旺村水电站大坝安全监测自动化系统改造及在线监控系统建设方案

旺村水电站大坝安全监测自动化系统改造及在线监控系统建设方案

蒋峰

广西国能水电开发有限公司

摘要：旺村水电站是我国重要的水利工程之一，其大坝的安全性和稳定性对周边地区的生命财产安全具有重要意义。但是，传统的手动监测系统存在监测频率低、数据采集不及时等问题，已不能满足对大坝安全监测的需求。因此，为了提升旺村水电站大坝的安全监测水平，本方案旨在进行大坝安全监测自动化系统改造及在线监控系统建设，以实现对大坝结构和环境参数的实时监测、数据采集和分析，为保障大坝安全提供可靠的技术支持。

关键词：旺村水电站；大坝安全；自动化系统改造；监测与监控

引言

旺村水电站作为一项重要的水利工程，在为周边地区提供稳定电力的同时，也承载着巨大的安全压力。为了及时、准确地监测大坝的安全状态并确保水电站的正常运行，引入先进的监测自动化系统是至关重要的。

1工程概况

旺村水电站是一座以发电为主，结合航运，兼顾其他综合利用的水电站工程，坝址位于珠江流域西江水系桂江下游河段梧州市长洲区平浪村附近，距上游京南水利枢纽坝址42.3km，距桂江河口24km，为桂江开发的最末一个梯级电站。

2建设原则

2.1完整性

选择重点监测部位、重点监测项目接入自动化系统，以保证建成后的安全监测自动化系统完整性及可实施性。对未接入监测自动化系统的监测项目，其人工监测所得的数据应能方便地输入或导入“工程安全监控与监测信息管理系统”内。

2.2实时性

建立较为完善的监测数据自动采集系统和监测信息管理系统，以适应“远程管理与现场检查相结合，实时、快速评价所属各工程建筑物的工作状态”的现代工程安全管理要求。

2.3实用性

接入自动化系统的仪器设备应经过工程实践、长期运行的考验，从水工建筑物的工程实际出发，适应每个工程特色，以满足工程安全监测数据采集、处理、报表制作、信息报送、建筑物工作状态评判的需要来进行系统功能设计。在实现监测自动化的同时，还应具备人工监测的接口，以保证当自动化系统发生故障时，能测得人工监测数据，保证监测资料的连续性。

2.4先进性

通过高性能的计算机网络环境，采用国内外先进的监测数据采集设备和监测信息管理软件来实现系统功能。

2.5稳定性

监测自动化系统能在水电站恶劣的环境下长期稳定地运行，并具有可靠的防雷接地保护措施。监测系统自动化建设内容

3旺村水电站大坝安全监测自动化系统改造及在线监控系统建设

旺村水电站必设安全监测项目主要包括巡视检查、渗流监测、变形监测、环境量监测等。根据《国家能源局关于印发<水电站大坝安全提升专项行动方案>的通知》（国能发安全[2023]19号)，以及换证注册审核意见要求，拟对旺村水电站大坝安全监测系统、大坝安全信息化系统进行改造。如下简要分析部分安全监测自动化系统与监控系统建设内容。

本次安全监测系统升级改造，计划在原监测系统的基础上，对旺村水电站表面变形监测、渗流监测等项目进行合理性、科学性、规范性和系统性改造，改造项目内容包括：

对旺村大坝土坝、船闸表面垂直位移进行监测自动化改造；

对现有大坝坝基扬压力进行改造，对大坝渗流监测设备、设施等进行监测自动化改造。

3.1 变形监测（表面及垂直位移监测）

3.1.1 GNSS监测系统

目前坝顶表面变形自动化监测方法应用较多的主要有引张线＋静力水准方案、真空激光准直系统、测量机器人监测系统、GNSS监测系统等。由于现场不适合布设引张线+静力水准、真空激光系统，同时考虑成本、施工等，建议采用GNSS监测系统方式。GNSS水平位移精度2.5mm+1ppm、直位移精度5.0mm+1ppm，基本适合于土坝、闸坝变形监测。

3.1.2GNSS布置

在土坝布置5个GNSS测点、船闸布置8个GNSS测点，以监测水平、垂直变形，实现全天候、全天时连续观测的要求。由于GNSS基点不存在通视等情况，只要信号接收好的，可以在厂区内选取信号较好、部位稳固重新修建工作基点。同时考虑到需要进行人工观测，把测点制作成棱镜+GNSS测点（见图2），在不影响原来观测的情况，增加GNSS系统。

3.1.3GNSS监测系统结构

GNSS监测系统采用卫星相对定位技术。系统在小区域内选取地基稳固的若干基准站，同时在高危变形点上部署位移监测站，通过卫星相对定位技术，实时计算变形点相对于基准点的基线长度变化，可评估变形点的长期位移特征。本项目的GNSS自动化监测系统由GNSS测站(基准站和监测站)､数据传输网络､数据处理与控制中心系统以及辅助支持子系统组成，各子系统组成如下:

基准站和监测站:由布置在边坡上的GNSS接收机和GNSS天线组成;本方案中GNSS测点分为GNSS基准站和监测站，GNSS基准站是整个边坡表面监测系统位移监测的基准框架。它长期连续跟踪观测卫星信号，通过数据通讯网络实时传输GNSS原始观测数据到控制中心，并实时为各监测站提供高精度的载波相位差分数据及起算坐标。

GNSS监测点是用来反映边坡表面位移变化的测点，点位选择需要慎重考虑，既要能反映大坝整体表面位移变化，又要满足数据的稳定性和GNSS监测系统安装､维护的便利性。

数据传输网络:主要指从GNSS接收机到数据处理与控制子系统的数据通讯，同时采用光纤和无线5G公网通信双备份组成，并配备光端机､交换机等通信设备;

控制中心:由布置在办公楼内的服务器､以及平台软件(含GNSS采集､解算､数据分析处理软件)组成;辅助支持系统:确保系统正常运行的其他辅助设备，如通信､供电､防雷系统等。

3.2在线监控项目建设内容

3.2.1总体描述

大坝安全在线监控系统集中了大坝监测自动化系统、水情系统等各类大坝安全相关系统，汇集了与大坝安全相关的各类工程信息和管理信息，构建通过了系统整合、数据集中的企业级大坝安全平台。通过业务量化、统一平台、集成集中、智能协同，将电厂大坝安全工作行为数字化，实现各种生产要素优化整合，基于大数据和智能分析技术构建信息决策“大脑”，实时诊断和监控大坝安全，动态感知和洞察大坝安全管理行为，为大坝“信息采集自动化、数据分析智能化、在线监控智慧化、成果展示可视化”提供平台支撑。

大坝安全在线监控平台的核心是大坝安全的智能诊断。平台首先根据大坝的结构特点、安全隐患和薄弱环节，确定大坝安全监控评判对象、评判部位、评判要素；然后基于大坝实际和《水电站大坝运行安全评价导则》等规范，建立大坝安全规则体系，通过规则与对象的关联，形成完整的大坝安全评判体系。最后采用人工智能技术——分层规则推理的方法，从底层的单测点、单巡检对象、单个结构安全度等的评判诊断，逐层融合向上推理诊断，最终得到大坝安全综合评判诊断结论。当诊断评判为异常时，又可快速追踪溯源，找到具体异常的对象要素，达到对症下药、靶向治疗的精准管控。

建设方案主要包括两块内容：一是大坝安全在线监控方案；二是平台建设方案。

3.2.2在线监控方案编制

在线监控方案应包括监控内容和监控方法（含指标、模型）。结合本项目具体情况，为旺村水电工程提出切合实际、重点突出的在线监控对象和相关监测项目，最终通过数字化、信息化、智能化等手段，辅以结构性态直观显示等实用功能，实现大坝安全状况进行在线分析诊断和评价。

3.2.2.1 监控内容

大坝安全监控内容应根据大坝实际分析确定，包括：监控对象、监控部位、监控项目和监控测点。

3.2.2.2监控对象

监控对象包括：

（1）挡水建筑物及其地基；

（2）泄水消能建筑物及其地基；

（3）影响大坝安全的工程边坡、近坝库岸等。

3.2.2.3监控部位

监控部位包括：

（1）混凝土坝的坝顶、坝基、典型坝段、岸坡连接坝段，不同结构连接部位。

（2）泄水建筑物的闸墩、边墙、牛腿等受力部位和上部大梁等易阻水部位，下游护坦、护坡等部位。

（3）挡水或泄水建筑物进水口和出水口，以及流道关键部位。

（4）影响大坝安全的近坝库岸、边坡及滑坡体、堆积体等不稳定体。

（5）监控对象中结构相对较薄弱的部位、存在安全隐患的部位。

4结语

通过对旺村水电站大坝安全监测自动化系统的改造和在线监控系统的建设，我们成功实现了对大坝结构和环境参数的实时监测和数据采集，极大提高了大坝安全监测的效率和精度。新系统的运行将为旺村水电站的安全运行提供可靠的技术支持，有效预防了潜在的安全隐患，保障了周边地区的生命财产安全。

参  考  文  献

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[2]朱永斌,栾美慧,李静旭.马旺水库大坝安全监测自动化系统建设探析[J].山东水利,2022,(08):45-46.

[3]张力鹏.新建重力坝自动化安全监测系统设计与应用[J].水利技术监督,2022,(02):36-38.