土石壩在線監(jiān)測解決方案

一、監(jiān)測背景

水庫大壩是水利工程領(lǐng)域當(dāng)中十分重要的擋水型建筑物，是水庫的核心內(nèi)容，我國興建大壩大部分是土石壩，運(yùn)行年齡一般情況下比較長，因此很多土石壩都會(huì)帶有隱患問題，甚至?xí)l(fā)展成病險(xiǎn)水庫，也有可能發(fā)生壩體垮塌問題，從而會(huì)對下游人民的生命財(cái)產(chǎn)造成不好地影響，也會(huì)在當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，造成不好影響。

二、系統(tǒng)簡介

土石壩在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測信息包括壩體變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測和環(huán)境氣象監(jiān)測等多種監(jiān)測并行。土石壩在線監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測儀器、數(shù)據(jù)采集裝置、通信裝置、計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和管理軟件、通信和電源線路等部分組成。主要系統(tǒng)架構(gòu)可分為感知層、數(shù)據(jù)采集層、傳輸通信層、云平臺(tái)及移動(dòng)終端組成。不同的水壩對監(jiān)測信息的要求不同，所需測量的信息參數(shù)也不同。

感知層主要完成待監(jiān)測物理量的信號(hào)轉(zhuǎn)換，其由多種類型采集裝置構(gòu)成，主要有GNSS位移監(jiān)測站、在線式測斜儀、遠(yuǎn)程傾斜位移監(jiān)測儀、應(yīng)變傳感器、靜力水準(zhǔn)儀、小型氣象站等。

數(shù)據(jù)采集層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，將感知層轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以方便數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸。

傳輸通信層負(fù)責(zé)采集層與云平臺(tái)之間通信及數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸方式主要有有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸通過光纖、網(wǎng)線經(jīng)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺(tái)及云平臺(tái)數(shù)據(jù)下發(fā)；無線傳輸主要通過4G/北斗將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)及云平臺(tái)數(shù)據(jù)下發(fā)。

應(yīng)用層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息化管理，如控制指令下發(fā)和數(shù)據(jù)接收、多傳感器數(shù)據(jù)融合分析、結(jié)果展示、預(yù)警等。預(yù)警信息通過短信、微信或郵件及時(shí)發(fā)送到相關(guān)管理人員，并提示后臺(tái)及時(shí)對當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

三、系統(tǒng)功能

1、具有遠(yuǎn)程傳輸功能，可通過串口利用4G/北斗網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)絡(luò)對大壩進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸確保了通訊數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)時(shí)性。

2、系統(tǒng)24小時(shí)在線監(jiān)測、可人工輸入、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)備份、圖形報(bào)表制作和信息查詢和發(fā)布。

3、基于通用的操作環(huán)境，具有可視化、圖文并茂的用戶界面，可方便地修改系統(tǒng)設(shè)置、設(shè)備參數(shù)及運(yùn)行方式。

4、終端設(shè)備具有自動(dòng)巡測、自檢、自診斷功能，具備掉電保護(hù)功能。

5、實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動(dòng)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析及預(yù)警，可設(shè)置多級(jí)報(bào)警，支持彈出軟件窗口報(bào)警、短信報(bào)警及聲光報(bào)警等功能。

主要監(jiān)測內(nèi)容

1、變形監(jiān)測

變形監(jiān)測主要指的是壩體(基）的表面變形和內(nèi)部變形，防滲體變形，界面、接（裂）縫和脫空變形，近壩岸坡變形以及地下洞室圍巖變形等。

土石壩在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的主要就是以壩體表面變形、壩體（基）內(nèi)部變形、防滲體變形（混凝土面板變形、防滲墻撓度變形以及壩體心墻的水平位移及垂直位移）、界面、接（裂）縫及脫空變形監(jiān)測（壩肩接縫、土石壩與混凝土建筑物接縫、土壩心墻與過渡料接觸帶、面板接縫與周邊縫、壩體裂縫，以及面板脫空等）進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在監(jiān)測過程中，主要運(yùn)用GNSS位移監(jiān)測站、遠(yuǎn)程傾斜位移監(jiān)測儀、靜力水準(zhǔn)儀、應(yīng)變傳感器等方式進(jìn)行變形監(jiān)測。壩體內(nèi)部垂直位移及水平位移監(jiān)測，宜在橫向、縱向及垂向兼顧布置，相互配合。

2、滲流監(jiān)測

土石壩滲透水溢出點(diǎn)的滲透坡降較陡時(shí)，壩坡就會(huì)發(fā)生流土、管涌，甚至滑坡、垮壩。對土石壩滲流進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測可為水庫正常運(yùn)行、壩體穩(wěn)定提供科學(xué)依據(jù)。主要由三部分組成，分別為水庫水位監(jiān)測、壩基的滲流量以及導(dǎo)流渠流量監(jiān)測。

3、環(huán)境氣象監(jiān)測

主要包括溫濕度監(jiān)測、降雨監(jiān)測、風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測、蒸發(fā)量監(jiān)測等。通過監(jiān)測環(huán)境氣象，可以進(jìn)一步掌握環(huán)境量的變化規(guī)律及其對大壩變形、滲流和應(yīng)力等的影響情況，對水庫大壩在線監(jiān)測的準(zhǔn)確度打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

監(jiān)測內(nèi)容表

五、監(jiān)測依據(jù)

《土石壩安 全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 SL 551-2012》