水利工程中安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的應(yīng)用方法

譚理則

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610031）

若將安全檢測自動化系統(tǒng)投入水利施工項目中，可提升施工進度，及時排查施工過程中隱藏的安全隱患，并第一時間將獲取的狀況告知項目負(fù)責(zé)人，以便及時應(yīng)對，避免風(fēng)險發(fā)生影響施工質(zhì)量、造成安全事故。由此可見，分析水利項目下安全檢測自動化系統(tǒng)的實際應(yīng)用狀況較為必要。

1 工程概況

本文選取了長河壩水電站作為研究對象進行分析，項目所處四川大渡河金湯河口附近，與巴丹縣城、瀘定縣城緊密連接，水電站周圍交通線路發(fā)達(dá)，包含省道S211、國道G318。該項目被我國列為大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”中一員，是第10個梯級電站。

2 水利水電工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)概述

目前，水利水電項目影響我國社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，水利水電項目中大壩結(jié)構(gòu)模式愈發(fā)多樣。水利大壩施工時，易受到外部因素的干擾，外界溫度、水壓力等參數(shù)的變化，易導(dǎo)致大壩出現(xiàn)外部變形、產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重威脅大壩質(zhì)量，埋下安全隱患。此外，項目單位開展大壩施工過程中，項目自身因素會對其造成干擾，如機械設(shè)備不合格、人為失誤、材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等，若項目單位未根據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制所有施工環(huán)節(jié)，將提升安全風(fēng)險爆發(fā)的概率，降低項目質(zhì)量，威脅工作人員的生命安全。

由于水利水電項目施工制度不斷完善，業(yè)內(nèi)愈發(fā)意識到安全監(jiān)測工作的重要性，全面監(jiān)測大壩項目安全性能，便于管理人員實時掌控大壩自身外觀變化、內(nèi)部溫度變化及受壓情況，以便及時進行調(diào)整，維系大壩結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。在大壩安全監(jiān)測設(shè)備技術(shù)水平不斷提升的同時，更多新型技術(shù)被運用于日常工作中，提高了安全監(jiān)測工作效率與效果。項目單位選擇使用適當(dāng)?shù)膬x器設(shè)備配合監(jiān)測工作的開展，以此提升監(jiān)測精度，降低安全風(fēng)險發(fā)生的可能性，維系大壩的正常運行[1]。

3 水利水電工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程應(yīng)用

3.1 工程應(yīng)用概述

長河壩電站主要采用攔河大壩以及首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)等形式進行施工，項目容量達(dá)到2 600 m3，壩高上限達(dá)到240 m，蓄水位維持在1 700 m左右，總庫容達(dá)到10.75 億m3，配備了4.15 億 m3調(diào)節(jié)庫容，以便適應(yīng)季節(jié)變化進行調(diào)整。

長河壩水電站屬于典型單一發(fā)電水庫站，該項目無須具備航運、灌溉、防洪等性能，項目每年平均流量約843 m3/s。該大壩建設(shè)時決定選用土質(zhì)防滲體分區(qū)壩，防滲體主要使用礫石土直心墻型結(jié)構(gòu)，使用堆石填筑出所有壩殼，并在墻體上下游內(nèi)添加反濾層、過渡層等，此外下游壩殼、覆蓋層壩基處還設(shè)置了水平反濾層。

項目決定在河道右側(cè)安設(shè)堤壩電站樞紐永久泄水設(shè)備，其主要包含三條泄洪洞及一條防空洞。不同于泄洪洞，防空洞設(shè)置的目的是放空水庫，以便后期施工人員進行檢修，同時放空的功能還包含后期導(dǎo)流，泄洪工作全程由泄洪洞負(fù)責(zé)進行。此外，防空洞主要包含由短有壓進口段、無壓隧道段及出口挑流鼻坎段三部分。分析三條泄洪洞擬定的布置位置，項目決定使用統(tǒng)一協(xié)調(diào)聯(lián)合開挖法進行三個洞口的開挖，引水發(fā)電設(shè)備安設(shè)在河道左側(cè)，依照首部式地下廠房布置方法進行布置，其主要包含電站進水口、壓力管道、開關(guān)站、尾水洞等內(nèi)容[2]。

3.2 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成

（1）現(xiàn)場監(jiān)測站。

目前，長河壩水電站整個施工已經(jīng)全部完成，后期運行過程中依賴永久觀測儀器對其工作狀態(tài)展開實時檢測，基于項目實際需求，本項目共設(shè)置了21個永久監(jiān)測站臺。施工完成后，施工人員對大壩水管式沉降儀、引張線式位移計等進行改造，將其覆蓋至周圍監(jiān)測站工作范圍內(nèi)。項目各個監(jiān)測站下各個采集單元通過RS-485總線實現(xiàn)連接，并依賴于光纖維系通信。此外，現(xiàn)場監(jiān)測站和管理中心同樣依賴于光纖保持通信。該系統(tǒng)除了上述功能外，增設(shè)了為子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)信息的功能，因此，選用的采集軟件應(yīng)滿足大壩安全管理信息系統(tǒng)的需求。

（2）監(jiān)測管理中心站建立。

該項目的管理中心設(shè)置在副廠房處，其主要作用是維系項目各個工作站及服務(wù)器的正常工作，使其通過安全監(jiān)測信息管理與分析系統(tǒng)完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、人工測讀等工作。系統(tǒng)可及時匯總、整理所有收集的數(shù)據(jù)信息，在分析評價系統(tǒng)的作用下，初步分析這些數(shù)據(jù)，得出相關(guān)結(jié)果，以便管理人員做出正確的決定，該項目具備遠(yuǎn)程服務(wù)功能[3]。

項目內(nèi)檢測中心對周圍環(huán)境的適應(yīng)性較強，不會受到外界因素的干擾，自身擁有凈化電源、不間斷電源，能夠保障系統(tǒng)一直處于正常供電狀態(tài)。系統(tǒng)的運算效率較高，配備大容量PC設(shè)備、服務(wù)器，管理部門為系統(tǒng)配備了打印、演示以及備份等外設(shè)設(shè)備。檢測中心設(shè)置了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、工作站計算機設(shè)備、中心站服務(wù)器等后臺數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫體系較為完善。

系統(tǒng)運行過程中，能夠直接將所有獲取的信息數(shù)據(jù)儲存至數(shù)據(jù)庫中，由數(shù)據(jù)庫自主對這些數(shù)據(jù)資料整理、分類，使其格式一致，以便統(tǒng)一存放在數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)的前臺監(jiān)測信息管理系統(tǒng)包含了服務(wù)器端功能，使得處于不同地區(qū)的用戶能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)各個功能的遠(yuǎn)程管理，實現(xiàn)異地監(jiān)控功能，保證系統(tǒng)長期處于24 h不間斷的管控下。

為了便于管理者進行數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)還能夠根據(jù)使用者需求進行調(diào)整修改，具備畫面與報表的編輯功能，以便管理者發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問題后及時進行處理，維持系統(tǒng)正常工作。

監(jiān)測管理中心結(jié)構(gòu)站如圖1所示。

圖1 監(jiān)測管理中心站結(jié)構(gòu)

4 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)控制與發(fā)展前景

4.1 安裝監(jiān)測自動化系統(tǒng)的主要項目

系統(tǒng)項目內(nèi)容主要包含變形、滲流以及面板周邊縫等的應(yīng)力應(yīng)變、電位器式、水力學(xué)、環(huán)境量、差動電阻式等。

4.2 合理進行安全監(jiān)測儀器的控制

對大壩項目安全監(jiān)測過程中，施工人員應(yīng)充分借助各類監(jiān)測儀器設(shè)備保障監(jiān)測數(shù)據(jù)精度。監(jiān)測人員應(yīng)重視對外部壩頂、迎水坡、壩肩等部位的安全監(jiān)測，便于第一時間排查問題，有效避免大壩出現(xiàn)變形、滲漏等故障。全面監(jiān)測大壩泄洪通道，嚴(yán)格排查其工作過程中是否存在雜物堵塞泄洪通道的問題。對項目內(nèi)部各個防水設(shè)置、啟閉設(shè)備進行實時安全監(jiān)測。由此可見，項目選用的監(jiān)測設(shè)備質(zhì)量將影響最終獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)進度，因此，根據(jù)項目實際需求選擇最佳的監(jiān)測設(shè)備至關(guān)重要。

（1）合理進行安全監(jiān)測測量控制。

為了保障最終獲取到的數(shù)據(jù)完整可靠，目前適用于大壩工程安全監(jiān)測工作中，常見的數(shù)據(jù)庫管理平臺包括數(shù)據(jù)表信息收集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)信息分析整理系統(tǒng)。在系統(tǒng)相互配合下，項目相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測信息、安全信息數(shù)據(jù)及基本靜態(tài)數(shù)據(jù)信息均能被覆蓋在內(nèi)。為了維系數(shù)據(jù)庫的正常施工，項目單位還要為其設(shè)置科學(xué)有效的工作制度并讓系統(tǒng)管理人員接受系統(tǒng)培訓(xùn)，提升專業(yè)性。

（2）合理進行安全監(jiān)測數(shù)據(jù)控制。

構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理平臺，聘請專業(yè)組織、專家全面評估分析監(jiān)測數(shù)據(jù)、信息資料。對大壩項目而言，安全滲流監(jiān)測工作中最核心的就是對滲透壓力、大壩壩基壓力的實時監(jiān)測。此外，由于大壩應(yīng)力、溫度應(yīng)力變化同樣易對大壩整體結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性產(chǎn)生影響，因此進行溫度監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測同樣非常重要。

4.3 水利工程大壩安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展前景

在信息時代的影響下，信息技術(shù)已經(jīng)深入融入各類水利工程大壩安全監(jiān)測工作中，有效提升了安全監(jiān)測質(zhì)量，提高了工作效率，維系著大壩的正常工作。對大壩進行實時安全監(jiān)測的目的是及時掌握大壩各個部分的真實工作狀況，出現(xiàn)問題后系統(tǒng)將先自主計算、診斷，大幅度節(jié)省了管理人員的工作量，維系著大壩項目的正常工作，有效防止了各安全事故的發(fā)生。

應(yīng)確保落實大壩項目日常管理監(jiān)測工作，可長期維系大壩項目長期處于正常工作狀態(tài)，有效避免了風(fēng)險事故的發(fā)生。落實大壩日常運行過程中的各項監(jiān)測工作，能夠提升項目整體質(zhì)量，且能夠第一時間排查出隱藏的安全隱患，方便管理人員進行應(yīng)對。

5 結(jié)語

分析發(fā)現(xiàn)，落實大壩安全監(jiān)測管理工作、提升安全監(jiān)測技術(shù)能夠在較大程度上降低風(fēng)險事故發(fā)生的可能性，維系水利項目的穩(wěn)定。目前國內(nèi)大壩項目所使用的安全監(jiān)測技術(shù)已愈發(fā)成熟，甚至超越了絕大多數(shù)外國國家，有力推動了水利項目的發(fā)展。目前的安全監(jiān)測技術(shù)仍有不足之處，部分技術(shù)尚未落到實際操作中，還需要日后深入研究。