自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用研究

【摘要】自動化技術屬于一種綜合性較強的科技技術，該技術與自動控制、計算機、電子及信息技術等均存在密切關聯(lián)。隨著信息論與控制論的不斷發(fā)展與完善，自動化技術的應用范圍也變得越來越廣。水庫大壩在經濟發(fā)展中的作用逐漸被重視，因此大壩安全管理中的自動化技術成為了研究熱點。本文分析了自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用情況，包括滲流監(jiān)測與變形監(jiān)測中的應用，自動化裝置的應用及應用實例。此外，還簡單探討了水庫大壩安全管理工作的特征，包括安全管理任務重，需要做好安全監(jiān)測及除險方面的工作等。

【關鍵詞】安全管理；水庫大壩；自動化技術；應用

水庫是維持社會穩(wěn)定與經濟發(fā)展的重要基礎設施，具有防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚及灌溉等多種功能，大壩是水庫的三大件之一，管理好水庫大壩有助于提高水庫的經濟效益。目前自動化技術在多種工程領域中得到了應用，且自動化技術所發(fā)揮的作用也正變得越來越大[1]。本文結合筆者的實踐工作經驗對新疆地區(qū)水庫大壩安全管理工作中應用自動化技術的相關問題進行了分析，旨在完善水庫大壩安全管理工作。

1、水庫大壩安全管理工作的特征

我國新疆地區(qū)的水庫多具有綜合效益，大壩的安全管理工作與其他地區(qū)有所不同，其安全管理工作具有以下特征：（1）冬季蓄水及高水位運行的時間較長，安全管理任務重。（2）壩體單薄，且病險水庫較多，大壩存在安全隱患，因此在管理中需要做好安全監(jiān)測及除險方面的工作。例如部分水庫的下游壩坡為1：1.5，上游壩坡為1：1.9，如此一來就會出現(xiàn)邊坡系數(shù)過小的問題，進而導致壩體單薄及安全穩(wěn)定系數(shù)過低[2]。因此需要在安全管理中強化位移觀測及變形觀測等工作。再如，一些水庫在下閘蓄水時壩后坡出現(xiàn)了異常滲水問題，這將會嚴重影響大壩安全，所以應將病險水庫除險作為安全管理的重點。

2、自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用分析

2.1滲流監(jiān)測與變形監(jiān)測中的應用

就目前的情況而言，可以利用自動化技術完成大壩安全管理中的滲流監(jiān)測及變形監(jiān)測工作。（1）滲流監(jiān)測。滲流監(jiān)測指的是滲流量與滲透壓力監(jiān)測，為了確保自動監(jiān)測技術能夠充分發(fā)揮作用，則應注意合理設置滲流監(jiān)測點。如為土石壩，則應在壩底的滲水匯集部位設置測點，同時將地下水位的監(jiān)測點設置于大壩兩岸的山坡處，以便能夠對繞壩滲流情況進行全面監(jiān)測。如為砼結構大壩，則將壓力檢測孔布置于水壩基礎的廊道部位，確保不同的壩段具有獨立的監(jiān)測點。此外，要在了解大壩排水溝的集水情況后設置滲流量觀測點，確?？倽B流量與分區(qū)流量均處于監(jiān)測范圍。（2）變形監(jiān)測。結構變形監(jiān)測是大壩安全管理的重要內容，變形監(jiān)測包括垂直位移與水平位移兩個方面。在監(jiān)測水平位移時，應確保監(jiān)測點>3個，如為土石壩，則在壩后部及壩頂設置觀測點，測點之間的間距為30m～50m；如為砼結構大壩，則沿壩高處合理設置3個以上的監(jiān)測點即可。

2.2自動化裝置的應用

在水庫大壩安全管理中應用的自動化裝置包括垂直及水平位移傳感裝置、地下水位自動監(jiān)測裝置、智能傳感裝置及中央控制處理設備。（1）垂直及水平位移傳感裝置。在對砼結構大壩進行監(jiān)測時通常采用電機式或電容式裝置，電機式裝置具有適用范圍廣及可靠性高等優(yōu)勢，但測定速度相對較慢；電容式裝置具有測定速度快的優(yōu)點，但是對于使用條件的要求較為嚴格，如線路較長，在實際監(jiān)測中容易產生偏離現(xiàn)象。除了以上兩種裝置之外，還可以使用真空激光裝置，該裝置的應用效果良好，但前期投入成本及運行維護成本相對較高。自動全站儀在我國部分水庫中得到了應用，全站儀能夠實現(xiàn)實時自動采集變形數(shù)據，且測量精度較高。（2）地下水位自動監(jiān)測裝置。監(jiān)測地下水位的常用裝置為滲壓計，滲壓計包括通氣式與弦式兩種。通氣式裝置的應用范圍較廣，但環(huán)境中濕度較大時可能會導致通氣管潮濕，并由此對監(jiān)測結果造成不良影響，因此需要對監(jiān)測結果進行適當?shù)匦拚?。弦式裝置具有穩(wěn)定性及耐久性優(yōu)良的特點，但監(jiān)測結果容易受到氣壓的影響，因此當量程較小時不宜采用弦式裝置。（3）智能傳感裝置。智能傳感裝置充分利用了現(xiàn)代計算機科技技術，能夠確保監(jiān)測點布置的合理性，且無需敷設大量電纜，有利于減輕作業(yè)人員的勞動強度。中央控制處理設備是自動化技術當中的核心部分，中央設備包括任務主機、監(jiān)控主機、備用電源及其他附屬設備。隨著計算機與信息技術的發(fā)展，目前多數(shù)水庫已經能夠組建小規(guī)模的局域觀測網。

2.3應用實例分析

本研究以新疆地區(qū)某水庫工程的大壩安全管理工作作為分析實例，以便深入分析自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用情況。（1）水庫概況及大壩安全監(jiān)測情況。我市白堿灘管理站調節(jié)水庫設計庫容1950.5萬m3，設計正常高水位282.0m。水庫主要建筑物為粘土心墻砂礫石壩和放水涵洞，工程設計級別為三等中型工程，主要建筑物為3級建筑物。

（1）我水庫所處的地形較為復雜，壩長2935m壩頂寬度5m，最大壩高為14m，壩頂高程284.0m；在壩區(qū)中共設置了18根測壓管，測壓管被設置于水庫建筑物的各個關鍵斷面。2008年8月安裝于壩身測壓管的9支傳感器通過試運行階段，試運行效果較好；在2009年11月該水庫將傳感器安裝在其余9根測壓管中，由此完成了安全監(jiān)測設備的改造。為了同步分析大壩的安全，滲流與變形監(jiān)測同取大壩0+120，0+300，0+550，0+900，1+280，1+520斷面作為重點監(jiān)測斷面。（2）自動化技術的應用效果；第一，減輕了勞動強度及提高了監(jiān)測效率。采用人工的方法完成安全監(jiān)測與管理工作通常需要耗時2h～3h，且勞動強度較大，如天氣狀況較為惡劣，還可能對作業(yè)人員的人身安全構成威脅；應用自動化技術后，僅需要2min～5min便可以完成安全監(jiān)測，同時還可以隨時記錄觀測數(shù)據。（3）提高了監(jiān)測精度。人工測量會受到多種因素的影響，如作業(yè)人員的熟練程度、蜂鳴器的穩(wěn)定性及受測繩的伸縮量等，因此容易產生誤差。應用自動化技術后能夠將誤差控制在2cm以下，因此可以有效提高安全監(jiān)測的精度，也能夠為安全管理工作提供更有效的依據。

3、結束語

綜上所述，安全管理對于水庫大壩及整個水庫工程的安全穩(wěn)定運行具有非常重要的作用，所以在實際工作中應注意強化安全管理工作。為了確保大壩安全管理的有效開展，應用自動化技術是一種重要途徑，對此要在實際的工作中不斷總結自動化技術的應用經驗，以便為水庫工程作用的發(fā)揮提供保障。