自動(dòng)化技術(shù)在水庫大壩安全管理中的應(yīng)用研究

江家景

摘要：水庫是維持社會(huì)穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，具有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖及灌溉等多種功能，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(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合筆者的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)廣西地區(qū)水庫大壩安全管理工作中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的相關(guān)問題進(jìn)行了分析，旨在完善水庫大壩安全管理工作。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化技術(shù);水庫大壩;安全管理

1 水庫大壩安全管理的基本內(nèi)容

大壩安全管理監(jiān)控指的是通過一些特定的觀測(cè)儀器以及相關(guān)設(shè)備，對(duì)于大壩主體以及相關(guān)建筑進(jìn)行各個(gè)方面的監(jiān)控檢查等工作。比如對(duì)大壩垂直和水平位移、大壩壩體出現(xiàn)裂縫的問題、水體對(duì)于大壩造成的浸潤線、水體滲流量、大壩的變形進(jìn)度、預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)、溫度變化以及壩體伸縮縫等因素的觀測(cè)和監(jiān)控以外，還要加強(qiáng)一些諸如抗震、滑坡等項(xiàng)目的管理監(jiān)測(cè)等，經(jīng)過這些安全管理項(xiàng)目的檢測(cè)，可以及時(shí)獲取大壩相關(guān)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(jìn)而方便進(jìn)行安全管理的決策。由于大壩的工作條件十分復(fù)雜，大壩壩體以及壩體基礎(chǔ)，時(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)中的，進(jìn)行定期檢測(cè)并不能保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全問題，只有利用現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)行即時(shí)的監(jiān)控管理和信息傳達(dá)，才能保證大壩的安全狀態(tài)處于安全監(jiān)測(cè)中。

當(dāng)初進(jìn)行大壩施工時(shí)，可能因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案以及施工人員的疏忽，會(huì)造成大壩的某些缺陷，這些缺陷經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，加上外界的水流侵蝕、凍融風(fēng)化等各種因素，特別是在大壩、堤壩及水庫方面，隨著水庫蓄水的增大，大壩將承受相當(dāng)大的水荷載，隨著負(fù)荷的加大，必然產(chǎn)生水平位移或垂直位移，使得大壩的本體以及大壩基底出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，會(huì)對(duì)堤壩造成安全隱患，隨時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重的安全問題。只有利用現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)行即時(shí)的監(jiān)控管理和信息傳達(dá)，在大壩的安全狀態(tài)出現(xiàn)異常的時(shí)候進(jìn)行及時(shí)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(guān)系到大壩工程的安危，還關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，所以大壩的安全管理是非常重要的一項(xiàng)工作。

水庫大壩安全管理常見問題。我國水庫大壩在安全管理中有幾個(gè)常見的問題：第一，水庫大壩應(yīng)急系統(tǒng)不完善，這主要體現(xiàn)在應(yīng)急方案不完善、應(yīng)急組織協(xié)調(diào)性較差、應(yīng)急設(shè)施不足等方面。在我國，夏季是防洪防汛期，如果應(yīng)急系統(tǒng)不夠完善，將會(huì)導(dǎo)致水庫大壩不能安全運(yùn)行。第二，水庫大壩技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善，這主要是因?yàn)槲覈畮齑髩问窃诓煌瑫r(shí)期建設(shè)的，不同時(shí)期建設(shè)的水庫大壩在管理標(biāo)準(zhǔn)、施工標(biāo)準(zhǔn)上存在各種各樣的問題，而我國目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。第三，病險(xiǎn)水庫大壩的加固問題，這在我國水庫大壩管理和安全運(yùn)行中，會(huì)造成不可估量的損失和危害。由于我國很多水庫大壩是在新中國成立后為了迅速恢復(fù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而興建的一些應(yīng)急性工程，在建設(shè)過程中，受到當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，根本沒有條件和能力采用統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)格，導(dǎo)致目前很多水庫出現(xiàn)了使用問題，這些隱患隨著時(shí)間的延長而增多。由于各種原因，造成很多病險(xiǎn)水庫大壩沒有有效的除險(xiǎn)情加固措施，出現(xiàn)不可用的情況，嚴(yán)重影響水庫效益的發(fā)揮。

2 水庫大壩安全管理工作中自動(dòng)化技術(shù)的合理運(yùn)用

2.1 滲流監(jiān)測(cè)與變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

就目前的情況而言，可以利用自動(dòng)化技術(shù)完成大壩安全管理中的滲流監(jiān)測(cè)及變形監(jiān)測(cè)工作。（1）滲流監(jiān)測(cè)。滲流監(jiān)測(cè)指的是滲流量與滲透壓力監(jiān)測(cè)，為了確保自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠充分發(fā)揮作用，則應(yīng)注意合理設(shè)置滲流監(jiān)測(cè)點(diǎn)。如為土石壩，則應(yīng)在壩底的滲水匯集部位設(shè)置測(cè)點(diǎn)，同時(shí)將地下水位的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置于大壩兩岸的山坡處，以便能夠?qū)@壩滲流情況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。如為砼結(jié)構(gòu)大壩，則將壓力檢測(cè)孔布置于水壩基礎(chǔ)的廊道部位，確保不同的壩段具有獨(dú)立的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。此外，要在了解大壩排水溝的集水情況后設(shè)置滲流量觀測(cè)點(diǎn)，確?？倽B流量與分區(qū)流量均處于監(jiān)測(cè)范圍。（2）變形監(jiān)測(cè)。結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)是大壩安全管理的重要內(nèi)容，變形監(jiān)測(cè)包括垂直位移與水平位移兩個(gè)方面。在監(jiān)測(cè)水平位移時(shí)，應(yīng)確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)>3個(gè)，如為土石壩，則在壩后部及壩頂設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)之間的間距為30m～50m;如為砼結(jié)構(gòu)大壩，則沿壩高處合理設(shè)置3個(gè)以上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)即可。

2.2 自動(dòng)化裝置的應(yīng)用

在水庫大壩安全管理中應(yīng)用的自動(dòng)化裝置包括垂直及水平位移傳感裝置、地下水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置、智能傳感裝置及中央控制處理設(shè)備。（1）垂直及水平位移傳感裝置。在對(duì)砼結(jié)構(gòu)大壩進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)通常采用電機(jī)式或電容式裝置，電機(jī)式裝置具有適用范圍廣及可靠性高等優(yōu)勢(shì)，但測(cè)定速度相對(duì)較慢;電容式裝置具有測(cè)定速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于使用條件的要求較為嚴(yán)格，如線路較長，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中容易產(chǎn)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(yīng)用效果良好，但前期投入成本及運(yùn)行維護(hù)成本相對(duì)較高。自動(dòng)全站儀在我國部分水庫中得到了應(yīng)用，全站儀能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)采集變形數(shù)據(jù)，且測(cè)量精度較高。（2）地下水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。監(jiān)測(cè)地下水位的常用裝置為滲壓計(jì)，滲壓計(jì)包括通氣式與弦式兩種。通氣式裝置的應(yīng)用范圍較廣，但環(huán)境中濕度較大時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致通氣管潮濕，并由此對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果造成不良影響，因此需要對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦拚?。弦式裝置具有穩(wěn)定性及耐久性優(yōu)良的特點(diǎn)，但監(jiān)測(cè)結(jié)果容易受到氣壓的影響，因此當(dāng)量程較小時(shí)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(jì)算機(jī)科技技術(shù)，能夠確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置的合理性，且無需敷設(shè)大量電纜，有利于減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。中央控制處理設(shè)備是自動(dòng)化技術(shù)當(dāng)中的核心部分，中央設(shè)備包括任務(wù)主機(jī)、監(jiān)控主機(jī)、備用電源及其他附屬設(shè)備。隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的發(fā)展，目前多數(shù)水庫已經(jīng)能夠組建小規(guī)模的局域觀測(cè)網(wǎng)。

2.3 實(shí)際案例分析

選擇廣西巴江口水電站的大壩安全管理工作實(shí)踐作為典型案例，從而全面分析掌握自動(dòng)化技術(shù)的合理化應(yīng)用。巴江口水庫位于桂江流域，水庫總庫容2.163億m3水庫正常蓄水位97.6m，水庫溢流壩為混凝土實(shí)體重力式，該水壩設(shè)計(jì)級(jí)別為二等中級(jí)，建筑物多以二級(jí)建筑為主。考慮到該大壩所在地區(qū)地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，大壩全長425m，壩頂橋面寬8m，最大壩高42.6m，壩頂?shù)母叱?04.6m?，F(xiàn)在大壩右岸基礎(chǔ)廊道布置9個(gè)靜力水準(zhǔn)點(diǎn)，布置兩個(gè)RW型雙金屬標(biāo)儀測(cè)點(diǎn)分別監(jiān)測(cè)壩基垂直位移;在壩頂左、右岸各設(shè)一倒垂線，壩頂布置21個(gè)引張線測(cè)點(diǎn)分別監(jiān)測(cè)壩頂水平位移;在左岸基礎(chǔ)廊道布置5個(gè)揚(yáng)壓力測(cè)點(diǎn)，右岸布設(shè)5個(gè)繞壩滲漏測(cè)點(diǎn)，左、右岸各設(shè)兩個(gè)量水堰分別監(jiān)測(cè)滲漏。所有測(cè)點(diǎn)均裝設(shè)了傳感器，連接到主控室，自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)建基本完成，運(yùn)行效果良好。

本次實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中，自動(dòng)化技術(shù)在安全管理中的實(shí)踐應(yīng)用具有較為明顯的結(jié)果。一方面，該技術(shù)極大的降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了監(jiān)測(cè)的效率，案例水壩使用人工安全監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)前后節(jié)省了近2h。且在遇到天氣環(huán)境較差情況時(shí)，也能夠確保盡快完成安全監(jiān)測(cè)工作，且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到了有效記錄。另一方面，相比人工測(cè)量會(huì)受到設(shè)備各方面因素的影響，如工作人員的綜合能力與設(shè)備操作熟練度、設(shè)備的穩(wěn)定性以及測(cè)量器的伸縮度等等。但是用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行安全管理后，誤差大大減少，準(zhǔn)確度大幅提升。

3 結(jié)語

我國水庫大壩的安全管理工作的進(jìn)一步完善有賴于更多的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和使用。整體安全管理水平的提升，還有賴于廣大水利水電工作者的共同努力和研究。

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（作者單位：廣西賀州市投資集團(tuán)有限公司）