浅谈自动化技术在水库大坝安全管理中的应用

【摘要】我国的水资源相对匮乏，而且分布不均匀。因此，水库对于调节水资源非常重要。在大坝的安全管理方面，自动化技术以其特有的优势得到了广泛的应用。本文将做详细介绍。

【关键词】自动化；大坝安全管理；应用

中图分类号：TU714文献标识码： A

一、前言

在水库大坝的日常管理中，监测工作是保证大坝安全的重要举措。自动化技术又作为一种方便有效的监控手段得到广泛应用。

二、水库大坝安全管理的基本内容

大坝安全管理监控指的是通过一些特定的观测仪器以及相关设备，对于大坝主体以及相关建筑进行各个方面的监控检查等工作。比如对大坝垂直和水平位移、大坝坝体出现裂缝的问题、水体对于大坝造成的浸润线、水体渗流量、大坝的变形进度、预应力设计、温度变化以及坝体伸缩缝等因素的观测和监控以外，还要加强一些诸如抗震、滑坡等项目的管理监测等，经过这些安全管理项目的检测，可以及时获取大坝相关的安全信息数据等，便于为大坝下一步的安全管理提供参考，进而方便进行安全管理的决策。由于大坝的工作条件十分复杂，大坝坝体以及坝体基础,时时刻刻承受着水流等的侵蚀，大坝的安全管理状态是处于动态中的，进行定期检测并不能保证及时发现安全问题,只有利用现代电子技术进行即时的监控管理和信息传达，才能保证大坝的安全状态处于安全监测中。

当初进行大坝施工时，可能因为设计方案以及施工人员的疏忽，会造成大坝的某些缺陷 , 这些缺陷经过一段长时间的运行，加上外界的水流侵蚀、冻融风化等各种因素，就会使得大坝的本体以及大坝基底出现不稳定的情况，进而造成大坝安全问题，随时可能发生严重的安全问题。只有利用现代电子技术进行即时的监控管理和信息传达，在大坝的安全状态出现异常的时候进行及时的发现和处理，才能确保大坝的安全管理。大坝的安全管理不但关系到大坝工程的安危，还关系到人民的生命财产安全，所以大坝的安全管理是非常重要的一项工作。

三、自动化技术在水库大坝安全管理中的应用现状

1、安全管理中自动化监测技术的主要内容

（1）变形监测

大坝的结构变形作为工程监测的重要项目, 包括水平和垂直两个方向上的位移情况。对于大多数的大坝来说，水平、垂直位移监测采用的观测方法十分普遍。混凝土坝在一般情况下不同的坝段设置监测点，其位移观测对于高坝或重要的大坝才需要设置, 通常对于中低坝来说已经不再做硬性要求。近年来对不同坝段的水平位移监测比较重视, 通常沿坝高，合理的选取三排以上测点。土石坝一般在坝顶端以及后部每隔 30m--50m 设水平垂直位移监测点。

（2）渗流监测

大坝渗流作为水库大坝重要监测内容之一,主要包括渗透压力以及渗流量两个方面的内容。混凝土水坝通常在基础廊道布置压力观测孔, 不同坝段设置监测点; 渗流量监测位置的分布要结合排水沟集水的实际情况而定,通常需要测定分区流量和总渗流量。对于土石坝的渗流量测定而言，主要集中在坝底渗水汇集处。此外，还需要在大坝的左、右两岸山坡上设置地下水位监测点,以监测绕坝渗流的整体情况。

2、主要的自动化安全监测管理装置

（1）水平、垂直位移传感器

就我国现有的混凝土坝工程实例情况来说，水平位移自动化监测装置主要为垂线、引线两种方式。主要形式为电容式和电机式,前者测定更为迅速,但使用条件比较严格, 且线路过长时容易造成偏离; 后者测定慢，使用条件不高,并且可靠性较高。此外，真空激光准直监测装置近年来也得到了显著的发展，已经应用在许多的工程实例之中了,有着很好的应用效果,但该装置的整体成本较高, 在运行中的维护费用也较高。国内还有部分工程采用过大量程位移计进行串接或采用电信号的引线水平位移计, 就目前的使用效果来看还需要改进。我国的水库工作中开始重视对于高精度自动扫描全站仪的使用，从而可以对土石坝表面变形情况进行实时的自动监测采集。此外，GPS 技术发挥了监测范围广的特点, 在部分监测精度要求不高的情况下,也逐渐得以采用。

（2）地下水位监测装置

在实际的水库大坝项目中，渗压计是监测大坝地下水位最主要的手段。进口的弦式渗压计是最常采用的一种装置, 该装置在耐久性和稳定性方面都有十分出色的表现, 不足之处在于测定的数据受气压影响较大。在量程较小的情况下,通气式渗压计使用比较广泛, 不足之处在于，处于潮湿的环境下,可能无法保证通气管内部的干燥, 因此在实际应用中必须增设气压计等其他修正方式以保证测量值的准确。

（3）智能传感器

智能传感器的设计思路是将传感器同计算机技术有机的结合在一起,特点在于能将感应技术同信息技术融合起来。智能传感器在部分兴建的水电工程中开始得到使用,该方法的测点布置更为简便合理, 能够避免繁重的电缆敷设任务,并且能够获得更好的应用效果。

（4）中央控制设备

对于中央控制设备来说，核心部件有备用电源、监控主机、任务主机及附属设备。在计算机网络技术逐步发展成熟的背景下,已逐步被功能更加完善的小型观测局域网所替代。由于对监控主机运营能力的要求，通常采用工控机。在计算机制造水平的提升下，不仅在持续运行能力和可靠性上有显著的提高，且价格更具优势,所以很多工程中越来越多的使用计算机作为监控主机。

四、监控技术在大坝安全管理中的作用

相关的技术人员除了要对大坝垂直和水平位移、大坝坝体出现裂缝的问题、水体对于大坝造成的浸润线、水体渗流量、大坝的变形进度、预应力设计、温度变化以及坝体伸缩缝等因素的观测和监控以外，还要加强一些诸如抗震、滑坡等项目的管理监测等，如果没有经过检测和控制，大坝本身潜在的缺陷经过一段时间的运行，加上外界的水流侵蚀、冻融风化等各种作用，就会使得大坝的本体以及大坝基底出现不稳定的情况，进而造成大坝安全问题，随时可能发生严重的安全问题。大坝安全管理部门的险情预告都是由上面提到的数据采集技术进行应用的。在大坝周围安装摄像头以及麦克风等等，都是进行有效数据采集的有利工具。被经过摄像头和麦克风等工具采集到的数据可以被进一步转换为容易被管理系统所识别的讯号。那么这些信号会被大坝安全管理中的传感器进行监管，然后经过初步的筛选，将这些信号进行进一步的分析和融合，进一步将传感器、麦克风、摄像头等设备收集到的有关安全方面的信息进行细致的分析和提取，将其中对于安全管理有关的信息进行提取分析推理和运用，然后将这下消息与之前已经经历过的安全管理事故或者相关的数据进行对比分析，遥测站的主要功能是自动收集大坝附近的雨量水位等相关数据的变化情况，具有实时性、自动性、以及不间断性和高准确性。

五、未来发展方向

1、监测贡献延伸

大坝安全监测贡献的延伸，表现在大坝设计、施工、运行和退役全生命周期过程中。它不仅是反馈设计、指导施工和监控大坝安全的重要手段，也是水库汛限水位动态控制、大坝风险评估和预测预警的基础条件，安全监测将与气象、水情、水质和洪水预报调度等结合， 成为水库安全运行调度决策的一部分，以提高应对溃坝等突发事件的能力，避免或减少突发事件导致的下游人民群众生命财产损失和生态与环境的破坏，保障下游公共安全。

2、监测对象拓展

大坝安全管理已向风险管理理念转变，监测对象除了大坝工程外，还拓展到水库下游影响地区的人口、 社会经济及生态与环境等。 监测不仅考虑工程安全监测，还关注下游人口、社会经济和环境与生态的影响监测以及应对突发事件的应急监测体系。

六、结束语

综上所述， 我国水库大坝的安全管理工作的进一步完善有赖于更多的自动化技术的发展和使用。要保证水库安全监测水平的不断提高，是所有水利工作人员共同的使命。

参考文献

[1]吴建玉,梁曦,张运涛.基于 GPRS 大坝安全信息系统的设计 [J]. 宁波职业技术学院报,2008

[2]王士军,董福昌,崔信民,等.水库大坝安全信息三维可视化系统开发[J].水电自动化与大坝监测,2012