水庫大壩自動化監測技術的應用

【摘要】近年來，自動化監測技術被廣泛應用于水庫大壩中，由于自動化監測技術不僅能有效提高水庫大壩建設的質量，增強蓄水防洪的能力，還能較好的控制水庫安全，同時也為人員生命及財產安全提供有力保障，已成為水庫大壩安全管理的主要技術手段。本文主要對自動化監測技術在水庫大壩中的應用進行闡述，并結合具體實例對其在水庫大壩中的應用進行綜合分析，以期為水庫大壩建設提供可靠、有效的指導意見。

【關鍵詞】水庫大壩；自動化監測技術；具體應用

1、引言

水庫大壩自動化監測技術作為保障大壩安全重要的非工程技術之一，隨著水庫大壩建設規模的不斷擴大，被廣泛用于水庫大壩安全建設中，其貢獻主要表現在檢驗和完善大壩設計、指導和改進工程施工、監控大壩運行安全、檢驗病險水庫除險加固效果、優化大壩管理和處置、查出大壩突發事件的成因等。同時，由于大壩具有的特殊性，一旦大壩出現安全問題，則會對下游造成一定的經濟和環境損失，甚至會對人們的生命健康構成威脅，而自動化監測技術在水庫大壩中的應用，可有效降低水庫大壩的風險，增強其防洪預洪的能力，為水庫工程安全和公共飲水安全提供有力保障，提高水庫大壩工程經濟效益和環境效益。

2、自動化監測技術在水庫大壩中的應用

目前，諸多水庫大壩的自動化監測技術較為落后，為水庫大壩埋下一定的隱患。在水庫大壩的建設前期，主要通過人工對其安全進行監測，但由于人力資源和相應的設備設施存在一定的局限性，再加上大中型水庫監測周期過長，不能及時發現大壩運行過程中存在的安全問題。若在雨雪、洪水等惡劣天氣，則可能導致水庫大壩在運行過程中發生較大災難。因此，有必要加大對先進技術及設備的引進力度，并結合工程的實際情況，對自動化安全監測評價預報系統進行完善和優化，并形成一套較為完整的自動采集技術，實現對水庫大壩運行情況的有效監測，以此來指導大壩建筑的維護方向，從而保障大壩的穩定運行。

在水庫大壩中，自動化監測系統的組成部分主要包括現場量測、大壩安全數據采集系統、信息處理及查詢等，能夠對水庫雨量、水位、變形、滲流等進行有效的自動化監測。同時，根據工程的實際情況，可對水庫大壩的運行狀況進行調整，及時為水庫大壩提供較為準確、真實的信息，并制定有效措施來消除壩體存在的安全隱患，從而提高水庫大壩的施工質量和管理效率。

水庫大壩自動化監測的內容主要包括水庫水位、變形、滲流、流量、相對濕度、水溫等，且在水庫大壩建設的過程中，主要使用的儀器設備有DIT-MCU水工、監測傳感器、數據記錄儀、水質探測器及GPS定位系統等。因此，自動化監測技術在水庫大壩中的應用，不僅能利用遠程技術對水庫大壩運行的實際情況進行實時監測，還能將傳感器監測點所采集的數據及時傳輸到相應的數據庫。另外，還可對各個地點的監測單元實行分層分布監測，并按照時間順序進行自動存檔。

在水庫大壩中，部分采用的自動化監測設備是露天的，并呈大規模分布，因此，應對雷電襲擊進行綜合考慮。相關數據顯示，導致壩體被雷電襲擊的主要原因就是感應雷電流沿著通訊電纜和電源進入系統內部，從而對設備造成嚴重損壞，因此，在設備自動化監測的過程中，應制定科學有效的措施避免雷電襲擊，防止系統整體癱瘓，從而有效預防重大安全事故的發生。另外，數據傳輸線路可采用鍍鋅鋼管保護的光纜，并采用單端接地的方式，可有效減少因電位差所引起的干擾。同時，在各個信號電纜和電源中，可將防雷識別裝置安裝在其兩端，并切斷雷電傳輸通道及在整個系統中安裝一個及以上避雷針，有利于減少或避免雷電襲擊所造成的危害。除此之外，還應設計串聯式浪涌識別電源防雷、分散式聯合接地系統模式等，可有效避免雷電的直接襲擊，防止感應雷和電壓浪涌對系統造成嚴重損壞。

設計和開發出合理科學的水庫大壩安全評價預報系統，其中，安全評價預報系統具有一定的通用性、移植性。由于水庫大壩的自動化監測技術主要包括數據采集和管理等系統，因此，可對數據采集效率進行優化，并對所監測的動態數據進行有效維護和管理，特別是壩體變形和滲流安全分析模型等功能的分析及評價。同時，建立具備壩體安全評價體系、模糊綜合評價模型等功能的分析評價預報系統，以此來提高水庫大壩運行的穩定性和安全性，從而保障水利工程的順利進行。

3、實例分析

3.1 實例概況

某水庫的水流量為1.14億m3，水庫總容量為3900萬m3，是集防洪、供水、灌溉、發電機養魚等功能為一體的大型水利樞紐工程。約在十九世紀五六十年代，該水庫的監測設備開始建設，主要的監測項目包括：壩體水平及豎向位移、壩體表面沉陷、粘土心墻固結、壩體浸潤線及繞滲、輸水洞外水壓力觀測等，以上這項監測項目均為人工監測。

3.2 自動化監測技術分析

3.2.1 測點布設

外部監測系統測點主要分布在主壩、一副壩、二副壩、三幅壩、貼坡、主溢和一非溢中，布設的豎向位移測點和水平位移測點分別為130個、39個。如表1所示。

內部監測系統測點主要分布在主壩、一副壩、二副壩、三幅壩、貼坡、輸水洞中，布設測點分別為：30、10、3、7、4、5；壩體、繞壩滲流、外水壓的監測面測點布設分別為：10、8、1，如表2所示。

3.2.2 監測數據流分析

在對該水庫大壩的實際運行情況進行自動化監測后，設計其監測技術主要包括數據采集、數據管理、大壩安全監測分析、大壩安全監測成果WEB發布系統這四部分主體功能組成，可對各測點所采集的數據進行有效傳輸和處理，其數據處理的流程圖如圖1所示。

3.3 自動化監測功能

3.3.1 數據采集和管理

大壩水庫自動化監測的內部滲流安全采集系統，主要采用DAU2000設備提供的NDA1514數據采集通訊空間，通過對該空間的二次開發，可實現對水庫大壩建設現場采集單元的遠程控制和數據維護。大壩垂直變形觀測主要采用DNA03全數字電子水準儀，其水平變形觀測主要采用TCA2003全站儀并開發數據采集及后期處理軟件支持遠程采集控制。

3.3.2 壩體監測觀測模型的建立

為了對該水庫大壩進行有效的自動化監測，建立了諸多系統性模型，可及時掌握大壩變形及變化規律，預測未來變化、確定變形是否穩定及開展壩體的滲流監測和研究，可將水庫大壩的滲流性態全面反映出來，從而為后期壩體相關數據分析奠定堅實的材料基礎。

3.3.3 大壩監測成果的發布

近年來，水利技術呈信息化的發展趨勢，傳統的C/S模式系統已經無法完全滿足實際工作的需要，而WEB發布系統可對數據進行實時監測及分析成果實行網絡化分布，因此，加大其開發力度是十分必要的。自動化監測技術主要通過JSP技術，并運用Tomcat5.0服務器實行數據的實時接入，將大壩內部和外部的監測數據通過網絡的形式發布，并將其分析結果上傳至接口。

3.4 自動化監測技術的應用評價

自動化監測技術具有一定的先進性、可靠性、通用性，其在該水庫大壩中的應用，有效減少了工作人員的工作量，提高了數據監測的實時性和準確性，防止由人為因素對大壩造成嚴重影響，達到了較高的自動化水平。另外，大大提高了數據的采集效率，并實現數據信息和分析成果的共享，有效提高了水庫大壩信息化管理的水平。

4、結語

自動化監測技術在水庫大壩中的應用是現代化社會的主要發展趨勢，實現了水利工程自動化和信息化的有效提高。該系統性較強的技術在水庫大壩中的應用，可對安全監測起到一定的指導作用，最大程度提高了水庫防洪蓄水的能力，從而保障水庫大壩工程的高效安全建設。

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作者簡介：張韜 男 漢 1985 本科 助理工程師 貴州貴陽人 專業：地理信息系統專業。