大壩安全監(jiān)測的設(shè)計(jì)施工

大壩安全監(jiān)測的設(shè)計(jì)施工

濰坊金水華禹信息科技有限公司

目錄

1安全監(jiān)測的重要性及失事舉例

2安全監(jiān)測的設(shè)計(jì)

2.1混凝土壩的監(jiān)測設(shè)計(jì)

2.1.1變形監(jiān)測

2.1.2滲流監(jiān)測

2.1.3內(nèi)部監(jiān)測

2.2土石壩的監(jiān)測設(shè)計(jì)

2.2.1滲流監(jiān)測

2.2.2變形監(jiān)測

3觀測儀器

3.1垂線坐標(biāo)儀、引張線儀

3.2差阻式儀器

4自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1安全監(jiān)測的重要性及失事舉例

大壩建造在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖土特性不平均的地基上，在各種荷

載的作用和自然因素的影響下，其工作性態(tài)和安全狀況隨時都在變

化。如果顯現(xiàn)非常，又不被及時發(fā)覺，任其發(fā)展，其后果不堪設(shè)想。

國內(nèi)外大壩失事的實(shí)例不少。1975年8月暴雨洪水導(dǎo)致板橋水庫

和石漫灘水庫失事，造成大面積水災(zāi)和人員傷亡，京廣線也被局部沖

毀，缺失龐大。1993年8月27日溝后水庫失事，造成水庫下游13km

處的恰卜恰鎮(zhèn)500人傷亡，直接經(jīng)濟(jì)缺失1.53億元。

如果事先運(yùn)用有效的觀測手段對這些工程進(jìn)行監(jiān)測，就能及時發(fā)

覺問題，采取有效的工程措施，就能避免災(zāi)難。1962年安徽梅山連

拱壩右岸基巖發(fā)覺大量漏水，右岸13#垛垂線坐標(biāo)儀，觀測三天內(nèi)向

左岸傾斜57.2mm,向下游位移了9.4mm,且右岸各垛連續(xù)發(fā)覺大裂

縫，經(jīng)過分析是右岸基巖發(fā)生錯動。在垂線坐標(biāo)儀監(jiān)測下放空水庫進(jìn)

行加固處理，避免了一場潰壩事故。1985年6月12日在長江三峽的

新灘，發(fā)生大滑坡，2000萬n?堆積體連帶新灘古鎮(zhèn)一起滑入江中。

可是險區(qū)居民全部提前安全撤出，無一傷亡，這全靠安全監(jiān)測所作出

的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。

大壩失事的原因是多方面的，從世界上300多座大壩失事的原因

分析，認(rèn)為35%是泄洪能力不足，在勘測、設(shè)計(jì)中洪水運(yùn)算和防洪能

力方面存在問題，大部分失事是洪水以外的工程原因，有一個量變到

質(zhì)變的過程，可以用監(jiān)測方法及早發(fā)覺的。為了保證大壩、下游人民

生命財(cái)產(chǎn)的安全及社會的安定，我們國家對水庫大壩的安全制定了相

應(yīng)的法律法規(guī)及規(guī)范，來加強(qiáng)水庫大壩運(yùn)行期的安全治理。

?土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SL60-94)

?混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SDJ336-89),能源部，水利部,1989年

?混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(DL/T5178-2003),國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易位員

會

?水庫大壩安全治理?xiàng)l例，國務(wù)院，1991年

?水電站大壩安全治理辦法，電力工業(yè)部，1997年

?水電站大壩安全監(jiān)測工作治理規(guī)定，電力工業(yè)部，1997年

?大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件(SL268-2001),水利

部，2001年

2大壩安全監(jiān)測的設(shè)計(jì)

巖土工程的安全監(jiān)測設(shè)計(jì)應(yīng)該看成整個工程設(shè)計(jì)的一個重要組成

部分，根據(jù)建筑物的等級確定監(jiān)測項(xiàng)目，監(jiān)測設(shè)計(jì)必須與所有其他工

程設(shè)計(jì)一樣統(tǒng)一安排。監(jiān)測設(shè)計(jì)貫穿于工程設(shè)計(jì)、施工以及整個工程

壽命期內(nèi)，合理的監(jiān)測設(shè)計(jì)可以獲得作為工程安全狀況的正確評估，

還可以改進(jìn)大壩的設(shè)計(jì)、指導(dǎo)大壩的施工，使未來的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)

行更合理、更安全。

大壩安全監(jiān)測工作一樣分以下幾個階段：

?可行性研究階段。應(yīng)提出監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、觀測項(xiàng)目及

其所需要的儀器設(shè)備的數(shù)量和投資估算(一樣約占主體建筑物總

投資的1?3%)。

?初步設(shè)計(jì)階段。應(yīng)優(yōu)化監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、測點(diǎn)布置、觀

測設(shè)備及儀器的數(shù)量和投資概算。

?招投標(biāo)設(shè)計(jì)階段。應(yīng)提出觀測儀器設(shè)備的清單、各主要觀測項(xiàng)目

及測次；各觀測設(shè)施安裝技術(shù)要求和投資預(yù)算。

?施工階段。應(yīng)根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)和技術(shù)要求，提出施工詳圖。承

包商應(yīng)編制施工規(guī)程，做好儀器設(shè)備的安裝、埋設(shè)、調(diào)試和保護(hù)、

電纜走線、施工期觀測及施工期觀測資料分析，及時指導(dǎo)大壩施

工，并應(yīng)保證觀測設(shè)施的完好率及觀測數(shù)據(jù)連續(xù)、準(zhǔn)確、完整。

工程竣工時，應(yīng)將觀測設(shè)施和竣工圖、埋設(shè)記錄、施工期觀測記

錄、以及整理分析等全部資料匯編成正式文件，移交治理單位。

?正常運(yùn)行階段。應(yīng)根據(jù)正常運(yùn)行階段的監(jiān)測設(shè)計(jì)，進(jìn)行正常的合

特別巡視檢查與觀測。對監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)施進(jìn)行檢查、保護(hù)、校驗(yàn)、

更新、完善，定期托付科研院所等專業(yè)機(jī)構(gòu)對監(jiān)測資料進(jìn)行整編、

分析、作出工程性態(tài)評判，提出監(jiān)測報(bào)告和安全預(yù)報(bào)意見。

2.1混凝土壩的監(jiān)測設(shè)計(jì)

在混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(DL/T5178-2003)中按照大壩的

級別對各個監(jiān)測項(xiàng)目的設(shè)定有明確的規(guī)定（見附表1）,對新建大壩各

個觀測項(xiàng)目規(guī)定了觀測周期。各個監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)該相互和諧和同步，變

形監(jiān)測、滲流滲壓監(jiān)測和應(yīng)力應(yīng)變溫度等監(jiān)測儀器儀器宜在同一重要

觀測壩段上布置，以便相互校核和補(bǔ)充。

觀測斷面的挑選和觀測儀器的布置應(yīng)該根據(jù)工程規(guī)模、建筑物等

級、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及監(jiān)測目的確定。儀器布置應(yīng)該挑選有代表性的壩段進(jìn)

行，所謂有代表性的壩段，一樣指最大壩高壩段或觀測成果易于與設(shè)

計(jì)比較的壩段。當(dāng)?shù)鼗嬖诘刭|(zhì)問題時，如脆弱夾層、泥化夾層，監(jiān)

測重點(diǎn)應(yīng)是基礎(chǔ)和與基礎(chǔ)結(jié)合的混凝土壩內(nèi)的壩踵、壩址部位。

重力壩可以選取溢流壩段或非溢流壩段作為重點(diǎn)觀測壩段，對地

質(zhì)復(fù)雜的工程可增設(shè)一個壩段，作為次要觀測壩段，其他作為一樣觀

測壩段；拱壩擬挑選拱冠梁和拱座作為重點(diǎn)觀測壩段，對于高拱壩還

可以在1/4拱、3/4拱處各挑選一個壩段作為次要觀測壩段；對于支

墩壩一樣挑選一個壩高較大的支墩作為重點(diǎn)觀測壩段，對于重要和基

礎(chǔ)地質(zhì)情形復(fù)雜的工程，可以增設(shè)觀測壩段，并作為次要觀測壩段，

其他作為一樣觀測壩段。

2.1.1變形監(jiān)測

混凝土壩的變形監(jiān)測項(xiàng)目主要有壩體變形、接縫、裂縫，以及壩

基變形、滑坡體和高邊坡的位移等。在混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范

中規(guī)定了各個監(jiān)測量的精度要求和符號約定，各個項(xiàng)目測量時應(yīng)該盡

量同步。

2.1.1.1變形監(jiān)測的精度和符號

?變形監(jiān)測的精度一樣按照表1要求。

?變形量的正負(fù)號遵守如下規(guī)定

1水平位移：向下游為正，向左岸為正，反之為負(fù)。

2垂直位移：下沉為正，上升為負(fù)。

3傾斜：向下游轉(zhuǎn)動為正，向左岸轉(zhuǎn)動為正，反之為負(fù)。

4接縫和裂縫開合度：張開為正，閉合為負(fù)。

5高邊坡和滑坡體位移：向下滑為正，向左為正，反之為負(fù)。

表1變形監(jiān)測的精度

項(xiàng)目位移量中誤差限值

重力壩支墩壩±1.0

壩頂徑向±2.0

拱壩

切向±1.0

水平位移(mm)

重力壩支墩壩±0.3

壩基徑向±0.3

拱壩

切向±0.3

壩頂±1.0

壩體垂直位移(mm)

壩基±0.3

壩體±5.0

傾斜(〃)

壩基±1.0

壩體表面接縫和裂縫(mm)±0.2

水平位移±2.0

近壩區(qū)石體和IWJ邊坡(mm)

垂直位移±2.0

水平位移±3.0(巖質(zhì)邊坡)

±5.0(土質(zhì)邊坡)

滑坡體(mm)

垂直位移±3.0

裂縫±1.0

2.1.1.2水平變形監(jiān)測的設(shè)計(jì)

1水平位移變形監(jiān)測方式挑選和測點(diǎn)的布置

順?biāo)鞣较蚝痛怪眽屋S線方向的水平位移，可以用垂線一引張線

或視準(zhǔn)線方式觀測。垂線直線一引張線方式配置適當(dāng)?shù)淖詣踊瘻y量儀

器就可實(shí)現(xiàn)自動化測量，并且可以和人工觀測并存。視準(zhǔn)線方式一樣

用于人工觀測。直形重力壩或支墩壩壩體和壩基水平位移宜采用垂

線一引張線方式觀測，引張線可以分段布置，分段中間要設(shè)垂線。如

果壩體較短，條件有利，壩體水平位移可采用視準(zhǔn)線法觀測。拱壩壩

體和壩基水平位移宜采用導(dǎo)線法觀測，如果條件答應(yīng)，也可以用垂線

方式測量水平位移。拱壩和高重力壩近壩區(qū)巖體水平位移，應(yīng)布設(shè)邊

角網(wǎng)，監(jiān)測巖體的變形。

水工建筑物位移標(biāo)點(diǎn)的布置，應(yīng)該根據(jù)建筑物的重要性、規(guī)模、

施工、地質(zhì)情形以及采用的觀測方法而定，以能全面把握建筑物及基

礎(chǔ)的變形狀態(tài)為原則。通常垂直位移與水平位移標(biāo)點(diǎn)設(shè)在同一觀測墩

上。

垂線測點(diǎn)的設(shè)置，第一應(yīng)該挑選地質(zhì)或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壩段，其次是

最高壩段和其他有代表性壩段。拱壩的拱冠和拱座應(yīng)設(shè)置垂線，較長

的拱壩還應(yīng)在1/4拱和3/4拱處設(shè)置垂線，各高程廊道與垂線相交處

應(yīng)設(shè)置垂線觀測點(diǎn)。

水平位移測點(diǎn)，應(yīng)盡量在壩頂和基礎(chǔ)廊道設(shè)置。高壩還應(yīng)該在中

間高程廊道設(shè)置測點(diǎn)，每個壩段宜設(shè)置一個測點(diǎn)。

2工程實(shí)例

大壩下游立視圖

3垂線的設(shè)計(jì)

垂線測量的是壩體順?biāo)鞣较蚣按怪彼?/p>

流方向的壩體水平位移，有正垂線、倒垂線

之分。正垂線就是在建筑物頂上懸掛鋼絲，

在基礎(chǔ)廊道內(nèi)設(shè)掛重及垂線測點(diǎn)，利用倒垂

線可以測量壩頂?shù)交A(chǔ)廊道的相對位移，設(shè)

備簡單，安裝方便。倒垂線是指從壩頂或壩

體基礎(chǔ)廊道鉆孔到壩基相對不動點(diǎn)，將鋼絲

錨固在孔底，在壩頂或基礎(chǔ)廊道設(shè)浮桶及垂

線測點(diǎn)，利用正垂線可以測量壩頂或基礎(chǔ)廊

道的絕對位移。

垂線的中部壩體廊道內(nèi)也可以設(shè)垂線測圖1典型正、倒垂線布置

點(diǎn)。垂線長度不宜大于50米，否則垂線容

易受空氣對流而震動，不易回到平穩(wěn)位置，造成測量誤差。

正倒垂結(jié)合時宜在同一個觀測墩上銜接，否則正倒垂之間的壩體

變形應(yīng)設(shè)因瓦尺或量具儀觀測。

?正垂線設(shè)計(jì)

正垂線重錘應(yīng)設(shè)止動片，阻尼箱內(nèi)應(yīng)裝防銹、粘性小的抗凍液體,

其內(nèi)徑和高度應(yīng)該比重錘直徑和高度大10?20cm。重錘重量一樣按下

式確定：W>20(l+0.02L),式中：W—重錘重量，kg；L—垂線長度，

垂線鋼絲宜采用強(qiáng)度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重

量的2倍，宜適用中1.0mm?1.2mm的鋼絲，一樣垂線鋼絲直徑不宜

大于中1.6mm。垂線安裝完成有效孔徑應(yīng)不小于85mm。

觀測站宜用鋼筋混凝土觀測墩，觀測站宜設(shè)防風(fēng)保護(hù)箱或修建安

全保護(hù)觀測室。

?倒垂線設(shè)計(jì)

倒垂線鉆孔深入基巖深度應(yīng)該按照壩工設(shè)計(jì)運(yùn)算結(jié)果，達(dá)到變形

可以或略處，缺少該項(xiàng)運(yùn)算結(jié)果時，可取壩高的1/4?1/2,鉆孔深度

不小于10m。

倒垂線孔內(nèi)宜埋設(shè)壁厚5~7mm無縫鋼管作為保護(hù)管，內(nèi)徑不宜

小于100mm,垂線安裝完成有效孔徑應(yīng)不小于85mmo

垂線浮體組宜采用恒定浮力式，浮子的浮力一樣按下式確定：

P>250(l+0.01L)式中：P—浮子浮力，N；L—測線長度,M。

垂線鋼絲宜采用強(qiáng)度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重

量的3倍，宜適用中1.0mm?1.2mm的鋼絲，一樣垂線鋼絲直徑不宜

大于①1.6mm。

4引張線的設(shè)計(jì)

引張線的設(shè)備包括端點(diǎn)裝置、測點(diǎn)裝置、測線及其保護(hù)管。

端點(diǎn)裝置可采用一端固定、一端加力的辦法，也可以采用兩端加

力的方法。

測線愈長引張線所需要的拉力愈大。長度為200?600m的引張線,

一樣采用40?80kg的重錘張拉。重錘重量按下式運(yùn)算H=S?W/(8Y)式

中：S—引張線長度，m；W—引張線鋼絲單位重量，kg/m；H—水平

拉力(重錘重量)，kg；Y—引張線懸鏈線直徑，mm。

引張線鋼絲宜采用強(qiáng)度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘

重量的2倍，宜適用中0.8mm?1.2mm的鋼絲。

引張線保護(hù)管一樣用O110-160mm的PVC管。

5視準(zhǔn)線的設(shè)計(jì)

視準(zhǔn)線應(yīng)離障礙物1m以上。工作基點(diǎn)應(yīng)采用鋼筋混凝土墩，測

點(diǎn)設(shè)觀測墩，墩上埋設(shè)強(qiáng)制對中底盤要求水平，配活動占標(biāo)，高于地

面1.2m。

為了保證觀測精度，視準(zhǔn)線的長度不能過長，一樣按如下控制：

重力壩和支墩壩300m

拱壩300m

滑坡體800m

2.1.13豎直變形監(jiān)測

豎直變形是指壩體鉛直方向的變形，即壩體沉降。沉降測點(diǎn)可以

和水平位移測點(diǎn)結(jié)合布置，可與視準(zhǔn)線的水平位移測點(diǎn)布置在同一個

測點(diǎn)墩上。

壩體廊道和壩面的沉降變形可以使用精密水準(zhǔn)測量，如需要實(shí)現(xiàn)

自動化測量，可以采用利用連通管原理設(shè)計(jì)的靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)。

引張線示意圖

L-^9i

（圖三）引張線系統(tǒng)

23壩段

靜力水準(zhǔn)原理

沉降測點(diǎn)墩結(jié)構(gòu)

視準(zhǔn)線觀測墩立面圖

觀測墩頂面

2.1.2滲流監(jiān)測

大壩及其基礎(chǔ)的滲流監(jiān)測，是安全監(jiān)測的主要項(xiàng)目。壩基揚(yáng)壓力是

壩體外荷載之一，是影響大壩穩(wěn)固的重要因素，壩體揚(yáng)壓力主要是指

溷尼姑水平施工縫上的孔隙水壓力。如果孔隙水壓力過大，說明施工

面上結(jié)合不良。壩基滲流量突然增大，說明壩基破碎帶處理或灌漿成

效不佳，兩岸混凝土與基巖接觸不良。若壩體滲流量突然增大，可能

是壩體混凝土顯現(xiàn)裂縫所致?？傊?，滲流監(jiān)測必不可少。

2.1.2.1揚(yáng)壓力監(jiān)測布置

?壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測的布置。

揚(yáng)壓力觀測應(yīng)該根據(jù)建筑物的類型、規(guī)模、壩基地質(zhì)條件和滲流

控制的工程措施等設(shè)計(jì)布置。一樣應(yīng)該設(shè)縱向觀測斷面1?2個，每個

壩段不少于1個測點(diǎn)，如地質(zhì)條件復(fù)雜，則應(yīng)適當(dāng)增加測點(diǎn)。橫向觀

測斷面至少2個，依據(jù)壩的長度而定，橫斷面間距一樣50?100m。以

重力壩、重力拱壩及支敦壩為例，橫斷面上測點(diǎn)的布置以能繪制揚(yáng)壓

力分布圖形為準(zhǔn)，一樣5?6個，帷幕前一個測點(diǎn)，帷幕后一個測點(diǎn)，

排水幕線上一個，排水幕后2?3個，測點(diǎn)一樣布置在壩段中心線或支

敦中心線上。簿拱壩一樣不測揚(yáng)壓力，僅在排水幕上布置測點(diǎn)，檢驗(yàn)

帷幕灌漿成效，測點(diǎn)也一樣每個壩段設(shè)一個點(diǎn)。

壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測一樣埋設(shè)U形測壓管，測壓管用①1?2寸鋼管引

到觀測廊道，必要時也可以埋設(shè)滲壓計(jì)。排水幕處的測壓管一樣布置

在排水孔之間，但決不能用排水孔作測壓管觀測孔。排水孔一樣深入

壩基深處，而揚(yáng)壓力觀測孔一樣在建基面下L0m。

?壩體揚(yáng)壓力的監(jiān)測布置

觀測混凝土壩壩體的滲透壓力，宜采用滲壓計(jì)（或稱孔隙水壓力

計(jì)），觀測斷面一樣設(shè)在水平施工縫上。每個截面上的測點(diǎn)宜在上游

壩面到壩體排水管之間，或在該截面高程上最大靜水壓力的是分之一

處，而且在廊道上游面排水管中心線上觀測。

2.1.2.2滲流量監(jiān)測布置

滲流量的布置應(yīng)該結(jié)合樞紐布置，對滲流的流向、集流和排水設(shè)

施統(tǒng)籌規(guī)劃，然后進(jìn)行滲流量的觀測設(shè)計(jì)。滲流量觀測一樣采用單孔

排水量和量水堰觀測，或者采用容積法觀測。布置時應(yīng)該注意將壩體

滲流量和壩基滲流量分開觀測，壩體滲流排水多流入排水溝內(nèi)。因此,

可以在不同高程的廊道設(shè)置量水堰觀測不同部位的滲流量。壩基滲流

量應(yīng)將河床壩段和兩岸壩段分開觀測，可以采用單孔滲流量計(jì)。大壩

總滲流量可以通過集水井用容積法觀測。

2.1.2.3繞壩滲流監(jiān)測布置

測點(diǎn)布置應(yīng)該根據(jù)地勢、樞紐布置和繞壩滲流區(qū)巖體滲流特性而

定。在兩岸的帷幕后順帷幕方向布置兩排測點(diǎn)，測點(diǎn)布置在靠壩肩處

較密，帷幕前可以不知少量的測點(diǎn)。

典型壩基測壓管布置

揚(yáng)壓力觀測縱向布置

量水堰的結(jié)構(gòu)

1-1

水流

--------------?

堰板

（三角堰

梯形堰

矩形堰）

量水堰布置

2.1.3混凝土壩內(nèi)部觀測

混凝土壩內(nèi)部觀測一樣指應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測等項(xiàng)目，它應(yīng)當(dāng)

與變形、滲流監(jiān)測等項(xiàng)目結(jié)合布置，組成一個大壩的完整的安全觀測

系統(tǒng)。

混凝土壩內(nèi)部觀測一樣挑選典型壩段作為觀測壩段，進(jìn)行全面觀

測，同時針對某些特別情形在其他壩段布置一些適當(dāng)?shù)膬x器進(jìn)行某些

項(xiàng)目的觀測。觀測壩段挑選的原則，在整座大壩的各個壩段中從壩體

結(jié)構(gòu)、壩基地質(zhì)條件和壩高等方面來看具有代表性的壩段。例如挑選

高度最大或基巖最差的壩段作為觀測壩段，也可以在非溢流壩段和溢

流壩段各挑選一個壩段作為觀測壩段。

觀測壩段選定后，在壩段內(nèi)選定個垂直于壩軸線的橫斷面稱為觀

測斷面，一樣挑選通過壩段中心線的斷面。

為了監(jiān)測壩體和壩基的應(yīng)力狀態(tài)及壩體和壩基抗滑穩(wěn)固，一樣布

置以下三類內(nèi)部觀測儀器。

?壩體工作狀態(tài)的影響因素或荷載的觀測

溫度是影響大壩位移的主要因素，也是施工期間澆筑混凝土和進(jìn)

行壩縫灌漿的重要控制參數(shù)，基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土的溫度控制不好，就

容易引起不易發(fā)覺的貫穿性裂縫，因此在觀測壩段需要進(jìn)行監(jiān)測。溫

度計(jì)在觀測斷面上一樣成網(wǎng)格形布置，測點(diǎn)的間距一樣為8?15m,壩

面鄰近的測點(diǎn)間距可小些，上游壩面布置水溫計(jì)，下游壩面布置混凝

土表面溫度測點(diǎn)及導(dǎo)溫系數(shù)測點(diǎn)。

擋水壩段溫度計(jì)安裝位置示意圖

拱壩壩體溫度計(jì)分布

?壩體應(yīng)力狀態(tài)的觀測

壩體應(yīng)力狀態(tài)的觀測重點(diǎn)是靠近底部的基礎(chǔ)觀測截面，因?yàn)榫嚯x

壩底愈近，水荷載和自重引起的應(yīng)力愈大，因此基礎(chǔ)觀測截面的應(yīng)力

狀態(tài)在壩體強(qiáng)度和穩(wěn)固控制方面起關(guān)鍵作用。但為了躲開基坑不平和

邊界造成的應(yīng)力集中，基礎(chǔ)觀測截面距壩底不宜小于5m。重力壩的

應(yīng)力分布受到壩體施工方法的影響，同倉澆筑的混凝土基礎(chǔ)觀測截面

的應(yīng)力是連續(xù)分布的，應(yīng)變計(jì)組的布置按平面變形問題考慮，可以布

置4向或5向應(yīng)變計(jì)組，其中4向應(yīng)變計(jì)組構(gòu)成的平面與觀測基面重

合。

應(yīng)力應(yīng)變觀測示意圖

里石門拱壩拱圈應(yīng)變計(jì)衣置

?壩體接縫和壩基基巖變形觀測

重力壩和支墩壩的縱縫都需要灌漿膠結(jié)成整體，整體重力壩的橫

縫也需要進(jìn)行灌漿。為了監(jiān)測灌漿前后壩縫的開度變化，以及在灌漿

時控制壓力，在灌漿區(qū)中部壩縫內(nèi)要設(shè)置測縫計(jì)。

壩基底部的壩踵和壩趾分別埋設(shè)2支以上基巖變

形變位計(jì)對于壩體抗滑穩(wěn)固性有監(jiān)測作用，壩踵垂直

向布置的基巖變形計(jì)可以同時監(jiān)測上游壩踵是否因?yàn)閴误w

拉應(yīng)力引起基巖裂縫張開或壩底和基巖脫開?；鶐r變位計(jì)

基巖變位計(jì)布置圖

2.2土石壩的監(jiān)測設(shè)計(jì)

土石壩的安全監(jiān)測，必須根據(jù)工程等級、規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式，地勢、

地質(zhì)條件等因素，設(shè)置必要的監(jiān)測項(xiàng)目及其相應(yīng)設(shè)施，定期進(jìn)行系統(tǒng)

的觀測。土石壩施工期以監(jiān)測填筑壩體的孔隙水壓力和變形為主保證

壩體填筑的穩(wěn)固，運(yùn)行期以監(jiān)測壩體浸潤線和滲流量以及下游壩坡位

移為主，以確保壩坡穩(wěn)固。

2.2.1滲流監(jiān)測

安全監(jiān)測項(xiàng)目的挑選以確保工程安全為前提，優(yōu)先保證重點(diǎn)部位

的監(jiān)測。加強(qiáng)土石壩滲流和外部變形觀測，同時輔之以一些特定項(xiàng)目

的監(jiān)測。

?滲流量監(jiān)測

在大壩下游壩趾建量水堰，是常用的方法。這需要作截水墻以聚

集滲水，對于建在深沖積層上的土壩更必須這樣做，否則大部分滲

水從下部的沖積層漏走了。截水墻在施工期進(jìn)行壩基處理時就進(jìn)行,

減少一些重復(fù)工程量和后期施工時的困難。

由于土石壩所在范疇廣，滲流量監(jiān)測容易受到降雨的影響。

?壩體浸潤線觀測

浸潤線觀測斷面宜挑選在最大壩高處、合龍段、地勢或地質(zhì)條件

復(fù)雜處，一樣不少于3個，并盡量與變形、應(yīng)力應(yīng)變觀測斷面相結(jié)合。

在每個橫斷面內(nèi)從壩頂往下游壩坡布置3?5個測點(diǎn)，觀測水位，繪

制浸潤線。

浸潤線觀測的可以采用測壓管方式或埋設(shè)滲壓計(jì)方式。一樣如下

原則挑選：

1作用水頭小于20m的壩，滲透系數(shù)大于或等于lOam/s的土體

中，滲透壓力變幅小的部位，宜采用測壓管方式。

2作用水頭大于20m的壩，滲透系數(shù)小于10-4cm/s的土體中，觀

測不穩(wěn)固滲流過程以及不適宜埋設(shè)測壓管的部位（如上游鋪蓋或斜墻

底部、接觸面等），宜采用埋設(shè)滲壓計(jì)方式，其量程應(yīng)與測點(diǎn)水壓力

相適應(yīng)。

?繞壩滲流觀測

在大壩與兩岸山坡連接處，沿壩腳線，從壩頂?shù)较掠尾贾脻B流壓

力測點(diǎn)。

2.2.2變形監(jiān)測

變形監(jiān)測的項(xiàng)目，主要有壩的表面變形，內(nèi)部變形，裂縫及接縫

等。變形監(jiān)測的正負(fù)號規(guī)定與混凝土壩類似。

2.2.2.1表面變形監(jiān)測

表面變形的橫向觀測斷面通常選在最大壩高、合龍?zhí)?、地勢突?/p>

處、地質(zhì)條件復(fù)雜處，一樣不少于3個。每個橫向觀測斷面一樣不少

于4個標(biāo)點(diǎn)，通常在上游壩坡正常蓄水位以上1個，正常蓄水位以下

可根據(jù)需要設(shè)暫時測點(diǎn)，壩頂下游壩肩布置1個，下游壩坡半壩高以

上1?3個，半壩高以下1?2個（含壩腳一個）。

測點(diǎn)的在壩軸線方向上的間距，一樣壩長小于300m時，宜取

20?50m,壩長大于300m時，宜取50?100m。

表面豎向位移及水平位移變形一樣共用一個測點(diǎn)。

某土壩的壩體測壓管浸潤線觀測

觀測垂線

均質(zhì)土壩等勢線觀測布置

電纜

壩而

壩體

高崩解性粘土

2寸鍍鋅鋼管

疆

。?

弋

壓計(jì)/

％U

6

0

9

I

10。)

。

IOO丫\一設(shè)計(jì)孔底高程

U

30cm0I

N9

測壓管結(jié)構(gòu)示意圖

水庫視準(zhǔn)線

三角網(wǎng)工作基點(diǎn)

校核基點(diǎn)

土壩三角網(wǎng)水平位移觀測布置

大壩視準(zhǔn)線布置平面圖

2.2.2.1內(nèi)部變形監(jiān)測

為了了解土石壩在施工和運(yùn)行期間壩體內(nèi)的固結(jié)和沉降（垂直位

移）情形，結(jié)合其他有關(guān)觀測資料進(jìn)行綜合分析，以判定其穩(wěn)固性和

有無變形裂縫，作用施工控制和工程安全運(yùn)行的依據(jù)。

土石壩壩體內(nèi)部的固結(jié)和沉降，一樣采用在壩體內(nèi)逐層埋設(shè)橫梁

管式沉降儀，電磁式沉降儀，干簧管式沉降儀，水管是沉降儀等方式。

?沉降觀測

沉降觀測應(yīng)該與壩體其他各種位移觀測、壩體內(nèi)孔隙水壓力的觀

測配合進(jìn)行。內(nèi)部變形觀測的布置應(yīng)該根據(jù)工程的重要程度，結(jié)構(gòu)形

式，地質(zhì)，地勢，壩長以及施工方法等確定，一樣應(yīng)在原河床、最大

壩高、合龍段、代表性地質(zhì)、特點(diǎn)地質(zhì)處。每根沉降管的測點(diǎn)間距，

應(yīng)根據(jù)壩身填料特性，施工方法而定，一樣為2?5m。沉降管最下一

個測點(diǎn)應(yīng)置于壩基表面，同時測量壩基的沉降量。

水管式沉降儀，測點(diǎn)的布置，一樣沿壩高橫向布置3排，即1/3

壩高處，2/3壩高處，1/2壩高處。

水管式沉降儀原理圖

電磁式沉降儀示意圖

?水平位移監(jiān)測

水平位移是指垂直壩軸線方向和平行壩軸線方向的位移，大壩在上

游水壓力作用下，可能向下游方向位移，也可能是由于壩基或壩體的

抗剪強(qiáng)度降低，產(chǎn)生的側(cè)向位移，這樣的側(cè)向位移可能引起壩體橫向

開裂，以及兩岸脫離，形成不利于壩體安全的滲流通道。因此，在這

些可能產(chǎn)生較大位移部衛(wèi)安裝位移計(jì)，觀測大壩在施工和運(yùn)行期間壩

體內(nèi)部的位移情形，結(jié)合其它觀測項(xiàng)目綜合分析，判定壩坡的穩(wěn)固性,

壩內(nèi)有無隱藏性裂縫，作為施工和運(yùn)行安全運(yùn)用的依據(jù)。

壩體內(nèi)部水平位移觀測，一樣沿可能產(chǎn)生有害位移的方向，在壩體

內(nèi)部埋設(shè)引張線式水平位移計(jì)、測斜儀、電位器式位移計(jì)（TS位移

計(jì)）、正倒垂等等設(shè)備觀測。

常用的引張線式位移計(jì)適宜水平埋設(shè)，一樣在靠近壩體頂部的左右

岸區(qū)，分層設(shè)在最大壩高斷面的粗粒料區(qū)，分設(shè)高程約為1/3、2/3、

1/2壩高處。

引張線式位移計(jì)原理圖

測斜儀工作原理

3觀測儀器

3.1垂線坐標(biāo)儀、引張線儀

國內(nèi)現(xiàn)己普遍使用的遙測垂線坐標(biāo)儀有兩種，一種是電容感應(yīng)式

垂線坐標(biāo)儀，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造，測量速度快。缺點(diǎn)

是:①測值不直觀，必須通過模擬量換算；線性范疇小，超過線性范

疇后精度迅速降低；而且一側(cè)極板受水滴、潮濕影響時即產(chǎn)生很大誤

差。②測量電路復(fù)雜，電纜傳輸模擬量，傳輸電路中聯(lián)接點(diǎn)多，防潮

性能差，易受干擾和雷電流影響而導(dǎo)致故障，因而故障率高。③測量

裝置無互換性，無精確測量基準(zhǔn)，修理或更換后資料不能連續(xù)。④無

自校功能，某些部位發(fā)生故障后仍輸出錯誤測值；⑤“中間極”必須

套在垂線鋼絲或引張線鋼絲上，并用導(dǎo)線引出，安裝時擾動垂線，測

量時也帶入誤差。

普遍使用的另一種儀器是步進(jìn)電機(jī)式垂線坐標(biāo)儀，具有測值直觀,

測量范疇大而測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，該種儀器的最優(yōu)產(chǎn)

品為濰坊金水華禹信息科技有限公司的STC-50型垂線坐標(biāo)儀，具

有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)儀器和垂線鋼絲無任何接觸，無論安裝和測量都不干擾垂線位

移。測值直觀，精確可靠，測量精度不因量程加大而降低。

(2)有2根永久固定在測點(diǎn)上的不銹鋼基準(zhǔn)桿，作為測量和自校的

基準(zhǔn)，能始終保持測值連續(xù)性和校驗(yàn)測值正確性，在儀器修理或更換

后能保持資料連續(xù)。

(3)在跟蹤垂線的探頭上有兩對紅外光照準(zhǔn)器，相互備用，保證每

次測量都能取得測值，使儀器可靠性大為提高。同時采取了多種密封

防潮措施，使故障率大大降低。

(4)測量裝置和儀器均具有互換性，輸出為數(shù)字量，測量電路的抗

干擾抗雷電流能力強(qiáng)，可靠性高，不易產(chǎn)生故障。

(5)測量系統(tǒng)具有自檢能力，能顯示故障部位，便于修理，部件和

電路更換方便，故障易于排除。

(6)機(jī)械加工精密，工藝優(yōu)良，電路和接插件均有多重防潮密封

措施，且有控溫加熱元件保持干燥。

垂線坐標(biāo)儀主要技術(shù)指標(biāo)為：

測量范疇：X50mm,Y30mm

辨論力：0.01mm

測量精度：±0」mm

環(huán)境溫度:一10?+50℃

環(huán)境濕度:W95%RH

引張線儀主要技術(shù)指標(biāo)為:

測量范疇：30/50mm

辨論力：0.01mm

測量精度：±(Mmm

環(huán)境溫度:一10?+50℃

環(huán)境濕度:W95%RH

3.2鋼弦式滲壓計(jì)

實(shí)現(xiàn)壩體滲流監(jiān)測自動化的儀器有壓阻式、差阻式、電感式和

鋼弦式等幾種類型。由于壓阻式儀器的長期穩(wěn)固性較差，損壞率高，

難以長期應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測；差阻式滲壓計(jì)穩(wěn)固性好，但是靈敏度

低，特別是在低水位監(jiān)測的情形下不適用；電感式儀器穩(wěn)固性差，故

障率高，在國內(nèi)許多工程中使用成效不好；鋼弦式傳感器可將測壓管

中水位變換為頻率量遠(yuǎn)傳，其靈敏度高，安裝方便，已在國內(nèi)外工程

中大量使用，國產(chǎn)鋼弦式滲壓計(jì)由于生產(chǎn)工藝方面的原因，質(zhì)量較差,

特別是長期穩(wěn)固性方面不理想。美國Geokon公司原裝生產(chǎn)的

GK-4500S型鋼弦式滲壓計(jì)，該儀器具有靈敏度高，長期穩(wěn)固性好，

溫度影響小等優(yōu)點(diǎn)，已在國內(nèi)幾十座大壩上使用，成效良好，但價格

較高。由美國進(jìn)口機(jī)芯及配件在國內(nèi)組裝的DG-4560s型鋼弦式滲壓

計(jì)具備了GK-4500S型的性能，而價格介于國產(chǎn)和原裝進(jìn)口鋼弦式滲

壓計(jì)之間，已在國內(nèi)大量使用，成效良好，DG-4650型鋼弦式滲壓計(jì);

其技術(shù)指標(biāo)為：

測量范疇：0~50PSI

分辨力：0.025%F.S

準(zhǔn)確度：±0.5%F.S

線性度：＜0.5%F.S

3.3差阻式儀器

1932年美國人卡爾遜研制成功差阻式儀器，其原理見下圖所示，

當(dāng)受到外界的拉壓而變形時，儀器內(nèi)部兩根張緊鋼絲Ri、R2的電阻

發(fā)生差動變化，鋼絲電阻RkR+R2及Z=R/R2能反映儀器所在處的

應(yīng)力、變形的大小。

差阻式儀器在混凝土壩內(nèi)部觀測應(yīng)用非常廣泛。

差阻式儀器的種類

儀器名稱型號規(guī)格

DI-10

DI-25

DI-25DL

應(yīng)變計(jì)DI-25DM

DI-25B

應(yīng)DI-15GY

DI-25GY

力配DI-25

無應(yīng)力計(jì)

配DI-10

應(yīng)鋼板計(jì)配DI-10

CF-5,12

變CF-25

CF-40

測縫計(jì)

儀CF-5,12GY

CF-25GY

器CF-40GY

裂縫計(jì)配CF-5,12

KL-20,22,25,28,32,36,40

鋼筋計(jì)

KL-20,22,25,28,32,36,40GY

SZ-2,4,8,16

滲壓計(jì)

SZ-4A

應(yīng)力計(jì)WL-30,60

DW-1

溫度計(jì)

DW-1GY

土壓力計(jì)YUB-2,4,8,16

滲流滲壓揚(yáng)壓力計(jì)YZ-1,5,10

位移計(jì)WY-100G

變形儀器三向測縫計(jì)SX

水管式沉降儀CJT-1

基巖變位計(jì)配CF-5,12

基巖

多點(diǎn)變位計(jì)BWC-1

邊坡

錨索測力計(jì)MS-1（100噸）

儀器

錨桿應(yīng)力計(jì)配KL系列

4自動化系統(tǒng)

早在二十世紀(jì)60年代后期，國外已開始研制大壩安全監(jiān)測自動

化設(shè)備，日本第一在梓川的三座壩上實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)采集自動化[1]。

70年代后期意大利在Talvacchia雙曲拱壩上利用模擬運(yùn)算機(jī)和垂線坐

標(biāo)儀實(shí)現(xiàn)了變形監(jiān)控⑵，在Chotas壩上安裝了集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

[3],經(jīng)過改進(jìn)在Ridracoli壩上安裝分布式系統(tǒng)為主體的混合式系統(tǒng)

[4]o現(xiàn)在發(fā)展了GPDAS分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，更為廣泛應(yīng)用。

美國在80年代初期開始大壩監(jiān)測自動化工作，1981年美國墾務(wù)

局在Monticello拱壩上安裝了集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，總結(jié)體會后認(rèn)為

分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)更好，從1981年起在FlamingGorge等四座拱壩

上安裝了分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，取得了成功[5],此后即普遍應(yīng)用了

分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

從國外大壩監(jiān)測自動化發(fā)展過程來看都是由集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

向分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展，目前有代表性的國外產(chǎn)品如意大利

ISMES研究所的GPDAS系統(tǒng)，美國GEOMATION公司的2300系統(tǒng)

和SINCO公司的IDA系統(tǒng)都是分布式系統(tǒng)，后二者都已在我國有所

應(yīng)用。

我國的大壩監(jiān)測自動化工作起步雖晚，至今也近30年了。從70

年代末到80年代中期，解決了差動電阻式儀器的高精度遠(yuǎn)距離自動

化集中測量問題，80年代中期已有兩種類型的遙測垂線坐標(biāo)儀的大

壩上使用，通過國家“七五”攻關(guān)計(jì)劃的實(shí)施，研制成功了集中式數(shù)

據(jù)采集系統(tǒng)。90年代已有近30座大壩安裝了一些遙測儀器或采用集

中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大壩監(jiān)測自動化。

我單位研制的DG—94型分布式大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)在1996

年3月通過了水利部主持，水電兩部門的專家參與的鑒定會，鑒定意

見認(rèn)為該系統(tǒng)總體上達(dá)到國際先進(jìn)水平，在差動電阻式儀器監(jiān)測和變

形監(jiān)測方面還有所突破，1997年榮獲水利部科技進(jìn)步二等獎，1998

年榮獲國家科技進(jìn)步三等獎，迄今為止仍是大壩監(jiān)測自動化方面唯獨(dú)

通過部級鑒定并獲得國家科技進(jìn)步獎的自動化系統(tǒng)，在國內(nèi)一直處于

領(lǐng)先水平。已在水利和電力部門的60多座混凝土壩和土石壩中廣泛

應(yīng)用，運(yùn)行良好，均已取代人工觀測，成為大壩安全監(jiān)控的現(xiàn)代化手

段。該型系統(tǒng)經(jīng)過DG-94型、DG-95型、DG-97型發(fā)展到DG-2000

型，功能和性能更為優(yōu)越。

DG型分布式大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)由五部分組成，即大壩監(jiān)測儀器、

測量控制裝置、中央控制裝置，安全信息治理系統(tǒng)及通信和電源線路

等組成。其中大壩監(jiān)測儀器，測量控制裝置和中央控制裝置組成大壩

監(jiān)測數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，主要功能是實(shí)現(xiàn)大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集。信息

治理系統(tǒng)的主要功能對包括監(jiān)測數(shù)據(jù)在內(nèi)的大壩安全信息進(jìn)行儲備

和治理，為大壩安全運(yùn)行提供安全評判和監(jiān)控依據(jù)。

4.1DG型系統(tǒng)的功能和性能

4.1.1監(jiān)測功能

（1）數(shù)據(jù)采集方式

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有六種不同監(jiān)測數(shù)據(jù)采集方式，具有較大的靈活

性和可靠性。

①中央控制方式：由監(jiān)控主機(jī)（現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集運(yùn)算機(jī)）發(fā)出命

令，測控裝置接收命令、完成規(guī)定的測量，測量完畢將數(shù)據(jù)暫存，并

根據(jù)命令將測量數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控主機(jī)內(nèi)儲備；

②自動控制方式（即無人值班方式）：由各臺測控裝置自動按設(shè)

定的時間和方式（可由人工按需設(shè)定）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將所測數(shù)據(jù)

暫存，同時自動傳送至監(jiān)控主機(jī)內(nèi)儲備。該方式主要用于日常測量；

③特別條件下應(yīng)急控制方式：在汛期或其它特別情形下，電源

和通訊完全中斷時，各測控裝置能依靠自備電源連續(xù)進(jìn)行自動化巡

測，可堅(jiān)持運(yùn)行一周，所有測值全部自動儲備，等待故障修復(fù)后提取。

④人工測量方式：作為一種后備方式，當(dāng)監(jiān)控主機(jī)或通訊線路

發(fā)生故障時，在通訊線路復(fù)原前，采用便攜式運(yùn)算機(jī)或鍵盤顯示器進(jìn)

行數(shù)據(jù)采集或提取自動測量數(shù)據(jù)；在測控裝置發(fā)生故障時，采用便攜

式檢測儀進(jìn)行人工數(shù)據(jù)采集；

⑤網(wǎng)絡(luò)化測量方式：本系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化治理功能，在添加一些

運(yùn)算機(jī)終端等設(shè)備后，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家可在主管領(lǐng)導(dǎo)辦公室、總工室、

水工治理部門等一切相關(guān)部門的運(yùn)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、資料查詢

等；

(2)數(shù)據(jù)采集方法

監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集方法有：巡測、定時巡測、選測、人工測量。采

集周期根據(jù)工程要求，運(yùn)行人員可在監(jiān)控主機(jī)上設(shè)定或修改起始測量

時間和定時自動測量周期。

4.1.2顯示功能

能顯示大壩及監(jiān)測系統(tǒng)的全貌、網(wǎng)絡(luò)連接圖、儀器測點(diǎn)布置平面

和剖面圖，各種監(jiān)測數(shù)據(jù)過程線等，顯示報(bào)警狀態(tài)，顯示所有監(jiān)測數(shù)

據(jù)、監(jiān)測成果，顯示有關(guān)系統(tǒng)信息，若接投影儀可實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示。

4.1.3儲備功能

系統(tǒng)所有實(shí)測數(shù)據(jù)分二級儲備：測控裝置具有儲備器和掉電保護(hù)

模塊，能暫存所測數(shù)據(jù)，儲備容量不小于128KB,存滿后自動覆蓋，

在系統(tǒng)斷電的情形下保證不丟失數(shù)據(jù)；監(jiān)控主機(jī)接受所有測控裝置的

監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動檢驗(yàn)、儲備，對超差數(shù)據(jù)自動報(bào)警，檢驗(yàn)后的數(shù)據(jù)存

入數(shù)據(jù)庫中。

4.1.4數(shù)據(jù)通訊功能

數(shù)據(jù)通訊包括現(xiàn)場級和治理級的數(shù)據(jù)通訊。

(1)現(xiàn)場級數(shù)據(jù)通訊功能：

現(xiàn)場測控裝置和監(jiān)控主機(jī)之間，采用RS-485實(shí)現(xiàn)雙向通訊。

(2)治理級數(shù)據(jù)通訊功能：

信息治理主機(jī)可通過電話線或光纜或微波等與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集運(yùn)

算機(jī)之間通訊，實(shí)現(xiàn)雙向通訊。

4.1.5數(shù)據(jù)治理功能

監(jiān)控主機(jī)具有監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)視操作、輸入/輸出、顯示打印等一樣

治理能力，儲備系統(tǒng)所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，對測控裝置傳輸來的原始測值進(jìn)

行初步處理，供運(yùn)行人員進(jìn)行瀏覽、檢查、繪圖、打印等，并有數(shù)據(jù)

越限報(bào)警功能?？烧{(diào)度各級顯示畫面及修改/設(shè)置儀器的參數(shù)、修改/

設(shè)置系統(tǒng)的配置、進(jìn)行系統(tǒng)測試、系統(tǒng)保護(hù)等，完成系統(tǒng)調(diào)度、過程

信息文件形成、入庫、通訊等任務(wù)。

4.1.6系統(tǒng)自檢功能

系統(tǒng)具有自檢功能，可對數(shù)據(jù)儲備器、程序儲備器、CPU、實(shí)時

時鐘、供電狀況、電池電壓、測量電路及傳感器電路等進(jìn)行自檢，能

在監(jiān)控主機(jī)上顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障部位及類型等信息，以便及時

保護(hù)系統(tǒng)。任何硬件和軟件的故障都不危及系統(tǒng)設(shè)備和人身安全。

4.1.7系統(tǒng)防雷、抗干擾功能

大壩所處地理位置，易受雷擊或強(qiáng)電磁場影響。系統(tǒng)通訊方式可

以采用光纜和電纜相結(jié)合、所有暴露在外的電源電纜、通信電纜、信

號電纜等除采用鋼管保護(hù)外，還采用了特殊的外堵內(nèi)防技術(shù)，即電纜

輸入口和機(jī)箱采取隔離加等電位防雷技術(shù)、測控裝置采用防雷器件，

對接地要求低，成效顯著。在系統(tǒng)的供電線路、傳感器到測控裝置的

入口等重要部位均設(shè)有防雷設(shè)備，采取了三級防雷保護(hù)措施，確保系

統(tǒng)在雷擊和電源波動等情形下能正常工作。電源、通訊和傳感器輸入

口可防1500W雷電感應(yīng)。

4.1.8系統(tǒng)供電功能

系統(tǒng)所有設(shè)備采用220V交流電,MCU還有自帶免保護(hù)的鉛酸充電

電池作后備電源，在系統(tǒng)供電中斷的情形下，備用電源自動啟動，在

每天測量兩次的條件下，能保證測控裝置連續(xù)工作一周，以保證數(shù)據(jù)

測量的連續(xù)性。

4.2系統(tǒng)性能指標(biāo)：

①系統(tǒng)平均無故障各種時間

系統(tǒng)平均無故障工作時間210000小時；

②測量周期

系統(tǒng)自動定時測量周期可根據(jù)工程要求，操作員可在測控裝置、

監(jiān)控主機(jī)、治理主機(jī)等運(yùn)算機(jī)上設(shè)定或修改，測量周期設(shè)定范疇為1

分鐘?1個月；

③系統(tǒng)容量

可連接儀器測量模塊數(shù)量：256臺（可擴(kuò)至1024臺）；

④系統(tǒng)工作電源

系統(tǒng)工作電源為：

電壓：220VAe±20%；

周波：50±lHz；

⑤系統(tǒng)防雷

傳感器、電源和通信：1500W；

⑥系統(tǒng)接地

系統(tǒng)接地電阻：〈10。；

⑦系統(tǒng)工作環(huán)境

a.運(yùn)算機(jī)房

環(huán)境溫度：10℃~30℃；

環(huán)境濕度：W75%Rh；

b.測控裝置

環(huán)境溫度：-30℃?60℃；

環(huán)境濕度：^100%Rho

4.2DG型系統(tǒng)主要設(shè)備（測控裝置）

DG型分布式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的技術(shù)性能和指標(biāo)滿足《土

石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL60-94）和《大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備

基本技術(shù)條件》（SL268-2001）的要求，并滿足《招標(biāo)文件》所要求

的技術(shù)指標(biāo)，同時、該系統(tǒng)的系列產(chǎn)品包括測控裝置已獲得生產(chǎn)產(chǎn)品

許可證。該系統(tǒng)由MCU-1/2/3M型測控裝置（由各類智能數(shù)據(jù)采集模

塊按實(shí)際需要組合而成）、各種不同的通信介質(zhì)和基于Windows

9X/2000/NT平臺的數(shù)據(jù)采集軟件、信息治理軟件組成，能采集差阻

式、步進(jìn)式、電感式、鋼弦式、電位器式等各類傳感器，根據(jù)所接入

監(jiān)測儀器的數(shù)量和種類，配置不同類型的測量模塊。實(shí)踐證明DG型

分布式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)是一個既先進(jìn)、可靠，又經(jīng)濟(jì)、實(shí)用

的自動化系統(tǒng)，完全滿足水庫大壩安全監(jiān)測的要求。

濰坊金水華禹信息科技有限公司大壩監(jiān)測分所生產(chǎn)的DG-2000型

分布式大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，它由監(jiān)測儀器、測控裝置、監(jiān)控運(yùn)算機(jī)以

及各種電纜等組成。測控裝置是大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)

備，是分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)裝置，它決定了系統(tǒng)的規(guī)模、功能

和性能，DG-2000型分布式大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中的測控裝置為

MCU-1M型或MCU-1M型測控裝置，它由密封機(jī)箱、智能數(shù)據(jù)采集

模塊、電源模塊、人工比測模塊和防雷模塊等組成，各功能模塊布局

合理、標(biāo)志清楚、修理方便，還有溫控加熱除濕裝置。該裝置用于系

統(tǒng)中各種類型監(jiān)測儀器(傳感器)的數(shù)據(jù)測量、儲備和傳輸，安裝在

監(jiān)測儀器鄰近，適合于在惡劣的水工環(huán)境下長期使用，可靠性高，平

均無故障時間大于20000小時。MCU-1M型測控裝置有1個智能控

制數(shù)據(jù)采集模塊，MCU-2M型測控裝置有2個智能控制數(shù)據(jù)采集模

塊，每個智能控制數(shù)據(jù)采集模塊可接入的儀器類型和數(shù)量見表lo

表1：智能數(shù)據(jù)采集模塊的種類、可接入的儀器類型和數(shù)量

序號名稱型號通理'-V-數(shù)備注

1差阻式儀器采集模塊R16M164/5芯差阻式儀器或溫度計(jì)

2步進(jìn)式儀器采集模塊S1M1步進(jìn)電機(jī)式垂線坐標(biāo)儀或引張線儀

3步進(jìn)式儀器采集模塊S4M4步進(jìn)電機(jī)式垂線坐標(biāo)儀或引張線儀

4鋼弦式儀器采集模塊V16M16各類鋼弦式儀器

5電壓式儀器采集模塊E16M16各類電壓、電流量輸出儀器

6環(huán)境量儀器采集模塊H3M11浮子式儀器、雨量計(jì)和差阻式儀器

7環(huán)境量儀器采集模塊FRV11浮子式儀器、雨量計(jì)和鋼弦式儀器

7種氣象站儀器，如風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、

8氣象站儀器采集模塊M7M7

氣壓、雨量、蒸發(fā)、濕度等

MCU-1/2/3M型測控裝置技術(shù)指標(biāo)如下:

(1)差動電阻式儀器測量模塊RI6M

測點(diǎn)數(shù)量：16支五芯或四芯差動電阻式儀器

測量范疇：電阻值：0?120。

電阻比：0.8000?1.2000

準(zhǔn)確度：電阻值：0.02Q

電阻比:0.0002

辨論力：電阻值：0.01Q

電阻比:0.0001

測量速度：5秒/支

(2)鋼弦式儀器測量模塊VI6M

測點(diǎn)數(shù)量：16支鋼弦式儀器(頻率+溫度)

測量范疇：頻率：400~6000Hz

溫度：-50?150c

準(zhǔn)確度：頻率：±0.01%F?S

溫度：±0.5℃

辨論力：頻率：0.01Hz

溫度：0.1℃

測量速度：4秒/支(頻率+溫度)

(3)步進(jìn)式儀器測量模塊SI/4M

測點(diǎn)數(shù)量：1/4通道(垂線儀或引張線儀)

測量范疇X：0?50mm,Y：。?30mm

準(zhǔn)確度：±0.1mm

辨論力：0.01mm

測量速度：4?655秒/支

測量時間：45s/point；

(4)電壓式儀器測量模塊El6M

測點(diǎn)數(shù)量：16通道

測量范疇±2V

準(zhǔn)確度：±0.1%F?S

辨論力：0.01%F-S

測量速度：6秒/支

(5)環(huán)境量儀器測量模塊H3M/FRV

測點(diǎn)數(shù)量：2支浮子式水位計(jì)+1支雨量計(jì)+8支差阻式儀器/8

支鋼弦式儀器

測量范疇：同浮子式水位計(jì)、1支雨量計(jì)和差阻式儀器/鋼弦

式儀器

準(zhǔn)確度：水位計(jì)：同浮子式水位計(jì)

雨量計(jì)：同雨量計(jì)

差阻式儀器：同差阻式儀器測量模塊R16M

鋼弦式儀器：同鋼弦式儀器測量模塊VI6M

辨論力：水位計(jì)：1cm

雨量計(jì)：同雨量計(jì)

差阻式儀器：同差阻式儀器測模塊RI6M

鋼弦式儀器：同鋼弦式儀器測模塊VI6M

測量速度：5秒/支

(6)氣象站儀器測量模塊M7M

氣象站儀器測量模塊的技術(shù)指標(biāo)可參見氣象站儀器。

(7)通訊接口：CAN總線、RS-485、RS-232-C,無線、光纖、微波、

電話線等通訊方式可選

(8)通訊波特率：1200bps可調(diào)

(9)儲備容量：128KB帶掉電保護(hù)

(10)工作電源:220VAe±15%,50Hz或太陽能電源可選,配12V4AH

蓄電池

(11)工作環(huán)境：溫度：-10?60℃(—30?60℃可選)

濕度：W98%Rh

(12)設(shè)備防雷：傳感器：1500W

電源、通訊：1500W

(13)平均無故障工作時間(MTBF)：20000小時

4.3系統(tǒng)配套軟件

系統(tǒng)配套的軟件是以Windows2000/NT/Me/98為系統(tǒng)平臺的一套

圖視化的窗口軟件，具有全圖形化操作、界面友好、操作方便等特點(diǎn)，

它承擔(dān)著水庫大壩安全監(jiān)測信息的治理工作，系統(tǒng)治理軟件由DG型

數(shù)據(jù)采集軟件、DSIM型信息治理軟件和MDAP型數(shù)據(jù)分析軟件組

成，這些軟件具有以下功能。

4.3.1數(shù)據(jù)采集軟件

數(shù)據(jù)采集軟件是Windows2000/NT/Me/98環(huán)境下一套圖視化的窗口

軟件，所有監(jiān)測點(diǎn)均可顯示在布置圖上，每個測點(diǎn)都與數(shù)據(jù)庫相連接,

同時布置圖上的每一個測點(diǎn)又與現(xiàn)場測控裝置的對應(yīng)儀器相通，因此

操作和挑選屏幕布置圖上的測點(diǎn)或采集模塊就可以完成對該測點(diǎn)或

模塊的數(shù)據(jù)采集、換算、處理、入庫等全部過程。對自動采集的數(shù)據(jù)

自動入庫；對人工測量的數(shù)據(jù)，提供了一個人機(jī)界面窗口，可鍵盤輸

入進(jìn)庫。數(shù)據(jù)采集軟件可用于單機(jī)采集和網(wǎng)絡(luò)采集，如果運(yùn)算機(jī)被設(shè)

計(jì)為WindowsNT局域網(wǎng)的一個節(jié)點(diǎn)，則局域網(wǎng)(甚至廣域網(wǎng))上的

任意一臺運(yùn)算機(jī)均可以控制運(yùn)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并把采集的數(shù)據(jù)傳

送到本地運(yùn)算機(jī)上。

采集軟件功能主要包括：系統(tǒng)治理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)

通訊等。

(1)系統(tǒng)自檢功能

各測點(diǎn)測值超過設(shè)計(jì)工程師設(shè)定的限值，則給出不同級別的報(bào)

警，軟件具有24小時不間斷運(yùn)行的在線監(jiān)控和分級報(bào)警、系統(tǒng)自檢、

自診斷功能，能對系統(tǒng)各部位運(yùn)行狀態(tài)自檢、自診斷，并實(shí)時輸出自

檢、自診斷結(jié)果及運(yùn)行中的非常情形，作為硬拷貝文檔。

(2)數(shù)據(jù)通訊功能

實(shí)現(xiàn)監(jiān)控主機(jī)(現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集運(yùn)算機(jī))與各臺測控裝置、監(jiān)控主

機(jī)與治理主機(jī)(信息治理運(yùn)算機(jī))之間的雙向數(shù)據(jù)通訊。通過網(wǎng)絡(luò)連

接或MODEM,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制。

(3)數(shù)據(jù)采集功能

數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，具有兩種運(yùn)行方式，即：

中央控制方式(應(yīng)答式)，由數(shù)據(jù)采集軟件下達(dá)命令，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

上的所有測控裝置進(jìn)行巡測或選測，測量完畢后將數(shù)據(jù)根據(jù)命令儲備

在監(jiān)控主機(jī)中；

自動控制方式(自報(bào)式)，測控裝置(MCU)按內(nèi)部設(shè)定時間間隔

自動進(jìn)行測量，測量完畢后將數(shù)據(jù)儲備，并自動將儲備數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)

控主機(jī)中儲備。在系統(tǒng)電源和通訊線路中斷時，測控裝置將按特別自

控方式運(yùn)行。

(4)數(shù)據(jù)治理功能

將原始監(jiān)測數(shù)據(jù)儲存在監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，可按要求對儲備數(shù)

據(jù)進(jìn)行初步處理，供運(yùn)行人員瀏覽和檢查。具有完善的暫時和歷史測

值的數(shù)據(jù)庫治理功能。測值數(shù)據(jù)可顯示、查尋、檢索、繪制過程線、

拷盤、打印。

(5)報(bào)警功能

對現(xiàn)場各種非常情形、報(bào)警事件進(jìn)行分析、歸類，指出其發(fā)生的

時間、報(bào)警內(nèi)容，判定發(fā)生故障的原因、故障地點(diǎn)，能以相應(yīng)的屏幕

文字、字體顏色或聲音方式發(fā)出報(bào)警信號，并生成報(bào)警事件總匯表，

根據(jù)設(shè)計(jì)工程師或運(yùn)行人員確定的各測點(diǎn)的限值，發(fā)出不同級別的報(bào)

警功能。

(6)圖形界面

操作平臺為Windows98/NT/Me/2000,數(shù)據(jù)采集軟件能形象顯示

大壩的全貌及圖形化顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，顯示實(shí)時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的趨勢

圖，實(shí)時打印現(xiàn)場各種數(shù)據(jù),保證監(jiān)測資料的完整性和連續(xù)性。

4.3.2信息治理軟件

DSIM大壩安全信息治理系統(tǒng)具有對大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)采

集的監(jiān)測數(shù)據(jù)及其它有關(guān)大壩安全的信息進(jìn)行自動獲取、儲備、加工

處理和輸入輸出，并且為數(shù)據(jù)分析軟件提供完備的數(shù)據(jù)接口，以便利

用大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)和各種大壩安全信息對大壩性態(tài)作出分析判定，

能按部頒《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和《土石壩安全監(jiān)測資料整編

辦法》對水庫大壩監(jiān)測資料進(jìn)行整編分析，生成有關(guān)報(bào)表和圖形，做

好大壩安全運(yùn)行和治理工作。由于該軟件界面友好、可移植性強(qiáng)、功

能全、運(yùn)行穩(wěn)固，因此得到用戶的廣泛好評。主要功能如下：

(1)測點(diǎn)治理

安全監(jiān)測系統(tǒng)中各種監(jiān)測項(xiàng)目中埋設(shè)或安裝接入自動化系統(tǒng)的監(jiān)

測儀器測點(diǎn)均為治理對象。

測點(diǎn)屬性是指該測點(diǎn)的所有特點(diǎn)數(shù)據(jù)包括測點(diǎn)點(diǎn)號(自動監(jiān)測系

統(tǒng)中的專用編號)、測點(diǎn)設(shè)計(jì)代號、儀器類型、儀器名稱、測值類型、

監(jiān)測項(xiàng)目、安裝位置、儀器生產(chǎn)廠家、測點(diǎn)物理量轉(zhuǎn)換算法及運(yùn)算參

數(shù)、測點(diǎn)數(shù)據(jù)入庫控制、數(shù)據(jù)極限控制以及測點(diǎn)數(shù)據(jù)圖形輸出控制等。

設(shè)置測點(diǎn)算法

設(shè)置數(shù)據(jù)入庫時段控制

設(shè)置數(shù)據(jù)極限控制

修改或擴(kuò)充測點(diǎn)屬性

可修改擴(kuò)充的測點(diǎn)屬性如下：儀器類型，儀器名稱，監(jiān)測量初始

值，監(jiān)測項(xiàng)目，安裝位置，儀器生產(chǎn)廠家。

數(shù)據(jù)、屬性自動跟蹤測點(diǎn)的修改：測點(diǎn)的屬性是通過數(shù)據(jù)庫中相

互關(guān)聯(lián)的表來實(shí)現(xiàn)的，使測量數(shù)據(jù)、算法(將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成監(jiān)測物

理量)、入庫控制及報(bào)表將自動地跟蹤修改，使系統(tǒng)具有高度的靈活

性和穩(wěn)固性。

如：數(shù)據(jù)庫已經(jīng)運(yùn)行了一段時間，要修改某測點(diǎn)的點(diǎn)號或設(shè)計(jì)代

號，通過測點(diǎn)治理修改點(diǎn)號或設(shè)計(jì)代號，所有該測點(diǎn)原先設(shè)置的屬性、

監(jiān)測數(shù)據(jù)、報(bào)表數(shù)據(jù)將?自動跟蹤到修改后的點(diǎn)號或設(shè)計(jì)代號上去，不

會造成紛亂。

(2)遠(yuǎn)程控制

系統(tǒng)可通過串口利用電話線、光纜、微波等通信媒體或網(wǎng)絡(luò)對系

統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集軟件上的所有功能，并可對數(shù)據(jù)采集

軟件中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。用戶可在工作基地或其他地方通過遠(yuǎn)程

控制軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

(3)數(shù)據(jù)輸入

①自動輸入

可通過自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件直接獲得或通過數(shù)據(jù)采集軟件

的數(shù)據(jù)庫定時提取監(jiān)測數(shù)據(jù)并入庫。數(shù)據(jù)入庫受測點(diǎn)入庫時段和數(shù)據(jù)

極限控制。

②人工輸入

如有一些監(jiān)測項(xiàng)目未納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)，這些監(jiān)測項(xiàng)目及實(shí)現(xiàn)

自動化監(jiān)測之前的人工監(jiān)測數(shù)據(jù)可人工輸入，可輸入監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可

以直接輸入監(jiān)測物理量。直接輸入監(jiān)測物理量是為了適應(yīng)人工監(jiān)測點(diǎn)

變?yōu)樽詣踊瘻y點(diǎn)后，人工輸入該點(diǎn)自動化以前的歷史數(shù)據(jù)。

③全自動物理量轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)過濾

無論是自動輸入還是人工輸入數(shù)據(jù)，在入庫的過程中自動完成監(jiān)

測數(shù)據(jù)至監(jiān)測物理量轉(zhuǎn)換并儲備。

(4)數(shù)據(jù)輸出

通過輸出向?qū)Э梢暂敵鰷y點(diǎn)數(shù)據(jù)圖表，數(shù)據(jù)模板(特別的數(shù)據(jù)輸

出集合)和報(bào)表。

①測點(diǎn)列表

測點(diǎn)列表中的測點(diǎn)是可選的，通過測點(diǎn)列表過濾器設(shè)置的過濾條

件，可在測點(diǎn)列表中設(shè)置所需的測點(diǎn)，大部分測點(diǎn)屬性都可以作為過

濾條件，可以將需要的一部分測點(diǎn)過濾到測點(diǎn)列表中，這樣可以加快

測點(diǎn)信息的獲取速度，測點(diǎn)列表的過濾條件自動地被記憶在系統(tǒng)中，

在下次重新進(jìn)入系統(tǒng)時，系統(tǒng)自動在測點(diǎn)列表中加入挑選的測點(diǎn)

②多窗口輸出測點(diǎn)數(shù)據(jù)圖表

按照向?qū)У奶崾究奢敵鰷y點(diǎn)任意時段的數(shù)據(jù)圖表，輸出圖表的數(shù)

據(jù)窗口有以下特點(diǎn)和功能：

通過輸出窗口中附帶的快捷鍵，可以方便地在圖形和表格之間切

換。

可以按需要控制圖形的數(shù)據(jù)輸出項(xiàng)、上下限。

在圖形輸出時.，鼠標(biāo)在圖形中移動時，在狀態(tài)條中動態(tài)顯示鼠標(biāo)

所在點(diǎn)的數(shù)據(jù)值和時間，為觀察數(shù)據(jù)提供了方便。

在表格輸出時，可以在線修改、刪除數(shù)據(jù)(登錄的用戶必須有修

改數(shù)據(jù)的權(quán)限才可以使用該功能)。

可以通過輸出窗口所帶的快捷鍵，可方便地將窗口設(shè)置為實(shí)時數(shù)

據(jù)窗口，用來監(jiān)測大壩關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

所有的表格和圖形均可輸出打印。

可以輸出多個需要的數(shù)據(jù)窗口，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)間的比較與分析。

可以在輸出的時間段上，重新進(jìn)行物理量的轉(zhuǎn)換，方便因儀器

更換導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)改變，分時段進(jìn)行物理量轉(zhuǎn)換。

③輸出某時段中的所有測點(diǎn)數(shù)據(jù)

該功能用于全面檢查測點(diǎn)數(shù)據(jù)，也可以在輸出的時間段上，重新

進(jìn)行物理量的轉(zhuǎn)換，這樣可以方便批量更換儀器。

④輸出測點(diǎn)列表中的測點(diǎn)綜合信息

以