大坝监测系统的设计

作者：克雷格砍

2017年初，美国加利福尼亚州的水库因冬季风暴而满溢，导致加利福尼亚州第二大人工湖奥罗维尔湖附近数十万居民疏散。

大约160公里外的帕迪和卡曼奇水库也因2017年的风暴而蓄水，3月份达到了容量的103%，但大坝并未被淹没，河道内的排放是可持续的。

由于在这两个设施安装了美国最先进的基于全球导航卫星系统的自动化大坝监测系统之一，以及其他仪器的改进，东湾市政公用事业区（EBMUD）拥有了用于监测大坝的技术远程监控这些大坝和堤坝的坝顶高程改进的时间分辨率。拥有这种类型的数据是基础设施所有者监视关键设施状况和性能的又一工具。

为更好的数据而设计

咨询Sensemetrics，一家位于美国圣地亚哥的网络传感器应用公司。， EBMUD设计并提出了一个完善的监控系统，该系统基于:

• 31个莱卡GMX901+ GPS传感器
• 四个徕卡GM10全球导航卫星系统参考站
• 由900兆赫网格无线电组成的无线网络
• 4 GHz中继器和两个无线电塔
• 徕卡GNSS Spider和GeoMoS软件解决方案。

根据Sensemetrics总裁科里·鲍德温(Cory Baldwin)的说法，使用地球系统接收器很重要:“GMX901+s专为远程监控应用而设计，具有非外露内置天线，”他说。“他们是我在这里的第一选择，因为其他供应商在这个环境中没有很好的监控选项。”

三个全球导航卫星系统参考站接收器为太阳能，一个由120v交流馈线供电。所有天线都牢牢固定在安装在混凝土基座上的徕卡AR20天线附近的外壳内。这个网络在很大程度上是自治的，只需要偶尔关注．数据流通过900兆赫和2.4兆赫扩频谱无线电进入一个现有的微波遥测链路，连接到位于奥克兰总部的EBMUD的企业内部网，在那里服务器运行处理GNSS数据和结果所需的Spider和GeoMos软件。然后通过Sensemetrics定制的软件展示结果。

5个GMX901+传感器和4个地震仪安装在帕迪大坝上，通过光纤电缆直接连接到微波企业内部网。这些仪器持续监测大坝移动并远程报告. 其中两个GM10参考站安装在Pardee大坝附近和两侧，并通过2.4 GHz无线电连接与光纤线路相连。

在帕迪大坝下游，卡曼奇水库由一个大型土坝和六座堤坝组成。卡曼奇水库主要用于控制向下游机构的排放，并维持鲑鱼的流量。在油藏周围安装了26个GMX901+传感器，这些传感器也可以持续监测和报告。

基础设施性能的完整图景

加利福尼亚州大坝安全部（DSOD）要求每半年进行一次监测调查。新系统提供更迅速地获得准确的信息,减少员工花费在监控上的时间，并能与全州紧急情况和地震监测系统相连经过近两年的服务，DSOD监控要求得到了更全面的整体性能。

“EBMUD的基础设施分布在广阔的地区，覆盖了多个县，”鲍德温说。“特别是，Pardee和Camanche现场距离主要办公室有几个小时的路程，半年一次的调查[以前进行过]完成这项工作花费了一周多的时间。这一新系统或多或少持续提供更准确的数据，当然，还减少了调查人员在这项任务上花费的时间。这是一项巨大的改进，它的表现超出了预期。”

鲍德温说，一个重要的设计目标是与现有和未来的监测系统互连。潜在的自动化并改进对地震事件的应急响应是监控网络的主要优势。

EBMUD现在立即提供更多调查信息在其指尖的结构性能比任何地区的历史上任何时候。通过积极主动和自动化的监测系统，EBMUD大大改善了大坝安全监测。

“Pardee大坝的GPS系统现在为我们提供了由于混凝土结构的热膨胀和收缩引起的季节性变形的完整图片。”EBMUD的调查主管Steven J.Martin说。“通过GPS监测系统的卡曼奇水库部分，我们能够满足DSOD监测要求，而无需测量人员长途出城，并且能够近实时远程检查任何可能的变形。”

大坝自动化监测

自动化勘测监测方案的一个最新示例来自美国加利福尼亚州圣帕布罗大坝上的另一个EBMUD自动化大坝监测项目。2008年和2009年，该大坝进行了抗震改进，使用水泥深层土壤混合工艺将坝趾支撑至基岩。在一个活动大坝上工作时，DSOD增加的监测要求通过自动机动全站仪系统（AMTS）得到满足，该系统自2009年该项目完成以来每天运行数次。EBMUD还有一个项目，地震后立即目视检查大坝和水库，以检查裂缝或其他可见的损坏，作为一个快速的地面真相。

2018年1月，在以伯克利为中心的海沃德断层发生4.4级地震后，距离圣帕布洛坝址不到8公里，EBMUD岩土工程师能够登录到AMTS自动监测系统进行监测检查大坝是否有任何实际移动或坍塌，他们确认没有明显的移动。这种即时掌握信息的能力已被证明是EBMUD大坝安全管理的巨大资产。