大坝监测系统设计

作者:克雷格砍

2017年初，美国加州的冬季风暴填满了水库，然后又超载，导致加州第二大人工湖奥罗维尔湖附近数十万居民撤离。

大约160公里之外的帕迪和卡马奇水库也因2017年的风暴而蓄水，在3月份达到了容量的103%，但大坝没有被淹没，在水道内泄洪是可持续的。

由于在这两个设施中安装了全国最先进的基于gnss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)已经具备了相应的技术远程监测这些水坝和堤坝的峰顶高度随着时间分辨率的提高。拥有这种类型的数据是基础设施所有者用于监控关键设施状况和性能的又一工具。

设计更好的数据

咨询Sensemetrics，一家总部位于美国圣地亚哥的网络传感器应用公司。， EBMUD设计并提出一套先进的监察系统，该系统基于:

• 31个徕卡GMX901+ GPS传感器
• 四个徕卡GM10 GNSS参考站
• 由900兆赫网状收音机组成的无线网络
• 4ghz中继器和两个无线电发射塔
• 徕卡GNSS Spider和GeoMoS软件解决方案。

根据Sensemetrics总裁Cory Baldwin的说法，Geosystems接收器的使用非常重要:”GMX901+s是专门为远程监控应用而设计的，具有非外露的内置天线，”他说。”它们是我在这里的第一选择，因为其他供应商在这个环境中并没有很好的监视选择。”

其中3个GNSS参考站接收器由太阳能供电，1个由120v交流供电。所有安装在徕卡AR20天线附近的外壳都是安全紧固的，安装在混凝土基座上。该网络在很大程度上是自主的，只需要偶尔的关注．数据流通过900兆赫和2.4 GHz扩频无线电传输到现有的微波遥测链路，连接到位于奥克兰总部的EBMUD公司的商业内部网，在内部网的服务器上运行处理GNSS数据和结果所需的Spider和GeoMos软件。结果通过Sensemetrics定制的软件呈现。

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商业内部网。这些仪器持续监测大坝运动并远程报告．两个GM10参考站安装在帕迪大坝附近和两侧，并通过2.4 GHz无线电连接到光纤线路。

在帕迪大坝下游，卡曼奇水库由一个大型的填土大坝和六个堤防组成。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。26个GMX901+传感器安装在水库周围，这些传感器也在持续监测和报告。

基础设施性能的完整图景

加利福尼亚州大坝安全部门(DSOD)要求每半年进行一次监测调查。新系统提供更快速准确的信息，减少员工花在监控上的时间，并且能够存在与全州紧急情况和地震监测系统联系在一起当他们出现。经过近两年的服务，DSOD的监测需求已经得到了满足，整体性能更加完整。

“EBMUD的基础设施分布在广阔的地区，覆盖多个县，”鲍尔温说。“特别是，帕迪和卡曼奇的地点离主要办公室有几个小时的路程，[以前进行的]半年一次的调查花了一个多星期才完成。这种新系统提供了更精确的数据，或多或少是持续的，当然，也减少了调查人员在这项任务上花费的时间。这是一个很大的进步，它的表现超出了预期。”

Baldwin说，一个重要的设计目标是与现有和未来的监测系统互联。的潜力自动化和改进对地震事件的紧急响应是监控网络的一大优势。

EBMUD现在立即获得更多调查信息它的结构性能比该地区历史上任何时候都要好。通过主动和自动化的监测系统，EBMUD大大改善了大坝的安全监测。

“帕迪大坝的GPS系统现在为我们提供了混凝土结构热膨胀和收缩导致的季节性变形的完整画面。”EBMUD的调查主管Steven J. Martin说。“通过GPS监测系统的Camanche油藏部分，我们可以满足DSOD监测需求，无需勘测人员长途跋涉出城，还可以远程近实时检查任何可能的变形。”

大坝自动化监测正在发挥作用

最近一个测量监测方案自动化的好处的例子来自美国加利福尼亚州圣巴勃罗大坝的另一个EBMUD自动化大坝监测项目。在2008年和2009年，该大坝进行了地震改进，利用水泥深层土壤搅拌过程将大坝趾部支撑到基岩上。DSOD增加了对大坝的监测要求，通过自动化全站仪(AMTS)来满足。自2009年大坝竣工以来，AMTS每天都要运行几次。EBMUD也有一个程序，可以在地震发生后立即目视检查大坝和水库，检查裂缝或其他可见的损害，作为快速的地面真相。

2018年1月，伯克利的海沃德断层发生了4.4级地震，距圣巴勃罗大坝站点不到8公里，此后，EBMUD的岩土工程师们能够登录到AMTS自动监测系统检查大坝上是否有任何实际的运动或滑坡他们证实，没有发生重大的运动。这种立即获得信息的能力已经被证明是在EBMUD管理大坝安全的巨大资产。