水電站大壩安全監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化發(fā)展方向探析

吳旭東

摘 要：近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，對(duì)于電力的需求也不斷增加。水力發(fā)電是獲取電力資源的重要途徑。為了確保水電站發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要做好水電站大壩的安全監(jiān)測(cè)和管理工作。堤壩作為水電站重要的防護(hù)建筑，其牢固性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到水電站的安全。因此在壩堤長(zhǎng)期作用過(guò)程中需要做好安全監(jiān)測(cè)工作。因此可以將自動(dòng)化設(shè)備引入水電站大壩安全監(jiān)測(cè)工作中來(lái)，有效地提高安全監(jiān)測(cè)工作的科學(xué)性和有效性。

關(guān)鍵詞：水電站大壩；安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化；監(jiān)測(cè)內(nèi)容；安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TV689 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在水電站大壩安全監(jiān)測(cè)工作中，通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和方法，可以有效地提高大壩安全監(jiān)測(cè)的水平。同時(shí)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，還可以有效地提高監(jiān)測(cè)的精度，進(jìn)一步改善監(jiān)測(cè)條件。近年來(lái)我國(guó)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)工作取得了較好的成效，但在系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性等方面還有待提高，特別是隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，大量的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)新技術(shù)和新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，有效地推動(dòng)了水電站大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的發(fā)展，水電站大壩監(jiān)測(cè)更具實(shí)用性，安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和性能也更具可靠性，測(cè)量更為精準(zhǔn)，易于維護(hù)，自動(dòng)化系統(tǒng)加快了向智能化的方向發(fā)展。

1 水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的意義

通過(guò)對(duì)水電站大壩進(jìn)行自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)，可以更好地發(fā)揮水電站大壩的經(jīng)濟(jì)效益。水電站大壩一旦發(fā)生安全問(wèn)題，則會(huì)給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)較大的影響，其會(huì)波及十分廣泛的范圍，帶來(lái)嚴(yán)重的社會(huì)影響。同時(shí)水電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行，也是水電站大壩建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)得以發(fā)揮出作用的重要保障。同時(shí)采用自動(dòng)化方式來(lái)對(duì)水電站大壩的安全進(jìn)行監(jiān)測(cè)作業(yè)，要有效地保證大壩建設(shè)過(guò)程中具備良好的環(huán)保效應(yīng)，減少對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的破壞。

2 大壩自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容的現(xiàn)狀

當(dāng)前我國(guó)水電站大壩運(yùn)行過(guò)程中，只有大部分的水電工程實(shí)現(xiàn)了全程安全監(jiān)測(cè)，其他一些工程則只是針對(duì)部分環(huán)節(jié)開(kāi)展了自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)。針對(duì)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)工作中，具體的監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要以變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)和應(yīng)力監(jiān)測(cè)為主。其中變形監(jiān)測(cè)中主要以水平變形和垂直變形為主，其通過(guò)對(duì)大壩的某一段進(jìn)行觀測(cè)，通常監(jiān)測(cè)單位會(huì)將傳感器設(shè)置在壩頂或是壩后坡，針對(duì)壩體的垂直變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。將傳感器設(shè)置在壩體內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站大壩水平變形和沉降變形的監(jiān)測(cè)。在滲流監(jiān)測(cè)工作中，主要是針對(duì)滲透壓力和滲流量這兩個(gè)參數(shù)實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。當(dāng)針對(duì)一段大壩的滲流參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)單位會(huì)將傳感器每隔一個(gè)壩段則要進(jìn)行具體的設(shè)置，利用傳感器來(lái)對(duì)排水溝積水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，中央控制系統(tǒng)則利用這些數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)大壩滲流的情況進(jìn)行分析，并針對(duì)具體的情況來(lái)制定相應(yīng)的措施。對(duì)于應(yīng)力監(jiān)測(cè)，當(dāng)前只有在一些特大型的水電站中才會(huì)針對(duì)應(yīng)力參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，中小型水電站大壩的安全則不進(jìn)行應(yīng)力參數(shù)的監(jiān)測(cè)。

3 大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)利用分析

3.1 自動(dòng)化設(shè)備類(lèi)型

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，主要以智能傳感設(shè)備、系統(tǒng)控制設(shè)備為主，智能傳感設(shè)備主要是統(tǒng)一收集和精確計(jì)算監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并利用快速的傳播方式來(lái)對(duì)信息進(jìn)行集成，并運(yùn)用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確和高效的分析，從而為安全監(jiān)測(cè)工作提供重要的數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)控制設(shè)備則是針對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)進(jìn)行整體控制，以此來(lái)保證這些環(huán)節(jié)工作的規(guī)范性和秩序性。而且系統(tǒng)控制設(shè)備還具備數(shù)據(jù)分析和信息處理功能，為工作人員讀取分析數(shù)據(jù)提供了更多的便利，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)安全監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)的隨時(shí)掌握。

3.2 自動(dòng)化設(shè)備監(jiān)測(cè)指標(biāo)

在水電站大壩安全監(jiān)測(cè)工作中，針對(duì)運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)測(cè)是最為基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。即通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備來(lái)對(duì)堤壩周?chē)淖匀画h(huán)境進(jìn)行具體的監(jiān)測(cè)，實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中主要是針對(duì)上下游的水流量和水位高度開(kāi)展相應(yīng)的監(jiān)測(cè)。在具體監(jiān)測(cè)過(guò)程中需要充分地了解堤壩周?chē)沫h(huán)境，并針對(duì)周?chē)髁康淖兓瘉?lái)及時(shí)排除堤壩的安全隱患。由于堤壩是建立在前期對(duì)周?chē)h(huán)境的要求基礎(chǔ)上的，因此只有各方面的條件都適宜的情況下才能進(jìn)行堤壩修筑，周?chē)h(huán)境的變化會(huì)對(duì)大壩功能的正常發(fā)揮帶來(lái)較大的影響，因此需要將周?chē)h(huán)境的監(jiān)測(cè)作為自動(dòng)化設(shè)備監(jiān)測(cè)的指標(biāo)。

3.3 堤壩主體的監(jiān)測(cè)

針對(duì)堤壩主體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要是對(duì)壩體的安全開(kāi)展相應(yīng)的監(jiān)測(cè)工作。堤壩在長(zhǎng)期運(yùn)行使用過(guò)程中，壩體必然會(huì)受到水流侵蝕的影響，因此在堤壩監(jiān)測(cè)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)堤壩下降導(dǎo)致的水流滲漏、堤壩穩(wěn)固性下降導(dǎo)致的壩體變形等情況。因此在實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中需要將這些問(wèn)題作為安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。以此來(lái)保證壩體的安全，這對(duì)于整個(gè)大壩的安全使用具有至關(guān)重要的作用。

3.4 安全監(jiān)測(cè)頻率的把握

由于安全監(jiān)測(cè)工作是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，在堤壩安全防護(hù)工作中，通常一次監(jiān)測(cè)的結(jié)果對(duì)于堤壩安全防護(hù)工作所能夠帶來(lái)的參考價(jià)值較低，而且對(duì)防護(hù)工作開(kāi)展也沒(méi)有多大的意義。同時(shí)堤壩在長(zhǎng)期運(yùn)行和使用過(guò)程中，這也是一個(gè)不斷消耗的過(guò)程。因此對(duì)于堤壩需要安排安全監(jiān)測(cè)的頻率，全面提高安全監(jiān)測(cè)頻率的合理性和科學(xué)性，這樣才能保證安全監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性，確保達(dá)到安全監(jiān)測(cè)工作的最終目的。

4 水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 監(jiān)測(cè)范圍的發(fā)展

在當(dāng)前我國(guó)水電站大壩案例監(jiān)測(cè)工作中，其安全監(jiān)測(cè)范圍具有較強(qiáng)的局限性。即往往是水電站需要哪些數(shù)據(jù)則進(jìn)行哪些監(jiān)測(cè)，而且基于成本方面的考慮，一些不重要的數(shù)據(jù)也不進(jìn)行監(jiān)測(cè)，只是針對(duì)一些重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這樣就會(huì)導(dǎo)致一些監(jiān)測(cè)細(xì)節(jié)被漏掉，極易埋下安全監(jiān)測(cè)隱患。針對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的發(fā)展，在未來(lái)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)工作中，需要進(jìn)一步拓展監(jiān)測(cè)的范圍，同時(shí)需要將水電站大壩建設(shè)與監(jiān)測(cè)工作相結(jié)合，即在大壩建設(shè)過(guò)程中就要對(duì)全程監(jiān)測(cè)問(wèn)題進(jìn)行考慮。將安全監(jiān)測(cè)納入水電站大壩建設(shè)體系中來(lái)，這樣則可以實(shí)現(xiàn)水電站大壩的全程的安全監(jiān)測(cè)，并能夠針對(duì)重點(diǎn)部位實(shí)施精細(xì)化監(jiān)測(cè)，應(yīng)用具體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)大壩建設(shè)進(jìn)行優(yōu)化，確保安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠更好地服務(wù)于大壩建設(shè)。

4.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展

當(dāng)前水電站大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)施加快了標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，而且大量電氣自動(dòng)化產(chǎn)品的應(yīng)用也迫使電氣自動(dòng)化產(chǎn)品在型號(hào)、性能和參數(shù)等指標(biāo)方面的統(tǒng)一化。而且在水電站大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)其全面實(shí)現(xiàn)集成化監(jiān)控后，必然離不開(kāi)數(shù)字化設(shè)備的支持，因此監(jiān)測(cè)設(shè)備必然也會(huì)加快智能化發(fā)展的進(jìn)程，在未來(lái)必然會(huì)實(shí)現(xiàn)智能判斷和智能控制，有效地減少人為的干預(yù)。

4.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展

當(dāng)前水電站大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)加快了向集成化、智能化和精細(xì)化方向的發(fā)展。通過(guò)集成化，使中央處理系統(tǒng)能夠?qū)⑺性O(shè)備的運(yùn)作集成在一起，確保監(jiān)測(cè)作業(yè)之間的橫向聯(lián)系，同時(shí)將數(shù)據(jù)采集、分析和存儲(chǔ)進(jìn)行有效集成，實(shí)現(xiàn)全面和系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的縱向監(jiān)測(cè)，以此來(lái)全面提升水電站大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)我國(guó)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化取得了較快的發(fā)展，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還存在一些不足之處，因此要求監(jiān)測(cè)人員要不斷提升自身的業(yè)務(wù)水平，重視大量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)新技術(shù)和新產(chǎn)品的應(yīng)用，確保水電站大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)用性，并加快推動(dòng)其智能化的發(fā)展，確保水電站大壩的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]張文飛.淺述水電站大壩安全監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀及其自動(dòng)化動(dòng)態(tài)[J].廣東科技，2013，22（2）：58-59.

[2]王玉潔，周建波，董永.水電站大壩安全監(jiān)測(cè)資料分析現(xiàn)狀及展望[J].大壩與安全，2015（5）：50-57.

[3] 姚姿伊，盧正超，裴安榮，等.寶興河流域梯級(jí)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].水利水電技術(shù)，2014，45（8）：143-145.