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蓬辣滩水电站大坝安全监测系统技术改造设计

文档作者：刘敏宋鹏刘洪文档来源： 1．广东省水利水电科学研究院 2．中山市水库水电工程管理中心		点击数：	更新时间： 2021年12月15日
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第3期
2015年3月
广东水利水电
GUANGD0NG WATER RES0URCES AND HYDROPOWER
No．3
Mar．2015
蓬辣滩水电站大坝安全监测系统技术改造设计
刘 敏 ， 宋 鹏 ，刘 洪
(1． 广东省水利水电科学研究院，广东省水利重点科研基地，广东广州 510635；
2． 中山市水库水电工程管理中心，广东中山528403)
摘要：为确保电站大坝的安全运行，根据《蓬辣滩水电站安全隐患排查及风险评估报告》中工程安全监测结论与建议，
针对蓬辣滩水电站大坝安全监测系统存在的问题及工程实际情况，进行了技术改造设计。
关键词：蓬辣滩水电站；大坝安全监测；技术改造
中图分类号：TV698．1 文献标识码：B 文章编号：1008—0112(2015)03～0048—04
1 工程概况
蓬辣滩水电站工程位于广东省梅州市大埔县三河
镇杨桃坪，是梅江干流规划梯级中的最后一级，是以
发电为主兼顾航运、旅游、养殖等综合利用的水电
工程。
电站装机容量为11 MW×4=44 MW，属低水头径
流式电站，II等工程；水库总库容1．32亿m。，水库
正常蓄水位49．0 1'11，不承担下游防洪任务。枢纽永久
性主要水工建筑物为3级建筑物，设计洪水标准为50
年一遇、校核洪水标准为500年一遇(砼坝)、1 000
年一遇(土坝)。
水电站建筑物由左岸土坝段、左岸门库重力坝段、
船闸段、泄水闸段、厂房段、右岸重力坝连接段及右
岸土坝段组成，全长612．8 m。大坝结构为两岸土坝、
中间混凝土坝的形式，其中左岸土坝实际长度
73．0 in、最大坝高35．6 m，坝型为粘土心墙石渣坝；
右岸土坝实际长度55．0 ITI、最大坝高21．6 ITI，坝型为
粘土心墙土石坝。船闸为一级单线船闸，闸室尺寸为
120．0 m x 15．0 m x 2．2 m(长x宽×门槛水深)。
2 现状及存在的问题
2．1 监测系统现状
蓬辣滩水电站大坝安全监测系统于2009年3月建
成，主要监测项目包括：变形监测(水平位移、垂直
位移)，渗流监测，环境量监测(上下游库水位、大气
温度、降雨量)等。
大坝安全监测自动化系统采用DAMS—IV型分布
式结构，由传感器、DAU(数据采集装置)、通信装
置、监测计算机及外部设备、数据采集软件组成。监
测系统可分为现场监测站层和监测管理中心站层。5
台DAU接人27个测点的传感器(引张线测点14个、
垂线测点2个、渗流测点10个、大气温度测点1个)
进行数据自动采集。
1)水平位移监测：①在混凝土坝顶(厂房一闸坝
一船闸)设置1条引张线，在左岸重力坝段左侧和安
装间右侧各设置1条倒垂线作为基准。在溢流坝段每
个闸墩处设置1个测点，共1O个测点；在门库段左右
两侧各设置1个测点；船闸上闸首左侧设置1个测点；
厂房中间位置设置2个测点，总计14个测点。② 在船
闸上下闸首之间、闸室墙顶左右各一排，共设置14个
水平位移观测墩。闸室右侧自上游至下游依次为TP1
一TP7 ，闸室左侧自上游至下游依次为TP8 ～TP14 。
3个工作基点分别设在右岸变电站挡水墙、护堤、职
工宿舍2号楼顶上。各点的观测数据采用前方交会法
人工测量取得。
2)垂直位移监测：垂直位移观测点34个(坝顶
14个，船闸14个，土坝6个)，基准点2个。在左土
坝上游左至右LDTI 、LDT3 ，下游左至右LDT2 、
LDT4 ，设置垂直位移测点4个。在船闸闸室右侧自
上游至下游依次LDC1 ～LDC7 ，闸室左侧自上游至
下游依次LDC8 ～LDC14 ，共设置14个垂直位移测
点，与船闸水平位移测点对应。在混凝土坝坝顶平行
坝轴线方向的门机轨道旁，从左至右各坝段设置垂直
收稿日期：2014—12—24
作者简介：刘敏(1958)，男，工学博士，教授级高工，主要从事水利信息化、机电和金属结构检测及大坝安全监测的
设计、科研、咨询等工作。
· 48 ·
2015年3月 第3期 刘敏，等：蓬辣滩水电站大坝安全监测系统技术改造设计 No．3 Mar．2015
位移测点14个，依次为LDB1 ～LDB14 。在右土坝上
游侧LDT5 、下游侧LDT6 ，设置垂直位移测点2个。
分别在右岸土坝花园内DS2 、船闸下左闸首上DS1 ，
设置双金属标作为垂直位移的基点。垂直位移采用几
何水准路线法进行测量。
3)渗流监测：在船闸设置1个测点、尾水设置1
个测点，坝顶设置8个测点，共10个渗流测点。
4)环境量监测：大坝环境量监测包括上下游库水
位、大气温度及降雨量等。上下游库水位及降雨量直
接引用水情自动测报系统的监测数据。在厂房楼顶设
置1个百叶箱，内置1支热敏电阻式温度计，用以监
测大气温度，供大坝安全分析之用。
2．2 监测系统存在的问题
参照规范及相关技术标准的要求，蓬辣滩水电站
大坝安全监测系统，在系统的完整性、有效性和实用
性方面，存在如下问题：
1)系统完整性方面存在的问题。缺漏关键的安全
监测项目：① 左、右岸土坝段缺渗流监测项目；② 右
岸土坝段与山体连接处缺绕坝渗流监测项目；③ 右岸
土坝与重力坝连接部位下游坝坡锥坡处缺渗流量监测
项目，该渗流量对监视该处稳定性及险情的发展极为
重要。
2)系统有效性方面存在的问题：①分别设在右岸
变电站挡水强、护堤、职工宿舍2号楼顶上的3个船
闸垂直位移监测基准点，不能够满足测量要求；② 坝
顶和船闸垂直位移监测基准点(双金属标)无自动和人
工观测设施或仪器，无法保证基准数据测读的可靠性
和精度。
3)系统实用性方面存在的问题：① 由于气流及折
光等影响，采用光学仪器进行测量，既费时费力，又
测量不准；② 由于监测系统存在漏项、监测项目残缺
与漏测点、缺少基准、仪器设备选型不当等问题，使
得观测数据不完整、不系统，对大坝的安全评价非常
不利。
3 更新改造目标和内容
3．1 建设目标
总体目标：使安全监测系统达到完整性、有效性
和实用性。
1)完整性：结合工程实际情况，补充和完善必要
的监测项目——建成一个完整的安全监测系统。不缺
漏关键的项目，不残缺、不漏测点。
2)有效性：对现有安全监测系统的基准、监测项
目、监测设施及仪器设备，进行补设和改造，使各监
测项目及测点的设置方式、观测方法及数据采集等有
效。①监测项目及测点的设置必须符合规范要求，能
够真实地反映大坝对应于该监测项目及测点的状况；
②观测方法直观、便捷，同时，必须设有人工比测装
置，以便进行测量精度的校核，或自动监测设备发生
故障时，进行人工补测数据；③各监测项目的观测数
据，必须具有基准值和初始值及有互为对应的相关
参数。
3)实用性：在完整性和有效性基础上，配置和开
发相关数据库、信息处理与分析软件、安全预警软件
等。使安全监测系统能够全面、准确地反映大坝工作
性态，及时发现异常迹象，有效地监视大坝安全，为
运行管理提供可靠的依据。① 系统能够实时、可靠地
采集到真实的数据；②应用软件能够将采集的数据有
效地应用于工程的安全管理。
3．2 建设内容
按照“技术先进、科学合理、安全可靠、经济实
用”的原则，对如下建设内容进行设计：
1)补充和完善土坝渗流监测：①左、右岸土坝段
渗流监测设计；② 右岸土坝段与山体连接处绕坝渗流
监测设计；③右岸土坝与重力坝连接部位下游坝坡锥
坡处渗流量监测设计。
2)更新改造船闸水平位移及其基准(倒垂)监测：
①船闸水平位移监测设计；②船闸水平位移基准(倒
垂)设计。
3)新设项目与原大坝安全监测系统连接的设计：
①硬件的连接设计；②软件的连接设计。
4 技术改造设计
4．1 土坝渗流监测设计
渗流，即水库建成后，在上下游水位差的作用下，
水不断通过坝身、坝基、坝肩等向下游渗透。如果大
坝渗流出现异常(变大)情况，应引起高度重视。土石
坝渗流大，渗径就会扩大，这将会加大坝体的淘刷，
并引起坝体的沉陷、倾斜与坍塌，最后导致管涌和
垮坝。
蓬辣滩水电站大坝，在船闸设置了1个测点、尾
水1个测点，闸坝8个测点，共设置了10个渗流测
点。由于渗流是安全监测最重要的参数之一，因此，
按照规范要求，必须补设左右土坝渗流、绕坝渗流及
渗流量监测，使渗流监测项目达到完整性和有效性。
1)左土坝渗流。根据左岸土坝段坝体及地质的实
际情况，设置2个断面的坝体和坝基渗流，每个断面
设置3个测点，即断面1(UP左。一。、UP左1—2、uP左1—3)、
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2015年3月第3期 广东水利水电 No．3 Mar．2015
断面2(UP左2一 、UP芹2—2、UP芹2—3)共6个测点，用以
监测左岸土坝段的渗流情况。
2)右土坝渗流。根据右岸土坝段坝体、山体及地
质的实际情况，设置2个断面的坝体、坝基渗流和1
个断面的绕坝渗流， 即断面1(UP右 、UP右 、
uP右l一 3)、断面2(uP右2—1、uP右2—2、UP右2—3)、断面3
(UPua—l、UPua一2、uP绕右一3、UP绕右一4)共10个测点，
用以监测右岸土坝段及与山体结合部的渗流情况。
3)渗流量。在右岸土坝与重力坝连接部位下游坝
坡锥坡处的排渗沟设置1个测点的渗流量监测点，用
以监视该处的渗流情况， 以便对其稳定性及险情的发
展情况进行分析。采用量水堰法测量坝体渗漏量，量
水堰采用90”三角堰(5 mm厚不锈钢板)。
4)人工比测。按照规范要求，必须设置人工比测
装置。一方面校核和检验自动化测量设备的测量精度
与可靠性；另一方面，当自动化设备出故障时，可进
行人工补测，保证监测数据的连续性和完整性 J。
4．2 船闸变形监测改造设计
新增船闸引张线1条，布设在船闸右墙靠外江侧，
共计7个测点。引张线观测墩的混凝土浇筑施工，应
保证所有观测墩在一条直线上，且墩面高程差≤5．0
mm。在引张线端点下游侧(下闸首)安装固定端、上
游侧(上闸首)安装挂重装置(活动端装置)。
引张线线体采用 1．2 mm高强不锈钢丝，采用
(I)140×3．75 mm镀锌钢管进行保护；传感器电缆、电
源及通信电缆采用 60×3．75 mm镀锌钢管进行保护。
保护管支架由混凝土支墩或角钢制成，用膨胀螺
栓固定在混凝土支墩或角钢上面。观测墩上放置引张
线仪测点箱，箱内安装水箱和浮船等。在活动端加上
砝码，调整测点箱，使线体处于保护管中心轴线位置。
安装NYX—D引张线保护箱、RY—S型遥测引张
线仪、人工比测标尺等；仪器调试主要包括复位试验
和精度试验，以考核系统的综合精度。
4．3 船闸变形监测基准设计
引张线监测到的水平位移结果，仅仅为相对位移
量。如果要测量坝体的绝对位移量，则还需要增加监
测基准点。倒垂线不仅可作为水平位移监测的基准点，
还可监测到坝体的挠度，故倒垂线对大坝的安全监测
是非常重要的。根据蓬辣滩水电站的地质情况，倒垂
线按照规范要求设计：
船闸右墙倒垂孔设在左坝肩，孔深30．00 In，开
孔(：I)171 mm，有效孔径 ≥100 mm；右岸倒垂孔设在
右坝肩，孔深30．00 m，开孔中l71 mm，有效孔径
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≥100 mm。倒垂线不仅可作为引张线的基准，还可
以监测闸墙在该处的水平位移和扰度。
倒垂线线体采用4)1．2 mm高强度不锈钢钢丝，安
装在倒垂线孔保护管内(qb168 mm、86 mm地质无缝
钢管，孔口高出地面300 mm左右，并设保护盖， 以
免异物掉人管内，影响倒垂线)，一端锚固于管底，
另一端连接浮体，浮筒采用浸没式不锈钢浮筒；在孔
口处安装不锈钢倒垂浮体组支架，分3层安装支架，
从上到下依次安装倒垂线浮体组、RZ—S型电容式双
向遥测垂线仪、MZ一1型垂线瞄准仪。
垂线所有设备安装完成后，进行全面的检查、
测试。
4．4 系统软硬件连接设计
1)系统组成：蓬辣滩水电站大坝安全监测系统的
结构组成如图1所示，分为监测管理中心站和现场监
测站两大部分。监测管理中心站的组成及设备维持原
状；因监测功能和项目的扩展，现场监测站增加了虚
线外的设备。
蓬辣滩水电站已有安全监测自动化系统采用分布
式网络结构，由监测仪器、DAU(数据采集装置)、通
信装置、监测计算机及外部设备、数据采集软件、信
号及控制线路、通信及电源等组成。安全监测自动化
系统可分为现场监测站层和监测管理中心站层。
测站层由监测仪器和DAU组成，包括混凝士坝水
平位移变形监测、渗流监测和环境量监测。DAU布置
在现场监测仪器附近，对各类监测仪器进行数据采集、
A／D转换、数据存储及与监测中心的数据传输等。
监测管理中心站层由监测服务器、监测工作站、
网络交换机、打印机、便携式电脑、检测仪、UPS电
源设备(由电站监控系统统一配置)、GPS时钟设备
(由电站监控系统统一配置)等组成。监测管理中心站
位于电站厂房内，采用客户机／服务器的体系结构。监
测管理中心负责对整个自动数据采集系统进行管理，
将监测数据、系统参数和其它信息资料放在数据库中，
数据库运行在监测服务器上以实现资源共享。监测服
务器和监测工作站主要完成数据库管理、在线监测、
离线分析、图形制作、报表制作等大坝安全管理功能
及数据网络通讯。
在主坝的左右岸和船闸各设置一个监测站，测站
层由监测仪器和DAU组成，包括水平位移变形监测、
渗流、渗漏量监测。DAU布置在现场监测仪器附近，
对各类监测仪器进行数据采集、A／D转换、数据存储
及与监测中心的数据传输等。
2015年3月第3期 刘敏，等：蓬辣滩水电站大坝安全监测系统技术改造设计 No．3 Mar．2015
图1 蓬辣滩水电站大坝安全监测系统网络结构示意
2)硬件接人：监测站通过双绞屏蔽电缆接人已有 5 结语
的监测系统，利用监测系统已有的电源统一供电。右 蓬辣滩水电站大坝安全监测系统，通过补充、完
岸值班房安装1台DAU和1块NDA1403模块，接入 善和技术更新改造，解决了大坝安全监测系统在“完
右岸土坝渗流传感器；船闸2楼安装1台DAU和2块 整性、有效性和实用性”方面存在的问题，为确保工
NDA1705模块，接入船闸变形监测传感器。在左岸已 程的安全运行起到重要的监控和预警作用。该方案通
有的DAU5内安装1块NDA1403，接人左岸土坝渗流 过专家审查，现正组织实施。
传感器。 参考文献：
3)软件接入：充分利用已有的软件资源，在 [1] DL／T 5178-2003混凝土坝安全监测技术规范[s]．
“NARI DSIMS V4．0’’大坝安全信息管理网络系统基础 E2] SL 551 012土石坝安全监测技术规范[s]·
上，进行新增测点的创建及功能升级。 (本文责任编辑马克俊)
Technical Transformation Design of Dam Safety Monitoring System in Penglatan Hydro_juncti0n
LIU Min ，SONG Peng ，LIU Hong
(1．Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower，
Guangdong provincial key scientific research base，Guangzhou 5 10635， China；
2．Reservoir Hydropower Project Management center of Zhongshan City，Zhongshan 528403，China)
Abstract：According to Report on Safety Troubles Elimination and Risk Assessment of Penglatan Hydro—junction，in order to
ensure the operation safety of dams，technical transformation design has been made on the case of problems in the dam safety
monitoring system of Penglatan hydro—junction．
Key words：Penglatan hydro—junction；dam safety monitoring；technical transformation
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