青岛市即墨区水利局 山东青岛 266200
摘要：水库大坝安全监测是水库安全管理的重要手段，是全面掌握水库运行状态、科学调度的前提和基础。对王圈水库原有大坝安全监测系统实施升级改造是补齐水库管理短板的需要，本文重点探讨了如何对大坝安全监测系统实施升级改造，提升水库信息化管理水平。
关键词：大坝；安全管理；监测系统；升级改造
引言
水库大坝安全管理是水库运行管理的重中之重。通过大坝安全监测全面掌握水库运行状态、科学调蓄是水库安全管理工作的重要组成部分。历年来王圈水库在防洪、供水方面发挥着重要作用。但是，安全监测手段落后、监测设施完好率底、专业技术人员匮乏、资料整编分析不到位等问题是当前水库管理工作中存在的最大短板，水库安全运行存在较大隐患。对大坝安全监测系统进行技术改造，实现对大坝渗流实时在线监测、对大坝渗压和位移等重要数据的综合管理分析，为大坝运行阶段工作状态评估提供支撑显得非常必要。
1.水库大坝安全监测现状
1.1水库基本情况
王圈水库坝址座落在青岛即墨区莲阴河中游，控制流域面积72平方公里。水库总容量3874万立方米，兴利库容2136万立方米，死库容44万立方米。水库大坝为均质土坝，坝顶高程50.5米，坝长1150米，最大坝高25.5米，坝顶宽6.0米。溢洪道位于大坝东端，为开敞式宽顶堰，设计泄量293.2立方/秒；放水洞位于大坝桩号0+760处，设计流量23.16立方/秒。
1.2 大坝监测设施现状
1.2.1渗流观测。往年水库除险工程在大坝共布设了0+250、0+360、0+460、0+560及0+680五个渗流观测断面，46个测点。2018年现场检查，大坝渗流观测设施现状均已无法使用，主要问题是观测设备损坏或测量精度达不到要求，因采用的是钻孔直埋渗压计的方式，无法更换，需重新布设大坝渗流观测设施，实现高频次、高精度、高时效的自动化大坝观测。
1.2.2表面变形观测。大坝桩号0+200、0+375、0+560、0+680、0+800、0+980的坝顶下游坡坝肩及下游坝坡各布置1个观测点，水平位移与垂直位移合用观测点，共12个观测点。2018年现场检查，水平沉降观测点现状较完好，但基准点现状已无法找到；所有观测点为小体积石质结构，均未设强制对中基座，易产生较大误差且无法加装强制对中基座。需新设基准点及工作基点，改造所有观测点，增设强制对中基座。
2.大坝安全监测设施升级改造
2.1大坝渗压监测点改造
2.1.1监测点改造内容。重新布设渗流观测断面10个，分别位于桩号0+358、0+362、0+458、0+462、0+558、0+562、0+678、0+682、0+798及0+802。其中，0+358、0+458、0+558、0+678及0+798为坝基渗流观测断面，其余为坝体渗流观测断面。布设坝体渗流、坝基渗流观测点各20个。每个断面均设自动化采集系统一套，实现对大坝渗流数据的采集、存储、上传管理功能。
2.1.2监测原理。采用跟踪式智能测控技术，利用水面跟踪传感器感知测压管内渗流水面位置，通过智能控制技术实时跟踪水面变化，将水面的位置信息转换为水位数据显示上传。设备集水位智能感知、变化跟踪、数据采集处理、无线自组网数据传输、自供电等一体化设计，具有低功耗、抗雷击抗干扰，不受细小测压管测量环境及水质泥沙等因素影响，测量数据准确、稳定可靠等特点。
2.1.3站点通讯系统。为保证数据传输的稳定性和独立性，减少特殊天气环境下系统对公共通信系统的依赖性，将监测数据可靠的传输至水库管理中心，最大限度的满足水库运行管理管理的需要，各测压管监测点与水库数据管理中心之间采用无线专网传输方案，监测数据可通过无线通讯管理网关，同步实现对上与企业运行维护云平台系统及上级业务管理系统的跨网隔离安全传输，实现数据共享。
2.1.4站点供电系统。监测站及通信网关设备均采用太阳能及后备电池供电系统，满足设备自身运行需要。
2.1.5渗压观测井的重建。水库大坝前期渗压观测井已年久失修无法利用，本次改造重建渗压观测井，以满足大坝渗流观测的需要。
2.2大坝变形监测系统改造
2.2.1建设内容。废弃原有位移观测点，根据水库大坝的现状，重新部署18处监测点，包含基准点4个、工作基点2个，观测点12个。本次改造根据水库实际情况选用人工观测，水平位移观测采用GPS法，垂直位移观测采用水准测量法。
2.2.2观测方案。王圈水库目前处于运行期，根据《土石坝安全监测技术规范》安全观测项目测次要求，拟对水库的大坝进行2次/年的观测方式，当观测变形数据超出规范要求时适当加测。数据的采集保证真实可靠，观测数据填入标准记录表格；统计观测数据，将观测数据转变成变形观测物理量，绘制变形变化曲线图，变形在横、纵向剖面的分布图，坝面垂直位移平面等值线图，以及变形与坝体填筑物、蓄水过程等影响坝体变形因素的相关图等。
3.大坝安全监测信息管理系统
在水库管理信息中心部署大坝安全自动监测信息管理系统，实现对坝体渗流、坝基渗流、大坝表面变形观测的数据采集、数据存储、数据查询、数据报表功能；同时设置水库其他监测设备及系统数据的接入能力和人工录入数据能力，实现库水位、降雨量等与大坝安全相关的环境数据量的融合管理；实现对大坝安全所有关联数据进行综合管理，通过对数据的综合分析，实现资料整编、安全分析、安全预警预报和调度管理。 系统为菜单式操作，主要功能如下：
3.1视图菜单
视图菜单包括大坝渗流自动监测系统实时数据、水库枢纽工程平面布置图、坝体横剖面渗流压力分布图等信息，实时数据显示的是所有监测点的最后一次上传数据。
3.2图表菜单
包含渗流压力过程线，渗流压力过程线（降雨量），渗流压力与库水位相关关系，特定库水位下渗流压力过程线，多测点数据图表等。以数据和图表两种形式显示，并可将数据或图表导出和打印。
3.3报表菜单
渗流观测计算表：显示某天所有监测点的渗流压力，并可以标准的样式导出报表。包含渗流压力统计表，上游（水库）、下游水位统计表，渗流压力月报表，渗流压力年报表。
3.4分析菜单
包含位势分析、坡降分析、一元线性回归分析、水位预警、终端报警。
3.5维护菜单
维护菜单包括库水位维护、库水位浏览、降雨量维护、降雨量浏览、水位数据编辑、水位数据剔除、还原被剔除数据等功能管理模块。
3.6表面变形监测
此菜单为便于后期扩展而预留的菜单。
3.7控制菜单
主要功能是手动采集选择的各个监测点即时数据、对选择的各个监测点校对时间、读取选择的各个监测点参数、设置选择的各个监测点的上传间隔、可按时间段或单个测点查询出对各个监测点历史控制记录。
3.8设置菜单
可以添加/修改/移出横断面、监测点、测点埋设等信息。可以对用户进行设置，主要用来添加用户、删除用户、设置和修改用户的口令和权限。
4.结语
综上所述，通过对大坝安全监测系统升级改造，一是实现了渗流观测自动化、位移观测精准化，可实时、可靠的提供监测数据； 二是对数据的综合管理，实现资料整编、大坝安全智能分析，大坝安全预警预报，指挥调度管理等多功能。水库管理人员对大坝观测的工作效率得到极大提高，准确评估水库运行工作状态，能够为领导决策提供更科学依据，充分利用好水库的调蓄能力，在防洪、供水等方面发挥更大效益。
参考文献：
[1]即墨市水利志.2003
[2]即墨区中型水库大坝观测设施维修改造实施方案.青岛市水利勘测设计研究院有限公司.2019
[3]陈志铭.大坝安全监测自动化系统更新改造.基层建设[J].2017
作 者：
孙中华，1970年出生，男，籍贯：山东省青岛莱西市，学历： 大学，职称：高工，从事水利工程建设管理工作。
陆秀臻，1973年出生，女，籍贯：山东省青岛即墨区，学历： 大学，职称:工程师，从事水资源管理工作。
陈艳艳，1979年出生，女，籍贯：山东省青岛即墨区，学历：大学，职称:工程师，从事水利工程建设管理工作。