水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)在水庫設(shè)備安全中的應(yīng)用研究

張成闊

摘要：本文主要以水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)在水庫設(shè)備安全中的應(yīng)用研究為重點(diǎn)進(jìn)行闡述，結(jié)合當(dāng)下大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀為主要依據(jù)，從自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備的埋設(shè)、自動(dòng)化檢測系統(tǒng)的組成、自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的必要性這幾方面進(jìn)行深入探索與研究，其目的在于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，降低人工成本，優(yōu)化監(jiān)測效率。

關(guān)鍵詞：水庫大壩安全監(jiān)測；自動(dòng)化技術(shù)；現(xiàn)狀；應(yīng)用

對(duì)于水庫大壩來講，合理利用水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)十分重要，是確保水庫設(shè)備安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是保證水庫大壩效用全面發(fā)揮的關(guān)鍵。為此，相關(guān)人員需加大安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用力度，促使其存在的價(jià)值與效用在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮出最大化，以期推動(dòng)我國核心競爭力上升到新高度。本文主要研究水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)在水庫設(shè)備安全中的應(yīng)用，具體如下。

一、水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀

（一）安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)分析

以前利用的大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)具體包含垂直與水平位移傳感器、中央控制裝置以及地下水位監(jiān)測儀器等。水平位移傳感器當(dāng)前有兩種，引線與垂線，實(shí)際工作方式為電容式與電機(jī)式，采用電機(jī)式監(jiān)測雖然速度慢但是不挑環(huán)境，有較強(qiáng)的可靠性；而電容式監(jiān)測盡管速度較快，但是對(duì)工作環(huán)境有極高的要求，且線路太長易導(dǎo)致偏移。近些年誕生了激光垂直監(jiān)測，不僅效果好成本還低；此外還有精度較高的自動(dòng)化掃描儀，能夠?qū)λ畮齑髩芜M(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，但是成本非常高，對(duì)技術(shù)要求也非常高。對(duì)地下水監(jiān)測經(jīng)常使用弦式滲壓計(jì)，穩(wěn)定性強(qiáng)，不足是易受氣壓影響，導(dǎo)致結(jié)果失準(zhǔn)。中央控制儀器有后備電源、計(jì)算機(jī)等，隨著科技的不斷發(fā)展逐漸構(gòu)成監(jiān)測局域網(wǎng)模式的監(jiān)測系統(tǒng)，有極高的穩(wěn)定性、極強(qiáng)的適應(yīng)性，成本低廉，在當(dāng)前得到了廣泛利用。

（二）安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)

水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)系統(tǒng)由三部分組成：現(xiàn)場量測部分、數(shù)據(jù)采集模塊（CCU）、遠(yuǎn)程終端采集單元（MCU），其中現(xiàn)場量測部分由大壩區(qū)降雨強(qiáng)度和雨量監(jiān)測與大壩滲流量監(jiān)測這兩部分組成。大壩區(qū)降雨強(qiáng)度和雨量監(jiān)測采用翻斗式雨量計(jì)測量降雨量和降雨強(qiáng)度。大壩浸潤及壩頂基滲壓監(jiān)測：通過埋設(shè)滲壓計(jì)來觀測壩體的滲流壓力分布情況和浸潤線位置及壩基滲流壓力分布情況；而大壩滲流量監(jiān)測在大壩下游設(shè)置水堰，安裝量水堰計(jì)以監(jiān)測大壩滲流量。安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)有較廣的監(jiān)測范圍，監(jiān)測項(xiàng)目較多，一般情況下，所面對(duì)的監(jiān)測環(huán)境都會(huì)十分惡劣。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中依據(jù)水庫大壩的具體狀況與實(shí)際效用狀況全面設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、可靠等原則，并留有足夠的可擴(kuò)空間，保證安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)效性。

二、水庫大壩安全監(jiān)測的特點(diǎn)與必要性

（一）主要特點(diǎn)。水庫大壩安全監(jiān)測有兩項(xiàng)特點(diǎn)，其中包括重要性與嚴(yán)謹(jǐn)性，需全面掌握大壩運(yùn)行規(guī)律，一定要做好水庫大壩觀測工作。水庫大壩的安全監(jiān)測包含對(duì)壩體特定測點(diǎn)依據(jù)對(duì)應(yīng)頻率展開儀器測量且對(duì)所采集的資料進(jìn)行分辨，通過對(duì)原本觀測獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行查證與有關(guān)計(jì)量來保證監(jiān)測資料的連續(xù)性與準(zhǔn)確性。

（二）安全監(jiān)測中心內(nèi)容與必要性。管理者若想及時(shí)了解大壩安全問題及運(yùn)行狀態(tài)主要依靠于合理監(jiān)測。一般來講，大壩的安全監(jiān)測是通過人工對(duì)監(jiān)測設(shè)備的利用與定期監(jiān)測來掌握的水利工程壩基、主體結(jié)構(gòu)以及周邊環(huán)境，并通過分析相關(guān)觀測數(shù)據(jù)來判斷水庫大壩具體運(yùn)行狀況。在該過程中，因水庫水壩存在一定的特殊性，在維護(hù)水壩時(shí)需合理開展完全監(jiān)測工作。隨著當(dāng)前各類自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的誕生，與早前人工觀測，自動(dòng)安全監(jiān)測技術(shù)更能實(shí)現(xiàn)連續(xù)且動(dòng)態(tài)的監(jiān)測。

三、水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)在水庫設(shè)備安全中的應(yīng)用

以某水電站為例闡述水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。某水庫水電站為混合式開發(fā)，該水庫常規(guī)的蓄水位在400米左右，庫容量約為6400萬立方米，設(shè)計(jì)引流量約為2500立方米每秒，電站的裝機(jī)容量約為780兆瓦，平均發(fā)電量約為33億度電。水電站有多個(gè)構(gòu)筑物組成，其中包含電站主廠房、非溢流壩、左岸副壩、尾水渠等。

（一）自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備的埋設(shè)

第一，廠房監(jiān)測系統(tǒng)。包含在廠房的觀測廊道中設(shè)置變形監(jiān)測的監(jiān)測測點(diǎn)與裝備，應(yīng)用到變形與基礎(chǔ)沉降觀測；在廠房四號(hào)機(jī)壩縱周邊設(shè)置滲流監(jiān)測斷面，采用四支弦式滲壓計(jì)來監(jiān)測滲流；另外在廠房四號(hào)機(jī)附近設(shè)置十六支鋼筋計(jì)來監(jiān)測鋼筋應(yīng)力狀況；在四號(hào)機(jī)抽線位置設(shè)置四組應(yīng)變計(jì)來監(jiān)測混凝土變化狀況；在四號(hào)機(jī)進(jìn)口的位置設(shè)置一個(gè)溫度來監(jiān)測斷面，來對(duì)四號(hào)機(jī)進(jìn)口處混凝土的溫度變化進(jìn)行監(jiān)測。

第二，泄洪沖砂閘監(jiān)測系統(tǒng)。一般情況下，泄洪沖砂閘位置設(shè)置兩個(gè)滲流監(jiān)測斷面，分別在十四號(hào)閘墩與五號(hào)閘墩，每個(gè)斷面設(shè)置四支滲壓計(jì)，來對(duì)壩基的滲透壓力進(jìn)行監(jiān)測；在壩橫0+005一線設(shè)置了七孔測壓管，來對(duì)防滲墻的滲透壓力進(jìn)行監(jiān)測；在泄洪沖砂閘的位置布設(shè)兩個(gè)應(yīng)變監(jiān)測斷面，在十四號(hào)閘墩與五號(hào)閘墩，每個(gè)斷面設(shè)置十二支鋼筋計(jì)，來對(duì)閘墩鋼筋應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測；設(shè)置兩套七向應(yīng)變計(jì)組，來對(duì)閘墩混凝土的應(yīng)變?cè)跔顩r進(jìn)行監(jiān)測。

第三，安裝間監(jiān)測系統(tǒng)。包含在壩縱0+460的位置設(shè)置滲流監(jiān)測斷面，應(yīng)用滲壓計(jì)監(jiān)測滲透集水井與檢修集水井的滲透壓力；在檢修集水井與滲透集水井周遭分別布設(shè)兩個(gè)監(jiān)測斷面，總計(jì)十八支鋼筋計(jì)。

（二）自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

監(jiān)測系統(tǒng)由兩方面構(gòu)成，其中包含監(jiān)控中心與各部位監(jiān)測站。該工程計(jì)劃設(shè)置四個(gè)監(jiān)測站、一個(gè)監(jiān)控中心站，在監(jiān)控中心設(shè)置在中控室中，四個(gè)監(jiān)測站設(shè)置在安裝間觀測廊道、泄洪沖砂閘十四號(hào)閘墩、廠房觀測廊道以及泄洪沖砂閘五號(hào)閘墩，其間利用光纜通信，且利用220伏永久電源供電。

（三）自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)效性

該電站已有的監(jiān)測項(xiàng)目皆基于人工觀測為主，有較大的觀測強(qiáng)度，并且受人為因素干擾大，觀測信息可靠性與實(shí)時(shí)性相對(duì)較差，不能全面反映水工建筑物實(shí)際變化狀況，尤其是在遭遇洪水與大壩性態(tài)異常狀況時(shí)，無法進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。為此針對(duì)水電站當(dāng)前安全監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)作狀況，加強(qiáng)完善大壩安全檢測系統(tǒng)，把一些重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目施以自動(dòng)化監(jiān)測。這為行業(yè)發(fā)展的具體要求，也是水電站管理工作與實(shí)際生產(chǎn)的要求，另外，還是水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)全面發(fā)展的方向，為大壩安全建設(shè)至關(guān)重要的部分。

四、結(jié)語

綜上所述，水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)在水庫設(shè)備安全中具有不可或缺的作用，其不但能夠保證相關(guān)工作人員生命健康安全，還能充分發(fā)揮水庫大壩的實(shí)效性。基于此，相關(guān)部門需給予水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)高度重視，讓其含有的實(shí)效性在我國社會(huì)發(fā)展中全面發(fā)揮出，為我國現(xiàn)代化社會(huì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供有利條件。