水利监测：南水北调大坝位移自动化监测

南水北调风险部位安全监测设施自动化改造

一、水利大坝监测项目

南水北调中线工程,是从长江最大支流汉江中上游的丹江口水库调水,在丹江口水库东岸河南省淅川县境内的工程渠首开挖干渠,经长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口,沿华北平原中西部边缘开挖渠道,通过隧道穿过黄河,沿京广铁路西侧北上,自流到北京市颐和园团城湖的输水工程。

二、水利大坝监测内容

渠首分局辖区内风险部位安全监测设施自动化改造,主要为针对建筑物及重点渠段形变监测,通过测斜管安装华思打开云计算手机端登录网址,实现大坝位移数据实时自动采集和分析。包括及配件的采购、运输、验收和保管；及配件的率定、检验、安装、埋设、软件开发维护和使用；安装施工、电缆敷设等土建工程；施工期间及验收移交前的数据采集、资料整编；观测设施和观测资料的移交等。

三、水利大坝监测方法

项目采用了自主研发的HS-ADMS型阵列位移计（）,ADM系列阵列位移计是一款灵活柔韧的、标准的 3D 测量系统。使用一组密实的微电子机械系统加速度计阵列和经过验证的计算程序测量 2D、3D 变形值。没有优先轴,可自由弯曲,安装方式多样,可以竖直安装、水平安装或环形安装。 ADM 系列阵列位移计通过测量加速度计在不同的轴向上的加速度变化量来反应出对应轴与重力方向的角度变化量,通过角度的变化量从而推算相应节点的位移变化量。 ADM 系列阵列位移计利用先进的测控技术、重力加速度测量技术、传感器温度补偿技术、核心算法技术等,实现对监测物体 X、Y、Z 三维变形量的实时监测。

HS-ADMS型阵列位移计

阵列位移计安装完成后,接入华思变形监测云平台,华思变形监测系统云平台具有监测数据实时获取、云端综合处理、多样化图表展示、专业相关性分析、灾害预警报警、报表统计上报等功能,可同时管理多项目多设备,提供安全可靠、实时全面、及时有效的信息服务。

云平台功能图

四、水利大坝监测意义

南水北调中线渠首分局辖区风险部位安全监测设施自动化改造项目的实施,降低了人工观测及资料整编分析等工作量,阵列位移计结合变形监测云平台可对渠首分局辖区风险部位实现实时自动化监测,当监测变形量超过预警值时,可及时预警,相关人员收到预警后可及时查看并采取相关应对措施,该项目的实施,为南水北调中线渠首分局辖区风险部位安全稳定运行提供了有力保障。

南水北调渗压计自动化改造

一、项目概况

南水北调中线工程,是从长江最大支流汉江中上游的丹江口水库调水,在丹江口水库东岸河南省淅川县境内的工程渠首开挖干渠,经长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口,沿华北平原中西部边缘开挖渠道,通过隧道穿过黄河,沿京广铁路西侧北上,自流到北京市颐和园团城湖的输水工程。

河南分局辖区工程自平顶山叶县段开始,沿线经过7个地级市、17个县（市）,止于穿漳工程北岸明渠,全长546km,其中渠道长502km,建筑物长44km。起点叶县段设计流量330m3/h,加大流量400 m3/h,设计水位135.727m；终点穿漳工程设计流量235 m3/h,加大流量265 m3/h,设计水位91.87m,总水头差43.857m。辖区共有建筑物1049座,其中河渠交叉80座,渠渠交叉65座,公路交叉560座,铁路交叉27座,左岸排水195座,节制闸27座,控制闸40座,退水闸23座,分水口32座。

河南分局辖区大部分左派建筑物均在上游、下游设有渗压计,由于该部分仪器较为分散,安全监测自动化系统设计时未将该部分一起接入自动化系统,目前尚有735支完好渗压计未接入自动化系统,施工期和运行期膨胀土加强监测建设的有65支测压管长期采用人工观测。该部分仪器大多数分布于渠道左右两岸较为分散,人工观测极为不便。本项目采用基于超低功耗窄带物联网技术的智能采集终端和液位计方式结合将左排渗压计及测压管进行自动化采集采集改造接入安全监测自动化系统中。

二、监测内容

根据各管理处左排渗压计分布情况：河南分局辖区涉及渗压计需要接入自动化系统管理处17个,将河南分局辖区未接入自动化系统的735支完好渗压计与65个测压管接入安全监测自动化采集系统。根据现场查看仪器设备分布情况和信号测试情况,确定各个仪器接入自动化方式及采集终端固定位置和引线方式,物联网网络信号较差部位可增加信号中继装置将采集信号引到网络信号较好部位进行传输,采集安装完成后按管理处组织进行集成调试计入管理处原有自动化系统。包括自动化数据采集设备的采购 、检验、安装调试、验收等。

三、监测方法

项目采用了自主研发的HS-HDA系列数据智能采集器,HS-HDA系列数据智能采集器是分布式数据采集网络的节点装置,它由金属密封防水外壳、智能数据采集模块、电源模块、蓝牙读取模块、防雷模块和数据传输模块等组成,具有自动量测、信号处理、控制和无线通讯功能,能在野外恶劣的环境下长期可靠的运行。

HS-HDA系列数据智能采集器

自动化采集系统由监测传感器、数据采集、数据传输、监测云平台或监控中心四个核心单元组成。系统集成框架图如下：

四、监测意义

本项目实施后,实现了南水北调中线河南分局辖区左排渗压计自动化监测,项目实施后极大降低了人工观测及资料整编分析的工作量,为工程汛期及加大流量输水期加密观测提供了有力保障。同时为工程安全稳定运行打下了坚实的基础。