水電站大壩安全監(jiān)測自動化的現(xiàn)狀和展望

摘 要：目前我國水電站大壩安全監(jiān)測自動化還未實現(xiàn)全面監(jiān)測、全自動監(jiān)測、精細化監(jiān)測，其監(jiān)測的結果還比較粗放，監(jiān)測數(shù)據(jù)的利用范圍還比較狹窄。本次研究探討了水電站大壩安全監(jiān)測自動化的現(xiàn)狀和展望問題，提出的發(fā)展趨勢可作為水電站大壩安全監(jiān)測自動化建設的目標。

關鍵詞：水電站；安全監(jiān)測；水利工程

我國水電站大壩安全監(jiān)測自動化建設正在持續(xù)進行，它與水電站大壩建設的關系非常密切。

1 水電站大壩安全監(jiān)測自動化的意義

做好水電站大壩安全監(jiān)測有非常重要的意義。它決定水電站大壩建設是否具有經濟效益，如果水電站大壩建設出現(xiàn)安全問題，其經濟效益就會降低；它決定水電站大壩建設是否具備社會效應，水電站大壩如果出現(xiàn)安全問題，波及的范圍將非常廣泛，其安全事故會帶來人民生命財產安全的問題；它決定水電站大壩建設是否具備環(huán)保效率，建設水電站大壩的前提是不能破壞當?shù)氐沫h(huán)境，需讓水電站建設具備環(huán)保效應。目前我國應用自動化的方式進行水電站大壩安全監(jiān)測作業(yè)，它的自動化發(fā)展的現(xiàn)狀決定水電站大壩安全監(jiān)測的質量。為此，本次研究探討了水電站大壩安全監(jiān)測自動化的現(xiàn)狀和展望問題，提出的發(fā)展趨勢可作為水電站大壩安全監(jiān)測自動化建設的目標。

2 水電站大壩安全監(jiān)測自動化的現(xiàn)狀

2.1 大壩監(jiān)測內容的現(xiàn)狀

目前我國除了巨型水電工程能實現(xiàn)全程安全監(jiān)測以外，其它的工作只能在部分環(huán)節(jié)開展自動化安全監(jiān)測。當前我國水電站大壩安全監(jiān)測的重點如下：

變形監(jiān)測。變形主要分為水平變形和垂直變形兩種。以觀測大壩的某一段為例，通常監(jiān)測單位會在壩頂與壩后坡設轉傳感器，監(jiān)測垂直變形；在內部設置傳感器，監(jiān)測水平變形和沉降變形。

滲流監(jiān)測。滲流監(jiān)測的重點為監(jiān)測滲透壓力和滲流量這兩個參數(shù)。以監(jiān)測一段大壩的滲流參數(shù)為例，監(jiān)測單位通常每隔一個壩段便設置一個傳感器，傳感器能采集排水溝積水數(shù)據(jù)，中央控制系統(tǒng)可根據(jù)這類數(shù)據(jù)分析大壩滲流的情況。

應力監(jiān)測。目前我國只有巨型的水電站才監(jiān)測應力參數(shù)，中小型水電站已不再通過監(jiān)測這類參數(shù)了解水電站大壩安全的情況。

2.2 大壩監(jiān)測設備的現(xiàn)狀

我國的水電站大壩應用自動化的設備進行安全監(jiān)測，其中最主要的幾項設備如下：

傳感器。目前我國已經在水電站大壩安全監(jiān)測中應用了智能傳感器，這種傳感器把數(shù)據(jù)收集和信息技術處理相接合，采集的數(shù)據(jù)可成為中央集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。現(xiàn)在傳感器可采集的數(shù)據(jù)范圍為水平位移、垂直位移、揚壓力和地下水位、滲流量、應力和應變等數(shù)據(jù)。

量測控制設備。它又被稱為MCU，負責水電站大壩安全監(jiān)測設備的工作流程，比如它可控制傳感器、通信設備、存儲設備、電源設備、輔助設備工作等設備的作業(yè)，使每個監(jiān)測環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，形成程序化的作業(yè)。MUC內設數(shù)據(jù)存儲芯片、自帶電源及蓄電設備、自設防雷裝置。它兼容多種通信協(xié)議，能用無線和有線的方法傳輸數(shù)據(jù)；自設人工比測模塊接口，可外接讀數(shù)設備。

其它外接設備。其它外接設備包括打印、繪圖設備、UPS設備等，它們能拓展水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的功能、優(yōu)化監(jiān)測系統(tǒng)的運行。

2.3 大壩監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀

硬件設備。水電站的中央處理器應用最先進的計算機主機，服務器的運行速度快，它能實現(xiàn)中央集成控制、分析海量數(shù)據(jù)、完成數(shù)據(jù)管理的功能。

軟件系統(tǒng)。中央處理器的運作目前使用WINDOWS系列軟件，該軟件為一種系統(tǒng)平臺標準。水電站大壩安全監(jiān)測控制軟件使用MCU自帶的軟件，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)應用OFFICE套裝系列軟件中的EXCEL軟件，它與WINDOWS系統(tǒng)同為微軟公司開發(fā)的軟件，兩種軟件能相互兼容，這種數(shù)據(jù)庫軟件也是目前被應用得最廣泛的軟件。

通訊系統(tǒng)。水電站的安全監(jiān)測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性要求較高，為了提高通訊質量，目前大壩應用光纖設備作通訊設備，通訊方式以有線數(shù)據(jù)傳輸為主，無線數(shù)據(jù)傳輸為輔，通訊協(xié)議應用IP/TCP協(xié)議，網絡構成方式為穩(wěn)定性較強的局域網絡。

3 水電站大壩安全監(jiān)測自動化的展望

3.1 監(jiān)測范圍的展望

目前，我國水電站大壩安全監(jiān)測范圍的問題為局限性的問題，即水電站大壩安全監(jiān)測需要哪些數(shù)據(jù)，就監(jiān)測哪些數(shù)據(jù)；出于成本的考量，可以放棄一些不重要的數(shù)據(jù)監(jiān)測，僅監(jiān)測重要的數(shù)據(jù)。這種安全監(jiān)測方法會漏掉一些監(jiān)測的細節(jié)，可能會埋下安全監(jiān)測的隱患。未來，人們提出水電站大壩的建設要與監(jiān)測緊密結合，這是指大壩在建設的時候，就要考慮到全程監(jiān)測的問題，把安全監(jiān)測納入水電站大壩建設的體系。如果能實現(xiàn)這一構想，未來的水電站大壩就能采用以下的方法開展安全監(jiān)測：全程化的安全監(jiān)測，即突破目前局部監(jiān)測的現(xiàn)狀，實現(xiàn)全程監(jiān)測；重點化的安全監(jiān)測，即對部分重點位置采取精細化的監(jiān)測措施；動態(tài)化的監(jiān)測，即應用數(shù)據(jù)監(jiān)測優(yōu)化大壩建設，讓安全監(jiān)測數(shù)據(jù)為大壩建設提供科學依據(jù)。

3.2 監(jiān)測設備的展望

監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設施未來會向以下幾個方面發(fā)展：標準化的方式發(fā)展，監(jiān)測設備需要大量的電氣自動化產品，雖然在微軟公司的提議下，目前電氣自動化產品的接口已經標準化，但是電氣設備的型號、性能、參數(shù)等指標還未實現(xiàn)全部統(tǒng)一化，未來，監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設施會向統(tǒng)一化的方向發(fā)展。數(shù)字化的方向發(fā)展，水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)如果要全面實現(xiàn)集成化的監(jiān)控，就必須應用數(shù)字化的設備。智能化的方向發(fā)展，未來監(jiān)測設備能實現(xiàn)智能判斷、智能控制，減少人力資源的干預。

3.3 監(jiān)測系統(tǒng)的展望

目前人們提出了集成化、智能化、精細化監(jiān)測系統(tǒng)的構想。以集成化來說，未來水電站大壩的中央處理系統(tǒng)能夠集成所有設備的運作，實現(xiàn)監(jiān)測作業(yè)的橫向聯(lián)系；集成數(shù)據(jù)采集、分析、存儲的全面監(jiān)測管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的縱向監(jiān)測。未來，水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的作業(yè)幾乎不再需要人力資源的干預。

4 結束語

目前我國水電站大壩安全監(jiān)測自動化還未實現(xiàn)全面監(jiān)測、全自動監(jiān)測、精細化監(jiān)測，其監(jiān)測的結果還比較粗放，監(jiān)測數(shù)據(jù)的利用范圍還比較狹窄。本次研究對水電站大壩安全監(jiān)測自動化現(xiàn)狀進行分析，在此基礎上提出了它未來發(fā)展的趨勢，相關的部門可以以本次研究提出的發(fā)展趨勢為目標，推動水電站大壩安全監(jiān)測自動化的發(fā)展。

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作者簡介：李楊（1982，6-），男，漢，湖南省資興市人，學歷：專科。