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蓬辣灘水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計

文檔作者：劉敏宋鵬劉洪文檔來源： 1．廣東省水利水電科學(xué)研究院 2．中山市水庫水電工程管理中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月15日
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第3期
2015年3月
廣東水利水電
GUANGD0NG WATER RES0URCES AND HYDROPOWER
No．3
Mar．2015
蓬辣灘水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計
劉 敏 ， 宋 鵬 ，劉 洪
(1． 廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東省水利重點(diǎn)科研基地，廣東廣州 510635；
2． 中山市水庫水電工程管理中心，廣東中山528403)
摘要：為確保電站大壩的安全運(yùn)行，根據(jù)《蓬辣灘水電站安全隱患排查及風(fēng)險評估報告》中工程安全監(jiān)測結(jié)論與建議，
針對蓬辣灘水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題及工程實(shí)際情況，進(jìn)行了技術(shù)改造設(shè)計。
關(guān)鍵詞：蓬辣灘水電站；大壩安全監(jiān)測；技術(shù)改造
中圖分類號：TV698．1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008—0112(2015)03～0048—04
1 工程概況
蓬辣灘水電站工程位于廣東省梅州市大埔縣三河
鎮(zhèn)楊桃坪，是梅江干流規(guī)劃梯級中的最后一級，是以
發(fā)電為主兼顧航運(yùn)、旅游、養(yǎng)殖等綜合利用的水電
工程。
電站裝機(jī)容量為11 MW×4=44 MW，屬低水頭徑
流式電站，II等工程；水庫總庫容1．32億m。，水庫
正常蓄水位49．0 1'11，不承擔(dān)下游防洪任務(wù)。樞紐永久
性主要水工建筑物為3級建筑物，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50
年一遇、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇(砼壩)、1 000
年一遇(土壩)。
水電站建筑物由左岸土壩段、左岸門庫重力壩段、
船閘段、泄水閘段、廠房段、右岸重力壩連接段及右
岸土壩段組成，全長612．8 m。大壩結(jié)構(gòu)為兩岸土壩、
中間混凝土壩的形式，其中左岸土壩實(shí)際長度
73．0 in、最大壩高35．6 m，壩型為粘土心墻石渣壩；
右岸土壩實(shí)際長度55．0 ITI、最大壩高21．6 ITI，壩型為
粘土心墻土石壩。船閘為一級單線船閘，閘室尺寸為
120．0 m x 15．0 m x 2．2 m(長x寬×門檻水深)。
2 現(xiàn)狀及存在的問題
2．1 監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀
蓬辣灘水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)于2009年3月建
成，主要監(jiān)測項(xiàng)目包括：變形監(jiān)測(水平位移、垂直
位移)，滲流監(jiān)測，環(huán)境量監(jiān)測(上下游庫水位、大氣
溫度、降雨量)等。
大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)采用DAMS—IV型分布
式結(jié)構(gòu)，由傳感器、DAU(數(shù)據(jù)采集裝置)、通信裝
置、監(jiān)測計算機(jī)及外部設(shè)備、數(shù)據(jù)采集軟件組成。監(jiān)
測系統(tǒng)可分為現(xiàn)場監(jiān)測站層和監(jiān)測管理中心站層。5
臺DAU接人27個測點(diǎn)的傳感器(引張線測點(diǎn)14個、
垂線測點(diǎn)2個、滲流測點(diǎn)10個、大氣溫度測點(diǎn)1個)
進(jìn)行數(shù)據(jù)自動采集。
1)水平位移監(jiān)測：①在混凝土壩頂(廠房一閘壩
一船閘)設(shè)置1條引張線，在左岸重力壩段左側(cè)和安
裝間右側(cè)各設(shè)置1條倒垂線作為基準(zhǔn)。在溢流壩段每
個閘墩處設(shè)置1個測點(diǎn)，共1O個測點(diǎn)；在門庫段左右
兩側(cè)各設(shè)置1個測點(diǎn)；船閘上閘首左側(cè)設(shè)置1個測點(diǎn)；
廠房中間位置設(shè)置2個測點(diǎn)，總計14個測點(diǎn)。② 在船
閘上下閘首之間、閘室墻頂左右各一排，共設(shè)置14個
水平位移觀測墩。閘室右側(cè)自上游至下游依次為TP1
一TP7 ，閘室左側(cè)自上游至下游依次為TP8 ～TP14 。
3個工作基點(diǎn)分別設(shè)在右岸變電站擋水墻、護(hù)堤、職
工宿舍2號樓頂上。各點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)采用前方交會法
人工測量取得。
2)垂直位移監(jiān)測：垂直位移觀測點(diǎn)34個(壩頂
14個，船閘14個，土壩6個)，基準(zhǔn)點(diǎn)2個。在左土
壩上游左至右LDTI 、LDT3 ，下游左至右LDT2 、
LDT4 ，設(shè)置垂直位移測點(diǎn)4個。在船閘閘室右側(cè)自
上游至下游依次LDC1 ～LDC7 ，閘室左側(cè)自上游至
下游依次LDC8 ～LDC14 ，共設(shè)置14個垂直位移測
點(diǎn)，與船閘水平位移測點(diǎn)對應(yīng)。在混凝土壩壩頂平行
壩軸線方向的門機(jī)軌道旁，從左至右各壩段設(shè)置垂直
收稿日期：2014—12—24
作者簡介：劉敏(1958)，男，工學(xué)博士，教授級高工，主要從事水利信息化、機(jī)電和金屬結(jié)構(gòu)檢測及大壩安全監(jiān)測的
設(shè)計、科研、咨詢等工作。
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2015年3月 第3期 劉敏，等：蓬辣灘水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計 No．3 Mar．2015
位移測點(diǎn)14個，依次為LDB1 ～LDB14 。在右土壩上
游側(cè)LDT5 、下游側(cè)LDT6 ，設(shè)置垂直位移測點(diǎn)2個。
分別在右岸土壩花園內(nèi)DS2 、船閘下左閘首上DS1 ，
設(shè)置雙金屬標(biāo)作為垂直位移的基點(diǎn)。垂直位移采用幾
何水準(zhǔn)路線法進(jìn)行測量。
3)滲流監(jiān)測：在船閘設(shè)置1個測點(diǎn)、尾水設(shè)置1
個測點(diǎn)，壩頂設(shè)置8個測點(diǎn)，共10個滲流測點(diǎn)。
4)環(huán)境量監(jiān)測：大壩環(huán)境量監(jiān)測包括上下游庫水
位、大氣溫度及降雨量等。上下游庫水位及降雨量直
接引用水情自動測報系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。在廠房樓頂設(shè)
置1個百葉箱，內(nèi)置1支熱敏電阻式溫度計，用以監(jiān)
測大氣溫度，供大壩安全分析之用。
2．2 監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題
參照規(guī)范及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，蓬辣灘水電站
大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，在系統(tǒng)的完整性、有效性和實(shí)用
性方面，存在如下問題：
1)系統(tǒng)完整性方面存在的問題。缺漏關(guān)鍵的安全
監(jiān)測項(xiàng)目：① 左、右岸土壩段缺滲流監(jiān)測項(xiàng)目；② 右
岸土壩段與山體連接處缺繞壩滲流監(jiān)測項(xiàng)目；③ 右岸
土壩與重力壩連接部位下游壩坡錐坡處缺滲流量監(jiān)測
項(xiàng)目，該滲流量對監(jiān)視該處穩(wěn)定性及險情的發(fā)展極為
重要。
2)系統(tǒng)有效性方面存在的問題：①分別設(shè)在右岸
變電站擋水強(qiáng)、護(hù)堤、職工宿舍2號樓頂上的3個船
閘垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，不能夠滿足測量要求；② 壩
頂和船閘垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)(雙金屬標(biāo))無自動和人
工觀測設(shè)施或儀器，無法保證基準(zhǔn)數(shù)據(jù)測讀的可靠性
和精度。
3)系統(tǒng)實(shí)用性方面存在的問題：① 由于氣流及折
光等影響，采用光學(xué)儀器進(jìn)行測量，既費(fèi)時費(fèi)力，又
測量不準(zhǔn)；② 由于監(jiān)測系統(tǒng)存在漏項(xiàng)、監(jiān)測項(xiàng)目殘缺
與漏測點(diǎn)、缺少基準(zhǔn)、儀器設(shè)備選型不當(dāng)?shù)葐栴}，使
得觀測數(shù)據(jù)不完整、不系統(tǒng)，對大壩的安全評價非常
不利。
3 更新改造目標(biāo)和內(nèi)容
3．1 建設(shè)目標(biāo)
總體目標(biāo)：使安全監(jiān)測系統(tǒng)達(dá)到完整性、有效性
和實(shí)用性。
1)完整性：結(jié)合工程實(shí)際情況，補(bǔ)充和完善必要
的監(jiān)測項(xiàng)目——建成一個完整的安全監(jiān)測系統(tǒng)。不缺
漏關(guān)鍵的項(xiàng)目，不殘缺、不漏測點(diǎn)。
2)有效性：對現(xiàn)有安全監(jiān)測系統(tǒng)的基準(zhǔn)、監(jiān)測項(xiàng)
目、監(jiān)測設(shè)施及儀器設(shè)備，進(jìn)行補(bǔ)設(shè)和改造，使各監(jiān)
測項(xiàng)目及測點(diǎn)的設(shè)置方式、觀測方法及數(shù)據(jù)采集等有
效。①監(jiān)測項(xiàng)目及測點(diǎn)的設(shè)置必須符合規(guī)范要求，能
夠真實(shí)地反映大壩對應(yīng)于該監(jiān)測項(xiàng)目及測點(diǎn)的狀況；
②觀測方法直觀、便捷，同時，必須設(shè)有人工比測裝
置，以便進(jìn)行測量精度的校核，或自動監(jiān)測設(shè)備發(fā)生
故障時，進(jìn)行人工補(bǔ)測數(shù)據(jù)；③各監(jiān)測項(xiàng)目的觀測數(shù)
據(jù)，必須具有基準(zhǔn)值和初始值及有互為對應(yīng)的相關(guān)
參數(shù)。
3)實(shí)用性：在完整性和有效性基礎(chǔ)上，配置和開
發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)庫、信息處理與分析軟件、安全預(yù)警軟件
等。使安全監(jiān)測系統(tǒng)能夠全面、準(zhǔn)確地反映大壩工作
性態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常跡象，有效地監(jiān)視大壩安全，為
運(yùn)行管理提供可靠的依據(jù)。① 系統(tǒng)能夠?qū)崟r、可靠地
采集到真實(shí)的數(shù)據(jù)；②應(yīng)用軟件能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)有
效地應(yīng)用于工程的安全管理。
3．2 建設(shè)內(nèi)容
按照“技術(shù)先進(jìn)、科學(xué)合理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)
用”的原則，對如下建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計：
1)補(bǔ)充和完善土壩滲流監(jiān)測：①左、右岸土壩段
滲流監(jiān)測設(shè)計；② 右岸土壩段與山體連接處繞壩滲流
監(jiān)測設(shè)計；③右岸土壩與重力壩連接部位下游壩坡錐
坡處滲流量監(jiān)測設(shè)計。
2)更新改造船閘水平位移及其基準(zhǔn)(倒垂)監(jiān)測：
①船閘水平位移監(jiān)測設(shè)計；②船閘水平位移基準(zhǔn)(倒
垂)設(shè)計。
3)新設(shè)項(xiàng)目與原大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)連接的設(shè)計：
①硬件的連接設(shè)計；②軟件的連接設(shè)計。
4 技術(shù)改造設(shè)計
4．1 土壩滲流監(jiān)測設(shè)計
滲流，即水庫建成后，在上下游水位差的作用下，
水不斷通過壩身、壩基、壩肩等向下游滲透。如果大
壩滲流出現(xiàn)異常(變大)情況，應(yīng)引起高度重視。土石
壩滲流大，滲徑就會擴(kuò)大，這將會加大壩體的淘刷，
并引起壩體的沉陷、傾斜與坍塌，最后導(dǎo)致管涌和
垮壩。
蓬辣灘水電站大壩，在船閘設(shè)置了1個測點(diǎn)、尾
水1個測點(diǎn)，閘壩8個測點(diǎn)，共設(shè)置了10個滲流測
點(diǎn)。由于滲流是安全監(jiān)測最重要的參數(shù)之一，因此，
按照規(guī)范要求，必須補(bǔ)設(shè)左右土壩滲流、繞壩滲流及
滲流量監(jiān)測，使?jié)B流監(jiān)測項(xiàng)目達(dá)到完整性和有效性。
1)左土壩滲流。根據(jù)左岸土壩段壩體及地質(zhì)的實(shí)
際情況，設(shè)置2個斷面的壩體和壩基滲流，每個斷面
設(shè)置3個測點(diǎn)，即斷面1(UP左。一。、UP左1—2、uP左1—3)、
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2015年3月第3期 廣東水利水電 No．3 Mar．2015
斷面2(UP左2一 、UP芹2—2、UP芹2—3)共6個測點(diǎn)，用以
監(jiān)測左岸土壩段的滲流情況。
2)右土壩滲流。根據(jù)右岸土壩段壩體、山體及地
質(zhì)的實(shí)際情況，設(shè)置2個斷面的壩體、壩基滲流和1
個斷面的繞壩滲流， 即斷面1(UP右 、UP右 、
uP右l一 3)、斷面2(uP右2—1、uP右2—2、UP右2—3)、斷面3
(UPua—l、UPua一2、uP繞右一3、UP繞右一4)共10個測點(diǎn)，
用以監(jiān)測右岸土壩段及與山體結(jié)合部的滲流情況。
3)滲流量。在右岸土壩與重力壩連接部位下游壩
坡錐坡處的排滲溝設(shè)置1個測點(diǎn)的滲流量監(jiān)測點(diǎn)，用
以監(jiān)視該處的滲流情況， 以便對其穩(wěn)定性及險情的發(fā)
展情況進(jìn)行分析。采用量水堰法測量壩體滲漏量，量
水堰采用90”三角堰(5 mm厚不銹鋼板)。
4)人工比測。按照規(guī)范要求，必須設(shè)置人工比測
裝置。一方面校核和檢驗(yàn)自動化測量設(shè)備的測量精度
與可靠性；另一方面，當(dāng)自動化設(shè)備出故障時，可進(jìn)
行人工補(bǔ)測，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性 J。
4．2 船閘變形監(jiān)測改造設(shè)計
新增船閘引張線1條，布設(shè)在船閘右墻靠外江側(cè)，
共計7個測點(diǎn)。引張線觀測墩的混凝土澆筑施工，應(yīng)
保證所有觀測墩在一條直線上，且墩面高程差≤5．0
mm。在引張線端點(diǎn)下游側(cè)(下閘首)安裝固定端、上
游側(cè)(上閘首)安裝掛重裝置(活動端裝置)。
引張線線體采用 1．2 mm高強(qiáng)不銹鋼絲，采用
(I)140×3．75 mm鍍鋅鋼管進(jìn)行保護(hù)；傳感器電纜、電
源及通信電纜采用 60×3．75 mm鍍鋅鋼管進(jìn)行保護(hù)。
保護(hù)管支架由混凝土支墩或角鋼制成，用膨脹螺
栓固定在混凝土支墩或角鋼上面。觀測墩上放置引張
線儀測點(diǎn)箱，箱內(nèi)安裝水箱和浮船等。在活動端加上
砝碼，調(diào)整測點(diǎn)箱，使線體處于保護(hù)管中心軸線位置。
安裝NYX—D引張線保護(hù)箱、RY—S型遙測引張
線儀、人工比測標(biāo)尺等；儀器調(diào)試主要包括復(fù)位試驗(yàn)
和精度試驗(yàn)，以考核系統(tǒng)的綜合精度。
4．3 船閘變形監(jiān)測基準(zhǔn)設(shè)計
引張線監(jiān)測到的水平位移結(jié)果，僅僅為相對位移
量。如果要測量壩體的絕對位移量，則還需要增加監(jiān)
測基準(zhǔn)點(diǎn)。倒垂線不僅可作為水平位移監(jiān)測的基準(zhǔn)點(diǎn)，
還可監(jiān)測到壩體的撓度，故倒垂線對大壩的安全監(jiān)測
是非常重要的。根據(jù)蓬辣灘水電站的地質(zhì)情況，倒垂
線按照規(guī)范要求設(shè)計：
船閘右墻倒垂孔設(shè)在左壩肩，孔深30．00 In，開
孔(：I)171 mm，有效孔徑 ≥100 mm；右岸倒垂孔設(shè)在
右壩肩，孔深30．00 m，開孔中l(wèi)71 mm，有效孔徑
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≥100 mm。倒垂線不僅可作為引張線的基準(zhǔn)，還可
以監(jiān)測閘墻在該處的水平位移和擾度。
倒垂線線體采用4)1．2 mm高強(qiáng)度不銹鋼鋼絲，安
裝在倒垂線孔保護(hù)管內(nèi)(qb168 mm、86 mm地質(zhì)無縫
鋼管，孔口高出地面300 mm左右，并設(shè)保護(hù)蓋， 以
免異物掉人管內(nèi)，影響倒垂線)，一端錨固于管底，
另一端連接浮體，浮筒采用浸沒式不銹鋼浮筒；在孔
口處安裝不銹鋼倒垂浮體組支架，分3層安裝支架，
從上到下依次安裝倒垂線浮體組、RZ—S型電容式雙
向遙測垂線儀、MZ一1型垂線瞄準(zhǔn)儀。
垂線所有設(shè)備安裝完成后，進(jìn)行全面的檢查、
測試。
4．4 系統(tǒng)軟硬件連接設(shè)計
1)系統(tǒng)組成：蓬辣灘水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的
結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，分為監(jiān)測管理中心站和現(xiàn)場監(jiān)
測站兩大部分。監(jiān)測管理中心站的組成及設(shè)備維持原
狀；因監(jiān)測功能和項(xiàng)目的擴(kuò)展，現(xiàn)場監(jiān)測站增加了虛
線外的設(shè)備。
蓬辣灘水電站已有安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)采用分布
式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由監(jiān)測儀器、DAU(數(shù)據(jù)采集裝置)、通
信裝置、監(jiān)測計算機(jī)及外部設(shè)備、數(shù)據(jù)采集軟件、信
號及控制線路、通信及電源等組成。安全監(jiān)測自動化
系統(tǒng)可分為現(xiàn)場監(jiān)測站層和監(jiān)測管理中心站層。
測站層由監(jiān)測儀器和DAU組成，包括混凝士壩水
平位移變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測和環(huán)境量監(jiān)測。DAU布置
在現(xiàn)場監(jiān)測儀器附近，對各類監(jiān)測儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、
A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲及與監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?
監(jiān)測管理中心站層由監(jiān)測服務(wù)器、監(jiān)測工作站、
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)、便攜式電腦、檢測儀、UPS電
源設(shè)備(由電站監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一配置)、GPS時鐘設(shè)備
(由電站監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一配置)等組成。監(jiān)測管理中心站
位于電站廠房內(nèi)，采用客戶機(jī)／服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)。監(jiān)
測管理中心負(fù)責(zé)對整個自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行管理，
將監(jiān)測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)和其它信息資料放在數(shù)據(jù)庫中，
數(shù)據(jù)庫運(yùn)行在監(jiān)測服務(wù)器上以實(shí)現(xiàn)資源共享。監(jiān)測服
務(wù)器和監(jiān)測工作站主要完成數(shù)據(jù)庫管理、在線監(jiān)測、
離線分析、圖形制作、報表制作等大壩安全管理功能
及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通訊。
在主壩的左右岸和船閘各設(shè)置一個監(jiān)測站，測站
層由監(jiān)測儀器和DAU組成，包括水平位移變形監(jiān)測、
滲流、滲漏量監(jiān)測。DAU布置在現(xiàn)場監(jiān)測儀器附近，
對各類監(jiān)測儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲
及與監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?
2015年3月第3期 劉敏，等：蓬辣灘水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計 No．3 Mar．2015
圖1 蓬辣灘水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意
2)硬件接人：監(jiān)測站通過雙絞屏蔽電纜接人已有 5 結(jié)語
的監(jiān)測系統(tǒng)，利用監(jiān)測系統(tǒng)已有的電源統(tǒng)一供電。右 蓬辣灘水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，通過補(bǔ)充、完
岸值班房安裝1臺DAU和1塊NDA1403模塊，接入 善和技術(shù)更新改造，解決了大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在“完
右岸土壩滲流傳感器；船閘2樓安裝1臺DAU和2塊 整性、有效性和實(shí)用性”方面存在的問題，為確保工
NDA1705模塊，接入船閘變形監(jiān)測傳感器。在左岸已 程的安全運(yùn)行起到重要的監(jiān)控和預(yù)警作用。該方案通
有的DAU5內(nèi)安裝1塊NDA1403，接人左岸土壩滲流 過專家審查，現(xiàn)正組織實(shí)施。
傳感器。 參考文獻(xiàn)：
3)軟件接入：充分利用已有的軟件資源，在 [1] DL／T 5178-2003混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[s]．
“NARI DSIMS V4．0’’大壩安全信息管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ) E2] SL 551 012土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[s]·
上，進(jìn)行新增測點(diǎn)的創(chuàng)建及功能升級。 (本文責(zé)任編輯馬克俊)
Technical Transformation Design of Dam Safety Monitoring System in Penglatan Hydro_juncti0n
LIU Min ，SONG Peng ，LIU Hong
(1．Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower，
Guangdong provincial key scientific research base，Guangzhou 5 10635， China；
2．Reservoir Hydropower Project Management center of Zhongshan City，Zhongshan 528403，China)
Abstract：According to Report on Safety Troubles Elimination and Risk Assessment of Penglatan Hydro—junction，in order to
ensure the operation safety of dams，technical transformation design has been made on the case of problems in the dam safety
monitoring system of Penglatan hydro—junction．
Key words：Penglatan hydro—junction；dam safety monitoring；technical transformation
· 51·

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