分組成。石佛寺水庫以供水防洪為主，兼顧灌溉。為了及時掌握大壩滲流情況，分別在主壩和泄洪閘布置了測點，進行監測。

2 滲流自動化監測系統簡介

2.1 系統布置情況

石佛寺水庫滲流自動化監測系統包括主壩滲流觀測和泄洪閘滲流觀測，共計97個測點。其中主壩包括8個滲流觀測斷面，布設40個壩體滲壓測點，37個壩基滲壓測點;泄洪閘包括1個縱斷面，兩個橫斷面，布設20個揚壓力測點。97支傳感器均為弦式壓力傳感器。

泄洪閘和土壩共設智能型數據采集單元(DAU2000)10臺，內置NDA 智能數據采集模塊11 塊，分布在10個監測站，其中左岸主壩分布7個監測站，采用太陽能供電模式，各監測站之間采用四目單模光纜相連接。泄洪閘與右岸壩頭分布3個監測站，采用220V 供電模式。有兩個測站的兩個DAU2000 數據采集單元在閘室內，其余8個測站在大壩邊坡的地坑內。弦式滲壓計用四芯屏蔽電纜接入相應的DAU 中。軟件系統布置在右壩頭中控樓，測控單元通過通訊電纜與采集計算機相連。系統的通訊線路圖見圖1。

2.2 系統工作原理

本系統可分為硬件系統和軟件系統。硬件系統中，傳感器安裝在監測部位，DAU 對傳感器進行數據采集，采集計算機對整個數據采集系統進行管理。DAU2000 數據采集單元、NDA 智能數據采集模塊、傳感器、電腦構成一個完整的分布式數據采集系統。電腦通過軟件實現數據采集、系統管理、數據管理、圖形制作、報表制作、離線分析等功能。

3 系統運行中存在的問題

2005年10月，遼河石佛寺水庫樞紐一期工程主體工程完工。2003年6月17日，石佛寺水庫大壩滲流監測設備傳感器安裝工程開工，2005年9月20日完工。2005年10月12日，自動化監測系統開始安裝、調試，2005年10月27日完成。系統運行第一個月測次為每天一次，正常運行時為一周一次，汛期為每周二次。石佛寺水庫大壩安全監測系統自投入運行以來，2005年10月～2006年8月，運行良好。2006年8月以后，自動化監測系統運行不穩定。

圖1 石佛寺滲流自動化監測系統通訊走線

3.1 DAU 采集單元內設備多處損壞

2009年對整個系統進行全面檢查發現，硬件系統在大壩邊坡地坑內的8個DAU 采集單元內設備不同程度地損壞，主要問題有五個:?電源損壞;?測量模塊損壞;?光端機損壞;?尾纖焊接點損壞;?光纜損壞。

3.2 DSIMS3.0 大壩安全監測軟件系統運用不靈活

不能根據石佛寺水庫自身的特點，實現用戶需要的自動查找、自動排序功能，數據庫管理比較困難;測值沒能自動換算成最終值，需要人工計算出最終值才能與實際水位進行比較;軟件不利于數據整理及分析;無法實現遠程監控功能。

3.3 觀測數值不合理

從測值結果看，很多測值明顯不合理。大部分壩體滲壓測點埋設在庫水位以上，在庫水位以上的測點本應該沒有測值，但經過軟件計算后有測值，而且測值遠高于庫水位。

4 系統產生問題的原因分析

4.1 硬件系統測量地坑環境不適應設備正常運行

多年運行實踐證明:由于地坑內寒冷、潮濕，不利于監測設備的長期穩定運行。另外，由于地坑內狹窄，不方便維修人員維修，在專業人員焊接尾纖后，在1～2 周內再次斷掉。致使通訊中斷，無法正常采集數據。

4.2 軟件系統不完善

由于石佛寺水庫傳感器有自身的特點。97支滲壓計中，儀器選型有兩種，其中56支為ROCKTEST 滲壓計，41支為SLOPE VW 滲壓計;97支滲壓器中，有63支儀器既測頻又測溫，34支儀器僅測頻;所以在軟件計算、表格設計、數據庫管理中都需要進行特殊處理才能達到石佛寺水庫檢測要求。原軟件系統不具有針對性，需要根據石佛寺水庫實際情況，根據用戶需要完善相應的軟件管理系統。

4.3 初始值錄入錯誤

原軟件中，初始值錄入有錯誤，導致部分測值明顯不合理。原DSIMS3.0 系統內大部分測點初始值錄入的是儀器埋設率定表中無壓情況下的測值，實際初始值應該為儀器埋設前測值，因此導致測值最終計算結果明顯不合理。

4.4 計算參數未調整

計算公式有關參數未根據系統檢測結果進行適當調整，導致部分測值計算錯誤。

4.5 壩體內部傳感器未及時檢查

埋設在壩體內部的傳感器，由于不能實現人工與自動測值的比對，運行5年左右應進行傳感器檢測，根據檢測結果，對已壞的儀器進行消缺，對由于測值不穩，影響計算結果的物理量應進行計算過程的調整，保證測值的準確性。

5 解決問題的措施

為了解決上述問題，多次維修并對硬件及軟件系統進行了全面檢測和處理。

5.1 更換了部分已壞設備

對8個地坑測站的終端盒進行了更換處理，采用壁掛形式將終端盒掛在地坑測站的墻壁上，更換部分光纖為通訊電纜，同時更換了部分已壞的設備。保證了通訊暢通。

5.2 硬件系統修整消缺

對目前自動化系統中的各測點工況進行檢測及通訊檢測，包括儀器的絕緣度、測值準確度等，對硬件系統修整維護、消缺。通過NDA1411 小儀表對97支儀器分別進行了檢測，檢測結果為97支儀器頻率值的穩定性較好，出現問題的測點共有7個;需要既測頻又測溫的63支測點中，有24支電阻值不穩，影響了測值結果的正確性，分別在硬件系統和軟件系統中對已壞的測點進行了消缺。

5.3 監測軟件升級

將原有的 DSIMS3.0 大壩監測軟件升級為DSIMS4.0 監測軟件，將數據庫程序升級為SQL SERVER2005，對原有軟件系統錄入信息有誤的進行了改正，完善了監測軟件系統功能，并實現了遠程監控功能。重點解決了影響測值計算結果的兩大問題:?初始值選擇錯誤的問題。將原DSIMS3.0 系統中70個測點初始值由率定表中無壓情況下測值修改為儀器埋設前測值，修改后測點測值接近預期測值;?對既測頻又測溫的儀器的計算公式進行了修改。將相應測點軟件計算公式中電阻值對壓力的影響忽略，避免了錯誤測值參與成果計算，經過調整后公式的計算結果與預期的相符。

5.4 測控單元脫離潮濕環境

對原有8個測控單元地坑進行改造，將測控單元由原來的壩面下安裝上移至壩面上，具體內容包括:光纖終端盒上移;DAU 測控單元上移;相應的光纜、電纜接續;安裝DAU 保護箱蓋、防盜鎖;上移后所有設備的密封處理工作;電纜保護及測點坑防水等事項。改造后的DAU 保護箱材料及外型具有防盜功能，且能實現DAU 測控單元人工壩上平面操作功能。徹底改變了因原地坑內潮濕影響設備正常運行的問題。改造前和改造后的測控單元對照圖如圖2、圖3 所示。

圖2 改造前的測控單元

圖3 改造后的測控單元

6 結 語

通過對石佛寺滲流監測系統運行過程中存在問題的原因分析，采取了系統檢測、軟件升級、測點坑改造、設備的更換等解決措施，經過一年多的運行，系統經受住了酷暑寒冬的考驗，從根本上改變了因潮濕、寒冷導致設備損壞以及維修不方便、部分測值結果不合理等問題，實現了遠程監控功能，保證了滲流自動化系統的穩定運行。

李玉芹，李興文，等.石佛寺水庫滲流自動監測系統設計［M］.東北水利水電，2007(3):61-63.