CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ SCADA CHO CÔNG TRÌNH MỸ LÂM
3.2. Các nội dung quan trắc trong hệ thống
3.2.1. Yêu cầu bố trí thiết bị đo và phương án quan trắc
Quan trắc mực nước thượng, hạ lưu
Do hạ lưu đập không bị ngập nên chỉ tiến hành quan trắc mực nước thượng lưu đập. Công tác quan trắc mực nước thượng lưu được thực hiện tự động thông qua thiết quan trắc mực nước bố trí trên mái đập thượng lưu.
Vị trí lắp đặt: Để quan trắc mực nước thượng lưu đập, cần lắp đặt thiết bị quan trắc mực nước kiểu dây rung ở thượng lưu đập (lòng hồ). Thiết bị quan trắc được đặt tại cao trình +12m và có dải đo sao cho có thể quan trắc đến cao trình mực nước lũ lớn nhất (P=0.2%) = +37m. Tuyến đo đƣợc bố trí trên mặt cắt D9 của đập và tình hình thực tế thi công ngoài hiện trường.
Thiết bị: Công tác quan trắc mực nước thượng lưu được thực hiện bằng việc lắp đặt ống bảo vệ thiết bị, thiết bị quan trắc đƣợc đặt trong ống bảo vệ để tránh hƣ hỏng và tránh mất cắp trong quá trình hoạt động. Vị trí xây dựng ống bảo vệ lắp đặt thiết bị đo nước thượng lưu đập xem bản vẽ và phù hợp với điều kiện thực tế thi công ngoài hiện trường.
Lắp đặt: Thời gian lắp đặt thiết bị quan trắc mực nước thượng lưu đập được tiến hành trong quá trình thi công và trước khi hồ được tích nước. Bố trí thiết bị đo mực nước thượng lưu đập được thể hiện như sơ đồ dưới đây:
Hình 3.2 - Sơ đồ bố trí thiết bị quan trắc mực nước thượng lưu Quan trắc thấm trong thân đập (đường bão hoà, áp lực thấm)
Vị trí lắp đặt: Việc xác định đường bão hoà và áp lực thấm trong thân và hai bên vai đập thực hiện thông qua các thiết bị đo mực nước hoạt động theo nguyên lý
dây rung. Các hố quan trắc đƣợc bố trí theo các tuyến quan trắc chính bao gồm 06 tuyến đo. Tại mỗi tuyến các hố quan trắc được bố trí từ phía thượng lưu sang phía hạ lưu để giám sát đường bão hòa trong thân đập và áp lực thấm lên đáy công trình.
Số lƣợng các hố quan trắc nhƣ sau:
- Tuyến 1: Bố trí 04 hố quan trắc: A1, A2, A3 và A4 - Tuyến 2: Bố trí 04 hố quan trắc: A5, A6, A7 và A8 - Tuyến 3: Bố trí 04 hố quan trắc: A9, A10, A11 và A12 - Tuyến 4: Bố trí 04 hố quan trắc: A13, A14, A15 và A16 - Tuyến 5: Bố trí 03 hố quan trắc: A17, A18, và A19 - Tuyến 6: Bố trí 04 hố quan trắc: A20, A21, A22 và A23
Thiết bị: Công tác quan trắc áp lực thấm lên đáy công trình, mực nước bão hoà trong thân và hai bên vai đập thông qua các hố quan trắc ký hiệu A đƣợc lắp đặt các thiết bị đo áp suất hoạt động theo nguyên lý dây rung, để xác định giá trị áp lực thấm trong các hố quan trắc. Các hố quan trắc khu vực thân đập phải đƣợc khoan sâu dưới cao trình mực nước ngầm ở vị trí tương ứng.
* Các thông số kỹ thuật của thiết bị đo trắc áp lực thấm:
- Dải đo từ 0 ÷ 50m cột nước - Độ phân giải: 0.05% dải đo - Độ chính xác: 0.5% cột nước - Vật liệu: Bằng thép không gỉ
- Cáp truyền tín hiệu: Loại cáp: Loại vĩnh cửu, không thấm nước, có lớp bảo vệ chống nhiễu, nhiệt độ môi trường làm việc: từ 200C đến 800C
Lắp đặt: Các thiết bị đo áp lực thấm lắp đặt trong giếng quan trắc đƣợc nối với thiết bị chống sét sau đo đƣợc nối với thiết bị nối dây (Junction box) đƣợc bố trí tại mỗi mặt cắt quan trắc để giảm số lƣợng đi cáp cho hệ thống. Từ đây tín hiệu của các thiết bị đo đƣợc truyền về các thiết bị thu đa kênh (Multiplexer) đƣợc bố trí trên mặt đập (02 mặt cắt quan trắc bố trí 01 Multiplexer), sau đó tín hiệu đƣợc chuyển đến thiết bị điều khiển giám sát thu thập dữ liệu RTU thông qua bộ biến đổi tín hiệu tần số sang tín hiệu tương tự và máy tính được cài đặt phầm mềm giám sát thu thập dữ
liệu đặt tại nhà quản lý vận hành hồ. Tại đây người dùng có thể giám sát các thông số áp lực thấm của đập trên màn hình máy tính từ các giao diện của phần mềm giám sát.
Trong mỗi hố quan trắc lắp 02 thiết bị đo áp suất tại độ sâu thấp hơn mực nước ngầm thấp nhất để giám sát đường bão hoà và dưới đáy nền để giám sát áp lực thấp lên công trình. Trước khi lắp đặt các thiết bị đo phải tiến hành khoan các hố quan trắc với đường kính tối thiểu là 150mm để lắp các ống thu nước. Trong các hố được lắp đặt 02 ống lọc đường kính 50mm theo đúng yêu cầu kỹ thuật của hố quan trắc để quan trắc hai giá trị là áp lực thấm lên đáy công trình và đường bão hoà trong thân đập. Độ sâu hố khoan phụ thuộc vào cao trình mực nước ngầm thấp nhất và cao trình đáy đập tại khu vực bố trí hố quan trắc.
Dưới đây là sơ đồ lắp đặt thiết bị quan trắc thấm hồ chứa nước trong luận văn
Hình 3.3 - Sơ đồ lắp đặt thiết bị quan trắc thấm hồ chứa nước
Thời gian lắp đặt thiết bị quan trắc: Công tác lắp đặt phục vụ quan trắc gồm
tạo các hố quan trắc và lắp đặt các thiết bị đo do vậy để không ảnh hưởng đến quá trình thi công và ít hƣ hại đến thiết bị, công tác lắp đặt sẽ đƣợc tiến hành sau khi công trình thi công xong.
Thu thập và xử lý số liệu quan trắc: Sau khi lắp đặt hệ thống quan trắc thấm trong thân đập hồ chứa nước người quản lý có thể giám sát các thông tin về mức độ thấm qua đó đánh giá đƣợc mức độ ổn định của đập đất thông qua hệ thống thiết bị tại bất kỳ địa điểm và thời gian nào thông qua đường truyền tín hiệu và phần mềm giám sát. Từ số liệu thu thập được, người dùng có thể phân tích vẽ đường bão hoà trong thân đập. Qua đó có sự kiểm tra sai lệch giữa tính toán và thực tế cũng nhƣ có các phương án vận hành, quản lý hồ an toàn và tối ưu.
Quan trắc lưu lượng thấm
Vị trí lắp đặt: Giải pháp để tính lưu lượng thấm là xây dựng máng PasShall công trình đo nước tiêu chuẩn đã được dùng trên thế giới. Đây là công trình có hình thức cấu tạo đặc biệt được đặt trong lòng kênh chuyên dùng để đo nước. Thông qua sự biến đổi về cột nước và tốc độ chảy qua máng mà có thể tính toán được lưu lượng chảy qua máng. Công trình đo nước được xây dựng phía cuối kênh thu nước thấm.
Xây dựng công trình quan trắc thấm hạ lưu đập:
Với các thông số để thiết kế:
- Lưu lượng thiết kế : Q = 2.55 m3/s.
- Độ sâu kênh dẫn : Hkênh = 2.8 m.
- Bề rộng kênh dẫn : bk = 1.8 m.
- Mực nước trong kênh : hk = 1.59 m.
Xác đinh được kích thước của máng là:
W = 60 cm; H = 58 m.
Công trình đo nước được đặt tại vị trí sau đập nên mực nước hạ lưu không ảnh hưởng đến chế độ chảy của công trình, khi thiết kế đã chọn chế độ chảy qua máng luôn chảy tự do nên công thức tính lưu lượng qua máng là Q2,4.W.Ha1.57
Lắp đặt thiết bị đo nước tự động: Bố trí thiết bị tự động đo mực nước trước và
sau công trình đo nước. Các tín hiệu của các thiết bị đo này được đưa đến thiết bị thu thập dữ liệu.
Quan trắc lún đập
Theo tiêu chuẩn ngành 14 TCN100 - 2001, hệ thống quan trắc lún gồm 18 mốc quan trắc, trong đó 3 mốc quan trắc cơ bản MCB1, MCB2 và MCB3; 15 mốc quan trắc mặt trên 6 mặt cắt ngang trùng với mặt cắt bố trí quan trắc thấm là M1, M2… M15.
Mốc quan trắc cơ bản: Mốc cơ bản đƣợc thiết kế bố trí hai bên vai đập, bên vai phải đập bố trí MCB2 và MCB3, bên vai trái đập bố trí MCB1, các mốc cơ bản nằm hoàn toàn trên nền đất nguyên thổ.
Mốc quan trắc mặt: Mốc quan trắc mặt đƣợc bố trí tại 6 tuyến quan trắc, trùng với tuyến bố trí quan trắc thấm.
- Tuyến 1: Bố trí 03 mốc quan trắc mặt: M1, M2 và M3 - Tuyến 2: Bố trí 03 mốc quan trắc mặt: M4, M5 và M6 - Tuyến 3: Bố trí 03 mốc quan trắc mặt: M7, M8 và M9 - Tuyến 4: Bố trí 03 mốc quan trắc mặt: M10, M11 và M12 - Tuyến 5: Bố trí 01 mốc quan trắc mặt: M13
- Tuyến 6: Bố trí 02 mốc quan trắc mặt: M14 và M15
Các mốc cơ bản và mốc quan trắc mặt đƣợc quan trắc định kỳ bằng máy đo toàn đạc nên không đƣa vào hệ SCADA do cấp công trình không lớn theo quy định tại 14 TCN100 - 2001.
Quan trắc mƣa tự động
Vị trí lắp đặt và nhiệm vụ: Hệ thống quan trắc mƣa tự động đƣợc lắp đặt tại một số điểm trong lưu vực, do lưu vực hồ tương đối nhỏ nên chọn vị trí lắp đặt điểm đo tại nhà vận hành để thuận tiện cho việc thu thập dữ liệu mà không ảnh hưởng đến chất lƣợng quan trắc. Số liệu quan trắc động lƣợng mƣa trong ngày hoặc bất kỳ thời điểm nào, giúp người quản lý có thể phân tích, dự báo mực nước trong hồ trong tương lai, lượng nước yêu cầu tưới của hệ thống. Kết hợp với số liệu mực nước hồ hiện tại, người quản lý đưa ra phương án vận hành hồ tốt nhất. Ngoài ra số liệu này
còn phục vụ cảnh báo lũ quét, sạt lở đất...vv.
Phương thức đo: Cứ mỗi lƣợng mƣa rơi xuống đƣợc 0,25mm, thiết bị sẽ truyền tín hiệu hiệu đếm một lần. Nhƣ vậy tập hợp các lần truyền tín hiệu đếm sẽ đƣợc tổng lƣợng mƣa trong ngày hoặc tính đến thời điểm nào đó trong ngày.
Lựa chọn thiết bị đo: Thiết bị đo mƣa tự động chọn là loại Rainew111 của hãng Rain Wise (Mỹ), bao gồm:
- Thùng đo mƣa: Đƣợc dùng loại tiêu chuẩn, chế tạo bằng vật liệu Polypropylene, đường kính miệng thùng là 200mm.
- Thiết bị truyền tín hiệu: Thiết bị đƣợc gắn sẵn vào thùng đo mƣa, cứ mỗi lƣợng mƣa đạt 0,25mm, tín hiệu sẽ đƣợc truyền về thiết bị thu thập dữ liệu một lần bằng xung tín hiệu.