甘峪水库大坝安全监测自动化系统初步设计西安理工大学水利水电土木建筑研究设计院二O一四年十月2设计原则与依据2.1设计原则（1）监测项目选择、仪器埋设、观测读数、资料整编与分析等符合《土石坝安全监测技术规范》的要求。

（2）密切结合甘峪水库目前的实际情况和1999年11月大坝安全鉴定结论，在监测仪器的布置上突出重点、兼顾全面。

（3）在仪器设备的造型上，遵循可靠、耐久、经济、实用的原则，力求少而精，且利于自动化系统的实施。

（4）在监测仪器、监测技术以及监测方法上力求先进。

（5）重要的监测项目除了自动化采集外，还要有人工手段进行对比测量，以检验自动化测量的正确性和准确性。

（6）系统结构简单、维护方便。

2.2设计依据本系统设计主要依据的文件有：（1）《水库大坝安全管理条例》国务院颁发1991.3.23 （2）《土石坝安全监测技术规范》SL 551-2012 （3）《大坝安全自动监测系统设备基本技术条件》SL-268-2001 （4）《建筑物防雷设计规范》GB-50027-2010 （5）《甘峪水库大坝工程地质勘察报告》（6）《甘峪水库大坝安全鉴定报告书》（7）《户县甘峪水库除险加固工程初步设计报告》西安市水利建筑勘测设计院3项目总体设计3.1监测项目2008年户县甘峪水库除险加固工程对水库增设了大坝的外部监测项目，包括外部变形检测和岸边滑坡体位移监测，在大坝内部未埋设观测仪器，本次设计增设内观项目，依据《土石坝安全监测技术规范》（SL551-2012）,结合水库大坝的实际情况，拟确定以下几方面作为大坝安全监测的主要项目：一、变形观测（已设）1.垂直、水平位移2.坝肩滑坡体变形二、渗流监测1.坝体渗流压力2.渗流量3.绕坝渗流三、环境量监测1.库水位2.气温、水温四、入库站水位监测五、放水洞水位监测3.2系统结构甘峪水库大坝安全监测自动化系统选用分布式数据采集系统，分布式数据采集系统主要具有较好的可靠性，通用性强，组态灵活，安装简便，抗干扰性能强等优点，能保证监测数据的连续性，同时具有一定的扩展性。

大坝安全监测自动化系统由传感器、自动测控单元、水库调度中心等组成。

具体可参照图3.1。

图3.1 网络拓扑结构图3.2.1系统通讯3.2.1.1 MCU的通讯在大坝坝顶处布设一台测控单元。

此MCU主要采集大坝渗流压力和坝体渗流量、绕坝渗流、放水洞流量、气温和水温的传感器的数据，坝顶处的MCU测控单元通过485通讯线路与水库监控中心相连，数据直接传至水库监控中心。

3.2.1.2 RTU的通讯在水库上游入库站设一台测控单元RTU。

此RTU主要采集入库站水位的数据。

由于目前电信通讯已经覆盖到入库站地区，因此选用电信ADSL标准宽带系统通讯作为入库站信息传输的传输方式，将入库站的水位数据传输到水库监控中心。

3.2.1.3 与上级单位的通讯目前电信通讯和北斗卫星系统均可覆盖到水位监控中心，因此水库监控中心与上级管理部门之间的通讯，可以利用电信通讯或者北斗卫星系统实现。

本设计采用电信通讯传输作为水库管理局与上级管理单位（县水务局）信息传输的主要方式，北斗卫星系统为备用方式。

由于西安市信息中心已配备有北斗卫星接收器，因此仅需在水库管理站安装一个北斗卫星发射器，在县水利局安装一个接收器实现一发多收卫星通讯机制。

信息传输到上级管理单位时，同时传输至西安市水务局，以便西安市水务信息平台获取实时监测数据。

4大坝安全监测4.1大坝变形观测4.1.1垂直、水平位移观测布置2008年进行的甘峪水库除险加固工程已布设了垂直、水平位移基点，因此本次设计不需要对其布点，但由于监测仪器老旧，需对其配置新的监测设备，包括水准仪、经纬仪、铟钢尺和强制对中基座等。

大坝垂直、水平位移观测共用一个观测基点，选取了具有代表性的大坝横断面作为观测断面。

以最大坝高横断面为基准（0+00断面），往右35米、往左35米处各设了一个截面，共3个截面。

每个横断面布置了3个测点，大坝上游侧正常水位以上617.00米高程处布置一个测点，坝顶620.30米高程下游侧布置1点，下游坝坡596.743米高程戗道外沿布置1点。

每个测点处设立混凝土基础墩，三个横断面相同高程测点在一条直线上，有Y1-1~Y3-3共9个测点。

具体位置见附图2平面布置图和表4.1表4.1 大坝垂直、水平位移测点编号轴线距离（cm）截面位置（cm）高程（m）编号轴线距离（cm）截面位置（cm）高程（m）Y1-10-800 0+35 616.60 Y1-20+250 0+35 620.30 Y2-10-800 0+00 616.60 Y2-20+250 0+00 620.30Y3-10-800 0-35 616.60 Y3-10+250 0-35 620.30 Y4-10+5000 0+35 596.743 Y3-30+5000 0-35 596.743 Y5-10+5000 0+00 596.743变形基准点共有6个，分别为D1~D6。

基准点建立在牢固的岸边基础上。

要避开两岸滑坡体上。

具体位置见附图2平面布图和表4.2。

表4.2 基准点布置表序号编号轴线距离（cm）截面位置（m）高程（m）1 D10-800 0+70 620.02 D20-800 0-100 620.03 D30+250 0+80 620.84 D40+250 0-110 581.65 D50+5000 0+35 596.7346 D60+5000 0-60 597.54.1.2坝肩滑坡体位移观测布置2008年进行的甘峪水库除险加固工程针对坝肩滑坡情况，设置了坝肩滑坡体位移观测点，本次设计不对观测点进行改动，在现有的观测点上利用水准仪和经纬仪进行滑坡体位移观测。

在坝肩两岸滑坡体上有位移观测点H1~H7布置在右岸。

布置在滑坡体上沿侧稳定山体上，兼作滑坡体位移观测基准点。

具体位置见附图2平面布置图和表4.3。

表4.3 左坝肩滑坡体位移观测点布置表序号编号轴线距离（cm）截面位置（m）高程（m）1 H10-3000 0+110 638.02 H20+00 0+110 632.03 H30+00 0-160 633.04 H40-3000 0-180 652.05 H50-7000 0-250 700.06 H60-12000 0-180 658.07 H70-13000 0-160 635.04.1.3变形观测仪器选型水准仪的型号很多，一般使用的是DS2/DS3级。

高精度的是DS05级如：Ni002、Ni004水准仪等。

DS1级的如：N3、Ni007水准仪等等。

考虑到水库的实际情况和仪器成本，没有必要用过高精度的水准仪，DS1级精度又过低，DSZ2型水准仪其操作方便、自动化程度及测量精度符合水库的实际要求，完全可以满足安全监测的需要。

经纬仪分别为光学经纬仪、电子经纬仪、激光经纬仪，型号有：DJ6型光学经纬仪、激光J2-JDB型、电子经纬仪DJD2-C型。

DJ6型光学经纬仪，精度是6、、，适用于各种比例尺的地形图测绘和土木工程施工放样，操作简单，经济实惠，但是读数不方便；激光经纬仪，精度是2、、，用于准直测量，常用的是J2-JDB型，它有激光经纬仪的功用，还可以应用于建筑的轴线投测，隧道测量，大型管线的铺设，桥梁工程，大型船舶制造，等等；经纬仪DJD2-C型作为一款经典型大地测量仪器，一直受到业内及用户好评，大屏幕的文本显示，采用增量式数字角度测量系统，具有角度、距离等多种测量模式，自动修正仪器误差，适用于控制测量、工程测量及建筑施工等专业测量。

本次水平和垂直观测仪器推荐选用DSZ2型水准仪、DJD2-C型经纬仪，DSZ2型水准仪仪器技术参数如下：每公里往返测量的标准偏差DSZ2：±1.5mm（普通标尺）±1.0mm（铟钢标尺）放大倍率：24×最短视距：0.7m补偿工作范围：±14 ’补偿安平精度：±0.5、、仪器重量：2kg DSZ2+FS1:≤±0.7mm望远镜：正像物镜口径：45mm放大率：32X 视场（100m处）：2.3m最短视距（离轴）1.6m 乘常数：100加常数：0 补偿器工作范围：±14 ’补偿器安平精度：≤±0.3、、补偿器安平时间：2s园水准泡角值：8 ’/2 mm 净重：2.5kg平板测微器FS1（选购）（带光学测微尺）FS1平板测微器主要技术参数：范围：10mm 最小格值：0.1mm读值：0.01mmDJD2-C型经纬仪仪器技术参数如下：望远镜镜筒长度：155mm 物镜孔径：45mm放大倍率：30X 成像：正像视场角：1°30 ’鉴别率：2.5、、最短视距：1.3m 乘常数：100加常数：0电子测角最小读数：1、、/5、、/10、、精度x（1）:2、、度盘直径：71mm照明液晶显示器：有光学分划板：有数据通讯EDM通信接口：有数据输出接口：有补偿器电子倾斜传感器：垂直角补偿补偿范围：±3 ’最小读数：1、、/5、、对点器放大率：3X 视场角：5°水准器调焦范围：0.5mm—∞长水准器：30、、/2mm圆水准器：8 ’/2mm电源工作时间：可充电电池27小时尺寸仪器高：179.5mm仪器重量：4.9kg4.1.4变形观测设备清单表4.4 变形观测设备清单品名厂家/型号单位工程量水准仪DSZ2型台 1经纬仪DJD2-C型台 1铟钢尺把 1强制对中基座个 14.2渗流监测4.2.1坝体渗流压力监测布置2008年进行的甘峪水库除险加固工程在大坝最有代表性的断面即最大坝高截面，设计布置了4个浸润线观测孔，具体位置为坝上游侧617.0米高程布置1孔，编号为J1，坝下游611.49米高程戗道内侧布置1孔，编号J2，602.15高程米戗道内侧布置1孔，编号为J3，下游坝坡592.32米高程处布置1孔，编号为J4。

由于编号为J2的观测孔因堵塞目前无法使用，因此需对J2观测孔进行改造。

浸润线观测孔的孔深按死水位坝体浸润线位置来控制，孔底高程应略低于死水位坝体浸润线的相应高程。

孔径Φ100~120mm,测压管选用Φ25mm的不锈钢管，测压管下部为进水管段，上部为导管和管口保护设备。

为实现浸润线变化的自动化监测，本次设计考虑分别在四个测压管内距孔底50cm处安装渗压计，将观测数据传至坝顶处的MCU测控单元。

浸润线观测孔具体位置见附图2平面布置图、大坝横断面布置附图3和表4.5。

表4.5 浸润线观测孔布置序号编号孔口高程（m）孔底高程（m）孔深（m）轴距（cm）1 J1617.0 577.0 40.0 -8002 J2611.49 574.743 36.75 +18003 J3602.15 573.743 28.41 +37504 J4592.32 571.843 20.48 +58604.2.2绕坝渗流监测甘峪水库大坝两岸均有较松动的滑坡体，右岸坝肩存在明显绕渗情况，进行防渗处理后有必要对坝肩绕渗情况再作观测。