大坝监测系统解决方案

2022-01-05 15:03:144117

水利大坝结构、运行环境复杂性强，设计、施工、运维不确定性大，加之部分中小型水库大坝缺少安全监测设备，如果发生意外变形，失事后造成的灾难也是极其严重的。因此对大坝的表面位移、水平位移、渗压力、水库水位、降雨量、视频等参数进行实时监测和预警是非常必要的。利用智能感知技术、数据采集技术、无线通讯技术、云计算、大数据技术和深度学习算法，建设水库大坝实时动态监测预警系统，该系统可以为大坝提供安全评估，保证大坝的安全运行，全面提升水库大坝监测预警能力。

1、系统组成

整个系统由数据感知、数据采集、数据传输、数据处理、数据展示五个部分组成，如图1所示：

（1）数据感知：GNSS、沉降仪、孔隙水压计、渗压计、应变计、水位计、裂缝计、测斜仪、降雨（雪）、视频等参数；

（2）数据采集系统：包括数据采集器、供电系统、避雷装置、结构件；

（3）数据传输系统：数据可通过4G模块、天通一号卫星模块、北斗短报文模块、Lora模块等多种传输方式；

（4）数据存储与计算：包括网关、防火墙、数据存储服务器和数据运算服务；

（5）数据展示：现场通过全彩LED大屏显示数据、图片与视频，远程大数据平台可以对数据进行实时展示、曲线显示、报表分析；

2、系统特点

（1）模块化设计，系统配置灵活：系统采用模块化设计可任意组合，根据需要增减传感器种类和传感器数量，兼容多种传输方式，供电系统根据需求配置，多个采集器可级联使用；

（2）多种通讯模式，数据无死角传输：可采用4G模块、卫星模块、loar、有限等多种数据传输方式，确保数据稳定可靠传输；

（3）低功耗设计，多种供电方式：观测站采市电、太阳能/蓄电池以及市电+太阳能三种供电方式，保证系统在无电地区常年稳定工作；

（4）四种展示形式，数据实时查询：可在现场通过采集器自带的触摸屏查看数据，LED大屏幕展示数据，互联网大数据平台浏览数据，手机APP随时随地下载数据；

（5）工业化设计，系统稳定可靠：采用了防雷、抗电磁干扰电路设计，安装避雷装置确保系统安全稳定运行；

3、监测参数与监测方法

监测参数

监测参数包括表面位移、内部变形、浸润线监（水位监测、孔隙水压力监测）、应力应变监测、裂缝监测、库水位监测、降雨量监测、视频监测。

GNSS采用北斗、GPS、GLONASS等卫星导航系统，通过高精度定位解算，可实现毫米级精确定位，可对坝体实现高精度的位移形变监测。

沉降仪

液压式沉降仪是用于长期监测构筑物内外部的沉降，广泛适用大坝、桥梁、边坡、地基、公路路堤、工民用建筑等，以及回填土体的内、外部沉降变形的监测。液压式沉降仪分辨率高、稳定性好、响应速度快，输出信号为 RS485 数字量，同步测量埋设点的温度。

拉线位移传感器

拉线位移传感器用于野外环境的主要用于地表位移监测。坝体位移是大坝自动监测的重点内容。

串联式固定测斜仪主要用于长期自动监测大坝、深基坑、边坡、地基、建筑

桥梁、船泊平台等水平位移及倾角。通过钻孔方式，将测斜探头通过连杆方式埋

入地下，测建船泊,平台,筑物和桥梁则直接将探头固定在被测点上,当基坑、边

坡、地基,桥梁和建筑物产生形变或船泊平台倾斜时，测斜探头随之倾斜，可精

确测出水平位移量或倾角，在钻孔内安装多只测斜仪可以更加准确的监测建筑物

的变形情况。本仪器通过大量工程检验，测试数据稳定可靠，操作简便，适合各

种环境，是目前专用的测斜仪器。

浸润线监测

浸润线是水从土坝(或土堤)迎水面，经过坝体向下游渗透所形成的自由水面和坝体横剖面的相交线。浸润线是大坝安全的生命线，浸润线的高度直接关系到坝体稳定及安全性状，当浸润线埋深为0m，可产生管涌，是直接导致溃坝的原因。因此，对于浸润线位置的监测是水库安全监测的重要内容之一。监测时在坝体内钻孔埋设水位管，水位管内放入孔隙水压计，实时监测测压管内水位，绘制浸润面，判断坝体内水位的变化，结合理论分析，对坝体安全进行评估。