水庫大壩安全自動化監(jiān)測問題研究

么亞男

摘 要：水庫大壩安全監(jiān)測是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、校核施工和了解大壩安全狀態(tài)的有效手段。目前我國水庫大壩安全監(jiān)測正面臨著快速發(fā)展的極好機(jī)遇，觀測資料實(shí)時分析評價系統(tǒng)和水庫減災(zāi)防災(zāi)綜合調(diào)度系統(tǒng)將是提高安全管理水平的重要開發(fā)方向。

關(guān)鍵詞：水庫大壩；安全監(jiān)測 ；管理

1、系統(tǒng)通信方式

水庫大壩光纖的傳輸主要有多模和單模兩種傳輸模式。多模傳輸是指在滿足全反射角度的多條光信號在光纖中傳播。因?yàn)榇嬖诙鄺l傳播路徑所以傳播路徑在長度會有所不等，所以信號傳過光纖的時間都不會不同，這樣很容易造成信號碼元間的串?dāng)_，所以要通過降低傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率來防止信號碼元串?dāng)_。單模傳輸是指在光纖里傳播一個角度的光波。單模傳輸?shù)墓饫w有比較寬的頻帶，它的傳輸特性相對多模要好很多，所以它適合大容量、長距離的傳輸系統(tǒng)。在有線通信方式中，光纖是最適合大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的一種通信方式，因?yàn)樗哂泻芎玫目垢蓴_性，它在監(jiān)測系統(tǒng)中工作時幾乎可以不受外界的電磁干擾與噪聲影響，并且他還有一個很明顯的優(yōu)勢就是它能在長距離、高速率的傳輸過程中保持很低的誤碼率，對比一下它和其他通信方式在誤碼率上的比較數(shù)值：雙絞線的誤碼率一般在10-5-10-6之間；基帶同軸電纜的誤碼率一般為10-7；寬帶同軸電纜的誤碼率一般為10-9；光纖的誤碼率一般低于10-10。通過以上的數(shù)據(jù)比較我們就可以很明顯的發(fā)現(xiàn)水庫大壩使用光纖的優(yōu)勢。此外，光纖在傳輸?shù)陌踩耘c保密性方面也具有很明顯的優(yōu)勢。

2、大壩安全監(jiān)測儀器及技術(shù)方法

2.1靜力水準(zhǔn)儀

在大壩的垂直位移監(jiān)測中，實(shí)際工程中最常用到的是靜力水準(zhǔn)儀。大壩位移監(jiān)測的測量需要很精確，這就要求選用精度高而且穩(wěn)定性好的監(jiān)測儀器，因此如若選用一般的監(jiān)測儀器來測量效果可能并不理想，甚至可能達(dá)不到預(yù)期的效果，以至?xí)绊懙綄Υ髩伟踩脑u判，錯誤的判斷可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。傳統(tǒng)的光學(xué)水準(zhǔn)儀測量，它的精度就不夠理想而且它的勞動強(qiáng)度相比較會大出許多，所以在垂直位移監(jiān)測中我們主要應(yīng)用的是靜力水準(zhǔn)儀。它利用差動變壓器式位移傳感器進(jìn)行垂直位移的測量。這種儀器結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，而且壽命長，線性度好，且有高分辨率高靈敏度等特點(diǎn)，它在大壩監(jiān)測工程中得到普遍的應(yīng)用。

2.2振弦式傳感器

振弦式傳感器是通過電磁鐵激勵鋼弦振動在電磁鐵線圈中感應(yīng)出感應(yīng)電動勢，并通過測量該感應(yīng)電動勢所含帶的鋼弦振動頻率而得知鋼絲應(yīng)變，它就是利用鋼弦振動頻率隨鋼絲應(yīng)力變化的原理研制的。它能夠取代電阻儀等許多傳統(tǒng)的儀器主要是因?yàn)樗木群烷L期可靠性及穩(wěn)定性比其它的儀器更具有優(yōu)勢，而且它可以在惡劣的環(huán)境中工作。它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在它結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)快速、堅(jiān)固耐用、抗干擾能力強(qiáng)、輸出為頻率信號方便與微機(jī)接口。另外由于它輸出的是頻率信號，所以它可以進(jìn)行長距離傳輸，這樣以來對電纜的要求也大大下降了，正因?yàn)槿绱怂粡V泛應(yīng)用于礦山、水電等工程的內(nèi)部應(yīng)力觀測，水庫的自動化監(jiān)測使用這種傳感器效果顯著。

2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的成功與否，在很大程度上取決于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否充分考慮了干擾對系統(tǒng)的影響并是否采取了有效地抗干擾措施。水庫大壩的監(jiān)測系統(tǒng)能否有效的抗干擾對監(jiān)測系統(tǒng)的工作效果影響重大，下面針對性的討論了系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的具體措施。

屏蔽的目的是使被保護(hù)對象免于外界的干擾。這就要求它即不受外界電磁波的影響，也不會受到外界噪聲的影響，甚至對附近的其他監(jiān)測儀器也不要造成影響。關(guān)于屏蔽采取的措施一般是利用各種金屬屏蔽體制成容器，利用這些容器來阻擋或者是衰減那些施加在儀器上的電磁干擾和由雷電導(dǎo)致的過電壓。

3、大壩安全監(jiān)測的手段

3.1把巡視檢查和儀器監(jiān)測結(jié)合起來

巡視檢查和儀器監(jiān)測是大壩安全監(jiān)測兩個相互補(bǔ)充、密不可分的部分，二者結(jié)合實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測面上和點(diǎn)上的相互兼顧印證。前者按照一定的檢查范圍和要求，采用目測對大壩外觀表面特別是一些明顯的隱患進(jìn)行檢查，以便做到早發(fā)現(xiàn)、早處理。后者主要借助觀測儀器按規(guī)范要求進(jìn)行必要的點(diǎn)監(jiān)測。對大壩表面及內(nèi)部的隱患，如土石壩的洞穴、暗縫、軟弱夾層等，很難通過簡單的人工檢查發(fā)現(xiàn)，必須借助于高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態(tài)面波法等先進(jìn)儀器和技術(shù)進(jìn)行檢查，從而完成對其定位及嚴(yán)重程度的判定。

3.2把自動監(jiān)測和人工觀測結(jié)合起來

大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)具有測量快、便于分析、可靠性高、可備份等特點(diǎn)，可以大大縮短數(shù)據(jù)采集的周期，減少人工資料整編分析的繁冗，提高大壩觀測的工作效率，減輕勞動強(qiáng)度。由于自動化系統(tǒng)測點(diǎn)種類多、分布廣、線路長，易受高低氣溫、高濕度、強(qiáng)雷電、大風(fēng)、鼠害等不利環(huán)境干擾，易出現(xiàn)短路、斷接、接觸不良、元器件損壞等系統(tǒng)故障，造成監(jiān)測中斷或監(jiān)測精度降低，此時采取人工觀測方式可保證監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)，校驗(yàn)系統(tǒng)精度，輔助故障處理。在系統(tǒng)運(yùn)行、檢修期間，通過人工比測來校驗(yàn)自動檢測值，減小系統(tǒng)誤差，提高數(shù)據(jù)采集的可靠性，為系統(tǒng)維護(hù)提供參考依據(jù)。

4、自動化檢測技術(shù)的應(yīng)用意義

4.1水庫大壩安全分析評價預(yù)報(bào)系統(tǒng)

為開發(fā)建立具有通用性、可移植性水庫大壩安全分析評價預(yù)報(bào)系統(tǒng)，水庫大壩自動化檢測技術(shù)系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理信息子系統(tǒng)和分析評價預(yù)報(bào)子系統(tǒng)。對采集數(shù)據(jù)庫的效率優(yōu)化、監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)維護(hù)管理、壩體變形安全分析模型理論、滲流安全分析模型理論進(jìn)行了深入研究。建立集壩體裂縫分析、過程線分析、浸潤線分析、位勢分析、相關(guān)分析及壩體安全綜合評價（包括壩體安全評價體系與評價準(zhǔn)則的建立、模糊綜合評價模型、灰色關(guān)聯(lián)度評價模型與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價模型的開發(fā)）等功能的大壩安全分析評價預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

4.2水庫自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容包括：水庫水位、水壓、滲流、流量、電導(dǎo)率、風(fēng)力、相對濕度、空氣和水的溫度以及大壩壩體地表位移等。項(xiàng)目所用及的儀器有：DIT-MCU水工及大壩監(jiān)測裝置、數(shù)據(jù)記錄儀、水壓計(jì)、水位計(jì)、鋼筋計(jì)、測縫計(jì)、沉降儀、測斜儀、水質(zhì)探測器、GPS定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲、預(yù)警系統(tǒng)等。水庫自動監(jiān)測系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全天候遠(yuǎn)程自動監(jiān)測，實(shí)時將傳感器監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集傳遞到相關(guān)數(shù)據(jù)庫。采用分層分布開方式結(jié)構(gòu)，運(yùn)行方式為分散式控制方式，可命令各個現(xiàn)地監(jiān)測單元按設(shè)定時間自動進(jìn)行巡測、存檔。

4.3大壩建造在復(fù)雜的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)環(huán)境中，運(yùn)行中的大壩不僅承受著巨大的水壓力和溫度等環(huán)境荷載，有時還會受到地震荷載的沖擊，工作條件極為復(fù)雜。同時，由于材料性能、施工過程中造成的人為影響等因素，隨著使用年限的增長，大壩也會出現(xiàn)不同程度的老化、病變和裂縫等問題。這些缺陷或隱患若不能及時被診斷發(fā)現(xiàn)并解決，將隨時可能影響到大壩的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時還會造成災(zāi)難性事故。隨著時間流逝，一些早年布置了監(jiān)測設(shè)備的大壩也出現(xiàn)了老化和安全問題。大壩安全監(jiān)測問題已不容忽視，令人欣慰的是： 近年來已得到國家的高度重視。造成大壩失事的原因很多，主要有：（1） 壩體泄水能力不足或遭遇超標(biāo)準(zhǔn)的洪水；（2） 壩體質(zhì)量和基礎(chǔ)存在問題；（3） 其他運(yùn)行管理方面引發(fā)的問題。土石壩失事的主要原因是滲透破壞和壩坡失穩(wěn)，表現(xiàn)為壩體滲漏、壩基滲漏、塌坑、管涌、流土及滑坡等現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在失事大壩中，僅有35%是由于其自身泄洪能力不足，也就是勘測設(shè)計(jì)中存在洪水計(jì)算和防洪能力方面的問題；大部分大壩失事仍是由于其他工程原因或運(yùn)行管理問題造成的，而這些問題卻是可以通過加強(qiáng)安全監(jiān)測及早發(fā)現(xiàn)問題并及時處理解決的。因此，建設(shè)和完善大壩安全監(jiān)測設(shè)施重要且必需。

結(jié)語

關(guān)于大壩的安全檢測問題，應(yīng)當(dāng)大量收集關(guān)于當(dāng)?shù)氐臍庀髿夂颉⒌乩憝h(huán)境、庫區(qū)巖石結(jié)構(gòu)的滲水性、水文特征、雨季汛期時期、洪水預(yù)警系統(tǒng)以及水庫調(diào)度相互結(jié)合，為安全監(jiān)測人員提供大量有效的參考數(shù)據(jù)，這樣才有利于保障大壩安全，同時也能夠?yàn)樗畮斓陌踩\(yùn)行帶來保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙清，孫仁偉. 新立城水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)改造[j]. 吉林水利， 2013，（04） .

[2]張燕霞.龍羊峽水電站大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)[J].大壩與安全，2013，01：35-37+47.