淺談自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用

1、<p>　　淺談自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用</p><p>　　【摘要】我國的水資源相對匱乏，而且分布不均勻。因此，水庫對于調節(jié)水資源非常重要。在大壩的安全管理方面，自動化技術以其特有的優(yōu)勢得到了廣泛的應用。本文將做詳細介紹。 </p><p>　　【關鍵詞】自動化；大壩安全管理；應用 </p><p>　　中圖分類號：TU714文獻標識碼： A

2、 </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　在水庫大壩的日常管理中，監(jiān)測工作是保證大壩安全的重要舉措。自動化技術又作為一種方便有效的監(jiān)控手段得到廣泛應用。 </p><p>　　二、水庫大壩安全管理的基本內容 </p><p>　　大壩安全管理監(jiān)控指的是通過一些特定的觀測儀器以及相關設備，對于

3、大壩主體以及相關建筑進行各個方面的監(jiān)控檢查等工作。比如對大壩垂直和水平位移、大壩壩體出現(xiàn)裂縫的問題、水體對于大壩造成的浸潤線、水體滲流量、大壩的變形進度、預應力設計、溫度變化以及壩體伸縮縫等因素的觀測和監(jiān)控以外，還要加強一些諸如抗震、滑坡等項目的管理監(jiān)測等，經(jīng)過這些安全管理項目的檢測，可以及時獲取大壩相關的安全信息數(shù)據(jù)等，便于為大壩下一步的安全管理提供參考，進而方便進行安全管理的決策。由于大壩的工作條件十分復雜，大壩壩體以及壩體基礎,時

4、時刻刻承受著水流等的侵蝕，大壩的安全管理狀態(tài)是處于動態(tài)中的，進行定期檢測并不能保證及時發(fā)現(xiàn)安全問題,只有利用現(xiàn)代電子技術進行即時的監(jiān)控管理和信息傳達，才能保證大壩的安全狀態(tài)處于安全監(jiān)測中。 </p><p>　　當初進行大壩施工時，可能因為設計方案以及施工人員的疏忽，會造成大壩的某些缺陷 , 這些缺陷經(jīng)過一段長時間的運行，加上外界的水流侵蝕、凍融風化等各種因素，就會使得大壩的本體以及大壩基底出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，進而

5、造成大壩安全問題，隨時可能發(fā)生嚴重的安全問題。只有利用現(xiàn)代電子技術進行即時的監(jiān)控管理和信息傳達，在大壩的安全狀態(tài)出現(xiàn)異常的時候進行及時的發(fā)現(xiàn)和處理，才能確保大壩的安全管理。大壩的安全管理不但關系到大壩工程的安危，還關系到人民的生命財產(chǎn)安全，所以大壩的安全管理是非常重要的一項工作。 </p><p>　　三、自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用現(xiàn)狀 </p><p>　　1、安全管理中自動化

6、監(jiān)測技術的主要內容 </p><p><b>　?。?）變形監(jiān)測 </b></p><p>　　大壩的結構變形作為工程監(jiān)測的重要項目, 包括水平和垂直兩個方向上的位移情況。對于大多數(shù)的大壩來說，水平、垂直位移監(jiān)測采用的觀測方法十分普遍?；炷翂卧谝话闱闆r下不同的壩段設置監(jiān)測點，其位移觀測對于高壩或重要的大壩才需要設置, 通常對于中低壩來說已經(jīng)不再做硬性要求。近年來對不

7、同壩段的水平位移監(jiān)測比較重視, 通常沿壩高，合理的選取三排以上測點。土石壩一般在壩頂端以及后部每隔 30m--50m 設水平垂直位移監(jiān)測點。 </p><p><b>　?。?）滲流監(jiān)測 </b></p><p>　　大壩滲流作為水庫大壩重要監(jiān)測內容之一,主要包括滲透壓力以及滲流量兩個方面的內容。混凝土水壩通常在基礎廊道布置壓力觀測孔, 不同壩段設置監(jiān)測點; 滲流量監(jiān)

8、測位置的分布要結合排水溝集水的實際情況而定,通常需要測定分區(qū)流量和總滲流量。對于土石壩的滲流量測定而言，主要集中在壩底滲水匯集處。此外，還需要在大壩的左、右兩岸山坡上設置地下水位監(jiān)測點,以監(jiān)測繞壩滲流的整體情況。 </p><p>　　2、主要的自動化安全監(jiān)測管理裝置 </p><p>　?。?）水平、垂直位移傳感器 </p><p>　　就我國現(xiàn)有的混凝土壩工程實

9、例情況來說，水平位移自動化監(jiān)測裝置主要為垂線、引線兩種方式。主要形式為電容式和電機式,前者測定更為迅速,但使用條件比較嚴格, 且線路過長時容易造成偏離; 后者測定慢，使用條件不高,并且可靠性較高。此外，真空激光準直監(jiān)測裝置近年來也得到了顯著的發(fā)展，已經(jīng)應用在許多的工程實例之中了,有著很好的應用效果,但該裝置的整體成本較高, 在運行中的維護費用也較高。國內還有部分工程采用過大量程位移計進行串接或采用電信號的引線水平位移計, 就目前的使用效

10、果來看還需要改進。我國的水庫工作中開始重視對于高精度自動掃描全站儀的使用，從而可以對土石壩表面變形情況進行實時的自動監(jiān)測采集。此外，GPS 技術發(fā)揮了監(jiān)測范圍廣的特點, 在部分監(jiān)測精度要求不高的情況下,也逐漸得以采用。 </p><p>　?。?）地下水位監(jiān)測裝置 </p><p>　　在實際的水庫大壩項目中，滲壓計是監(jiān)測大壩地下水位最主要的手段。進口的弦式滲壓計是最常采用的一種裝置, 該

11、裝置在耐久性和穩(wěn)定性方面都有十分出色的表現(xiàn), 不足之處在于測定的數(shù)據(jù)受氣壓影響較大。在量程較小的情況下,通氣式滲壓計使用比較廣泛, 不足之處在于，處于潮濕的環(huán)境下,可能無法保證通氣管內部的干燥, 因此在實際應用中必須增設氣壓計等其他修正方式以保證測量值的準確。 </p><p><b>　　（3）智能傳感器 </b></p><p>　　智能傳感器的設計思路是將傳感器

12、同計算機技術有機的結合在一起,特點在于能將感應技術同信息技術融合起來。智能傳感器在部分興建的水電工程中開始得到使用,該方法的測點布置更為簡便合理, 能夠避免繁重的電纜敷設任務,并且能夠獲得更好的應用效果。 </p><p>　　（4）中央控制設備 </p><p>　　對于中央控制設備來說，核心部件有備用電源、監(jiān)控主機、任務主機及附屬設備。在計算機網(wǎng)絡技術逐步發(fā)展成熟的背景下,已逐步被功能

13、更加完善的小型觀測局域網(wǎng)所替代。由于對監(jiān)控主機運營能力的要求，通常采用工控機。在計算機制造水平的提升下，不僅在持續(xù)運行能力和可靠性上有顯著的提高，且價格更具優(yōu)勢,所以很多工程中越來越多的使用計算機作為監(jiān)控主機。 </p><p>　　四、監(jiān)控技術在大壩安全管理中的作用 </p><p>　　相關的技術人員除了要對大壩垂直和水平位移、大壩壩體出現(xiàn)裂縫的問題、水體對于大壩造成的浸潤線、水體滲流

14、量、大壩的變形進度、預應力設計、溫度變化以及壩體伸縮縫等因素的觀測和監(jiān)控以外，還要加強一些諸如抗震、滑坡等項目的管理監(jiān)測等，如果沒有經(jīng)過檢測和控制，大壩本身潛在的缺陷經(jīng)過一段時間的運行，加上外界的水流侵蝕、凍融風化等各種作用，就會使得大壩的本體以及大壩基底出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，進而造成大壩安全問題，隨時可能發(fā)生嚴重的安全問題。大壩安全管理部門的險情預告都是由上面提到的數(shù)據(jù)采集技術進行應用的。在大壩周圍安裝攝像頭以及麥克風等等，都是進行有效數(shù)

15、據(jù)采集的有利工具。被經(jīng)過攝像頭和麥克風等工具采集到的數(shù)據(jù)可以被進一步轉換為容易被管理系統(tǒng)所識別的訊號。那么這些信號會被大壩安全管理中的傳感器進行監(jiān)管，然后經(jīng)過初步的篩選，將這些信號進行進一步的分析和融合，進一步將傳感器、麥克風、攝像頭等設備收集到的有關安全方面的信息進行細致的分析和提取，將其中對于安全管理有關的信息進行提取分析推理和運用，然后將這下消息與之前已經(jīng)經(jīng)歷過的安全管理事故或者相關的數(shù)據(jù)進行對比分析，遙測站的主要功能是自動收集大

16、壩附近的雨量水位等相</p><p><b>　　五、未來發(fā)展方向 </b></p><p><b>　　1、監(jiān)測貢獻延伸 </b></p><p>　　大壩安全監(jiān)測貢獻的延伸，表現(xiàn)在大壩設計、施工、運行和退役全生命周期過程中。它不僅是反饋設計、指導施工和監(jiān)控大壩安全的重要手段，也是水庫汛限水位動態(tài)控制、大壩風險評估和預測

17、預警的基礎條件，安全監(jiān)測將與氣象、水情、水質和洪水預報調度等結合， 成為水庫安全運行調度決策的一部分，以提高應對潰壩等突發(fā)事件的能力，避免或減少突發(fā)事件導致的下游人民群眾生命財產(chǎn)損失和生態(tài)與環(huán)境的破壞，保障下游公共安全。 </p><p><b>　　2、監(jiān)測對象拓展 </b></p><p>　　大壩安全管理已向風險管理理念轉變，監(jiān)測對象除了大壩工程外，還拓展到水庫

18、下游影響地區(qū)的人口、 社會經(jīng)濟及生態(tài)與環(huán)境等。 監(jiān)測不僅考慮工程安全監(jiān)測，還關注下游人口、社會經(jīng)濟和環(huán)境與生態(tài)的影響監(jiān)測以及應對突發(fā)事件的應急監(jiān)測體系。 </p><p><b>　　六、結束語 </b></p><p>　　綜上所述， 我國水庫大壩的安全管理工作的進一步完善有賴于更多的自動化技術的發(fā)展和使用。要保證水庫安全監(jiān)測水平的不斷提高，是所有水利工作人員共同的