淺談自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用

楊新利

（陜西省涇惠渠管理局 陜西 三原 713800）

在水庫大壩的日常安全管理工作中，監測管理工作是維護水庫大壩安全重要舉措之一，其主要的作用在于能夠很好的檢驗與分析大壩的設計規劃，并改善工程施工效果，保障大壩的使用安全，防患水庫危險，優化水庫的管理方式，研究和分析大壩突發問題的根本原因等。實踐證明，安全管理工作能夠顯著降低水庫大壩風險，增強防災自救能力，有效提高了水庫安全管理水平，保障了庫區的安全調蓄利用。

1 自動化在水庫大壩安全管理中的意義

我國地域廣闊，可利用的水資源分布不均，因此水利水電工程在我國有著很強的實用價值，已建成或規劃的各類水利水電項目更是數不勝數。到目前為止，我國已建成的水庫近90000座，大部分水庫主要是20世紀50、60年代建成的，還有部分70年代籌建的小型的水庫。我國擁有著數量驚人的水庫，其中也不乏一些存在質量問題的水庫，部分水庫存在著工程質量不過關、防洪能力差、大壩隱患多等問題。

據不完全統計，這部分存在問題的水庫中大型和中型水庫約占30%～40%左右，雖然大部分存在問題的水庫為三類病險水庫，然而我們依然有必要重視和研究大壩的安全問題。瀏覽我國近年來的相關資料不難發現，在各類大壩中，有報道的潰決案例在3000左右，雖然小型的低壩占據整個絕大多數，然而也有百余座水壩屬于高度超過35m的高壩。在1975年特大洪水的沖擊下，板橋、石漫灘兩座大型水庫發生了土石壩潰決的事故；而在1993年的另一次洪水的考驗時也發生了溝后水庫壩混凝土面板堆石壩潰決[1]。從這些安全事故資料和實例不難發現，大壩安全管理情況，尤其是我國中小型的土石壩的安全管理工作還存在著相當大的隱患。

綜上所述，我國大壩安全管理仍然存在著一定的問題，安全管理形勢還十分嚴峻，建立健全完善的水利水電工程安全管理體系是大勢所趨。自動化技術在大壩安全管理中，能夠實時掌握大壩的安全狀況，并且能夠利用長期積累的監測數據資料制訂適合水庫實際情況的控制運用方案和維護管理措施，一方面能夠有效的保障大壩安全使用，另一方面也能更好地發揮出大壩的工程效益、降低工程投資[2]。從我國相關的工程實例不難看出，自動化技術在大壩安全監測系統中的使用，為更好的完成洪水應對和資源優化調度工作，減少自然災害帶來的損失，合理調配和使用水資源方面，都發揮著不可替代的巨大作用。故而，積極開展大壩安全管理工作，對防洪抗旱、安全預警等方面都具有很強的實用意義。

2 自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用現狀

2.1 安全管理中自動化監測技術的主要內容

（1）變形監測

大壩的結構變形作為監測水電站的重要項目，包括水平和垂直兩個方向上的位移情況，對于大多數的大壩來說，水平、垂直位移監測采用地十分普遍。混凝土壩在一般情況下不同的壩段設置監測點，其位移觀測對于高壩或重要的大壩才需要設置，通常對于中低壩來說已經不再做硬性要求。近年來，對不同壩段的水平位移監測比較重視,通常沿壩高，合理的選取三個以上測點。土石壩一般在壩頂端以及后部每隔30至50 m設水平垂直位移監測點。

（2）滲流監測

大壩滲流作為水庫大壩重要監測內容之一,主要包括滲透壓力以及滲流量兩個方面的內容。混凝土水壩通常在基礎廊道布置壓力觀測孔,不同壩段設置監測點；滲流量監測位置的分布要結合排水溝集水的實際情況而定，通常需要測定分區流量和總滲流量。對于土石壩的滲流量測定而言，主要集中在壩底滲水匯集處。此外，還需要在大壩的左、右兩岸山坡上設置地下水位監測點,以監測繞壩滲流的整體情況。

2.2 主要的自動化安全監測管理裝置

（1）水平、垂直位移傳感器

就我國現有的混凝土壩工程實例情況來說，水平位移自動化監測裝置主要為垂線、引線兩種方式。主要形式為電容式和電機式,前者測定更為迅速，但使用條件比較嚴格，且線路過長時容易造成偏離;后者測定慢，但使用條件不高，并且可靠性較高。此外，真空激光準直監測裝置近年來也得到了顯著的發展，已經應用在許多的工程實例之中了，有著很好的應用效果，但該裝置的整體成本較高，在運行中的維護費用也較高。國內還有部分工程采用過大量程位移計進行串接或采用電信號的引線水平位移計,就目前的使用效果來看還需要改進。我國的水庫工作中開始重視對于高精度自動掃描全站儀的使用，從而可以對土石壩表面變形情況進行實時的自動監測采集。此外，GPS技術發揮了監測范圍廣的特點，在部分監測精度要求不高的情況下，也逐漸得以采用。

（2）地下水位監測裝置

在實際的水庫大壩項目中，滲壓計是監測大壩地下水位最主要的手段。進口的弦式滲壓計是最常采用的一種裝置，該裝置在耐久性和穩定性方面都有十分出色的表現，不足之處在于測定的數據受氣壓影響較大。在量程較小的情況下，通氣式滲壓計使用比較廣泛，不足之處在于處于潮濕的環境下,可能無法保證通氣管內部的干燥，因此在實際應用中必須增設氣壓計等其他修正方式以保證測量值的準確。

（3）智能傳感器

智能傳感器的設計思路是將傳感器同計算機技術有機的結合在一起，特點在于能將感應技術同信息技術融合起來。智能傳感器在部分興建的水電工程中開始得到使用，該方法的測點布置更為簡便合理，能夠避免繁重的電纜敷設任務，并且能夠獲得更好的應用效果。

（4）中央控制設備

對于中央控制設備來說，核心部件有備用電源、監控主機、任務主機及附屬設備。在計算機網絡技術逐步發展成熟的背景下，已逐步被功能更加完善的小型觀測局域網所替代。由于對監控主機運營能力的要求，通常采用工控機。在計算機制造水平的提升下，不僅在持續運行能力和可靠性上有顯著的提高，且價格更具優勢，所以很多工程中越來越多的使用計算機作為監控主機。

3 水庫安全管理中自動化技術使用的展望

首先大壩安全管理工作理念會發生轉變，監測對象會拓展到水庫周邊地區的生態環境。除了安全監測，還需要考慮對周邊人口、社會經濟所造成的影響；其次，構建起標準化的監管體系，我國安全管理制度發展比較早，但相關管理儀器的開發使用還有待完善，水利信息化標準化工作還有待完善；最后，安全管理中自動化技術發展隨著管理任務的要求，將向實時化、智能化和可操作的方向發展。自動化傳感器開發技術，水庫安全管理信息自動化采集與遠程調控技術，安全管理自動化評價技術也是今后發展和研究的重點。陜西水利

[1]吳建玉,梁曦,張運濤.基于 GPRS 大壩安全信息系統的設計 [J].寧波職業技術學院報,2008,12(5):52-5.

[2]王士軍,董福昌,崔信民,等.水庫大壩安全信息三維可視化系統開發[J].水電自動化與大壩監測,2008(2).

[3]呂永寧,王玉潔,沈海堯.水電站大壩安全監測自動化的現狀和展望[J].大壩與安全,2010(5).

[4]張秀麗,沈海堯,張海平,等.水電站大壩安全管理信息化建設方案和實踐[J].大壩與安全,2007（5）.

[5]楊海云.大壩安全監測自動化系統設計要求探討 [J].水電自動化與大壩監測,2010,28(5):30-3.