水庫大壩安全監測中物聯網技術的應用探討

魏靜洲

鄭州水工機械有限公司 河南 鄭州 450007

引言

我國大部分水庫大壩建設的地理位置存在一定的特殊性，經常容易疏導地震、洪水等自然災害的影響，進一步突出了安全質檢工作必要性。因此，我國要不斷創新和完善水壩安檢技術，發揮物聯網技術的重要優勢和作用，提升水庫大壩安全監測工作效果。

1 水庫大壩安全監測和物理網技術概述

水庫大壩經過千年的建設發展，在世界各國被廣泛建設應用，對人們的日常生產和生活產生較多便利條件，能夠有效提升水能發電效率，對供水流量的安全穩定性進行有效保證，同時對農田灌溉和開墾提供有力的支持和保障，促進農業更好、更快的發展。另外，水庫大壩的建設對周邊特殊自然生態圈進行有效的開發效用，增強其旅游價值。水庫大壩建設的過程中，經常出現水流囤積現象，同時周圍土地承受壓力在一定程度上增加，增加了地震自然災害發生的概率，造成水壩出現坍塌的現象[1]。因此，相關人們需要加強水庫大壩的安全監測力度，清晰正確地認識到該監測工作開展的必要性，給予足夠關注和重視，全面嚴格檢查水庫大壩水位、周邊自然生態環境、淤泥沉積、出水口等相關內容，有效清除相應安全隱患，最大程度的保障水庫大壩的安全可靠性。物聯網技術具有測量技術數字化和微功耗的特點，十分適合在水庫大壩中應用。針對水庫大壩的破壞形式 ， 結合大壩安全監測特點，組成水庫大壩安全監測系統，實現基于物聯網監測數據的采集分析和預警，并通過多種數據分析方法，確定水庫大壩各項風險，最終判斷大壩安全運行狀態。

新時代發展背景下，互聯網和計算機在多個領域進行廣泛應用，取得顯著的成就，為人們提供更加便捷的信息服務。物聯網技術屬于互聯網技術的范疇，主要是將相關具有信息傳送、感應識別、CPU處理等能力的相關物質和網絡連接的技術，如產品二維碼、條形碼等是物聯網技術的典型代表[2]。人們通過信息識別，物聯網能夠有效提供更加便捷、優質的產品信息服務，同時結合CPU等控制元件達到遠程操控和實時反饋等，有利于促進智慧生活和城市的建設發展。

2 水庫大壩安全監測工作探析

現階段，水庫大壩監測工作立足在現代工學的基礎上，同時配合數據采集和收集工作，便于相關人員全面分析和了解水庫大壩的實際情況。通常情況下，水庫大壩安全監測工作開展的過程中包含多個內容，相關工作人員需要加強水庫大壩變形監測工作力度。水庫大壩在日常應用的過程中受到多種相關因素的影響，出現水位升高的情況下，水庫大壩從上到下承受較強的水壓，同時受到當地自然環境氣候、溫度和重力等相關因素的作用下，長時間進行運作的過程中，水庫大壩經常容易出現裂痕問題。因此，相關安全監測人員需要在日常實際工作中加大水庫大壩變形問題的檢查力度，可以應用水準點、傾角儀等，全面檢查水庫大壩表層、壩體和壩基等多個方面，保證水庫大壩沒有出現變形、裂痕、傾斜、松動等相關問題，最大程度的降低潰壩問題出現概率，減少安全事故的發生。

水庫大壩主要包含鋼筋、混凝土等現代先進建筑材料組成，在長時間受到水流擠壓的影響下，在一定程度上降低了水壩性能。因此，相關工作人員在實踐工作中需要加強水庫大壩壩體的材料監測力度，實現變壓力和應力等多方面的監測。通常情況下，水庫大壩壩體材料監測工作可以和其他相關監測工作同時進行。水庫大壩在水壓較大、長時間承受水壓、上下游水位差下，更加容易受到滲流場的不良影響，同時受到相應動物侵蝕、壩體接觸泄露等相關影響，增加了潰壩問題發生的概率。相關安全監測人員需要高度重視水庫大壩滲透檢驗，對滲流壓力、滲流量等多個方面進行嚴格測試，及時發現水庫大壩存在的安全問題，結合實際情況，采取針對性有效措施進行妥善處理。

水庫大壩建造完成之后，受到周圍自然環境參數變化、水庫大壩自身運作的影響，如當地自然氣候、溫度、降雨、泥沙等相關自然環境。因此，相關檢測人員需要全面檢查自然環境相應變量，采集詳細信息資料，對水庫大壩運作環境進行全面總結和分析，有效估量內在問題。另外，水庫大壩是水利工程的重要組成部分，需要一定的水力學監測，包含水壓、水流狀態、水位線等相關監測指標，同時相關人員在實際監測工作開展過程中，需要結合水庫大壩運行的實際情況科學合理的選擇監測指標。

3 物聯網技術在水庫大壩安全監測中應用探討

3.1 系統集成式監測

相關工作人員開展水庫大壩安全監測工作過程中，根據其發生損壞的形式，加強有庫水位、滲流量、沉降監測力度。系統集成式監測主要采用傳感器、數據采集單元和監測計算機組成環形網，監測計算機全面控制所有車輛控制單元，收集MCY數據，在數據庫中保存，同時充分采用無線傳感、嵌入式計算機、射頻識別、子與信息、數據通信等技術，創建基于物聯網水庫大壩安全監測信息網絡系統[3]。該監測系統集成應用分層、開放式結構形式，主要包含感知層，具有感知水庫大壩水位、滲流、變形等因子；包含網絡層，對相關信息數據進行有效傳輸；包含應用層，主要是水庫大壩安全監測云中心。

3.2 物聯網載體監測裝置

相關水壩安監人員在日常工作過程中，采用承載物聯網技術的相關監測工具，在滲透損壞監測、壩體傾斜裂紋等監測工作中，結合實際情況和需求，選擇合適的相關監測工具，能夠將監測的相關信息數據向監測中心進行全面完整的傳輸，同時便于工作人員讀取以往信息資料，提升水庫大壩安全監測分析的有效性，進而有效保證水壩安全監測工作質量和效率。

3.3 預測報警系統

預測報警系統建設的前提條件需要保證相關信息數據的精準性，但是監測物誤差在水壩實際安全監測過程中客觀存在的，主要包含偶然、系統誤差和粗差。該系統經過數據自校、回歸分析等相關措施，有效識別粗差，進而有效剔除相關數據。洪水越頂經過匯集水庫大壩水位信息數據，對水位超過常水位、洪水位設計和校核進行全面分析，確定是否存在洪水越頂安全風險。相關人們采用統計模型，對各個監測點的設計、校核、給定上游等水位下滲流壓力、滲流量進行有效計算，和安全允許值進行相應比較。當預測值高于安全允許值的情況下，采用統計模型反推滲流壓力水位在安全范圍內的最小安全上游水位。另外，工作人員可以在周圍設置攜帶物聯網技術的檢測儀，當出現異常 狀況之時直接連入主機產生報警，以及生成日志文檔，便于后期管理。例如，我們根據部分水庫大壩偶然偏差、系統誤差和粗差三種破壞類型，洪水越頂可以經過采集水庫水位數據，對水位是否超過常水位進行分析，同時科學合理的設計和校核洪水位，明確是否存在洪水越頂風險。工作人員采用統計模型，對個測點在設計、校核、上游等水位下滲流壓力和滲流量進行詳細計算，對比安全允許值。水庫大壩安全預測預警能夠采用實時采集的水位和滲壓水位進行邊坡穩定分析，根據塊體極限平衡理論，應用Bishop法進行計算，同時應用單純形法搜索最小安全系數，與規范值進行比較的郭晨中，確定邊坡穩定風險。物聯網技術在水庫大壩監測中應用的過程中，預測預警還能夠對數據進行多元逐步回歸分析和分離變量統計、位勢、相關性、滯后性和化引流量等分析，最終獲得水庫大壩安全狀態評價。

3.4 物聯網技術增強安全監測管理

相關人員對水庫大壩安全監測進行管理的過程中，物聯網可以承載在工作頭盔、安全門上，對安全監測人力資源管理提供更加優質的服務，同時置于待檢測物體之后，開展掃碼識別、射頻識別，能夠有效降低安全檢測人員在實際工作中由于自身疏忽等原因引發一系列工作問題，進而有效提升水庫大壩安全監測效率。相關人員對水庫大壩安全監測實現智能化管理，主要對信息互聯互通和智能控制，結合采集數據對采集頻率、水位升高等進行科學合理的自動調整，能夠及時發現安全監測中存在的安全隱患，同時不會采集過多信息數據，系統中有效挖掘分析信息數據。工作人員結合監測平臺對洪水越頂風險、滲透破壞分析 、 邊坡失穩風險進行實時分析，進而對監測頻次進行實時有效調整。

3.5 智能管理

物聯網技術在水庫大壩安全監測中的應用大多在于信息的互聯互通和智能控制，全面分析監測信息數據，取得理想的智能管理和控制成效。相關人員在安全監測工作中，采用物聯網技術有效突破傳統監測工作存在的局限性，以往監測中大多按照固定時間間隔開始自動采集，當時間采集時間較多的情況下，就會導致內存占用較大，在很大程度上增加了采集設備使用次數，容易造成采集設備受到相關因素的影響，減少其使用年限，同時存在較多的無效信息和數據，當采集時間設定的間隔較長，存在數據極值錯過的現象，不能及時發現水庫大壩存在的安全風險。因此水庫大壩安全監測系統要不斷挖掘分析數據，結合采集數據自動調整采集頻率，如水位升高的情況下增加監測頻次，便于工作人員及時發現安全風險隱患，同時有效避免采集數據過多。工作人員結合安全監測平臺的實時分析結果，科學合理的調整監測頻次，當洪水、滲透和邊坡風險等級超限的情況下需要加密采集數據。

工作人員采用物聯網技術，借助監測數據分析實現智能管控的過程中，需要根據粗差識別，詳細準確判斷信息數據，同時對比儀器自檢結果，對儀器是否存在失效進行正確判定，當儀器出現故障問題的情況下及時發出相應預警，提示工作人員及時更換儀器。同時，工作人員在每次采集數據之前需要進行自檢工作，保證采集系統電源處于安全正常的狀態，當出現電量不足的現象及時發出報警信號，加強對內存情況的實時檢測，當內存存在不足現象對數據采集效率產生不良影響，自動清空內存。另外，對面板堆石壩、重力壩和拱壩等混凝土結構，在出現溫度轉變的情況下，就會出現較高的溫度應力，從而對結構產生一定程度的損壞，減少其使用壽命。因此，工作人員充分物聯網技術的重要作用，結合溫度監測結構，對大壩噴淋系統進行有效管控，采用噴水降溫的方式對大壩安全進行有效保障。水庫大壩中部分大體積混凝土，如拱壩一般都會創建通水降溫系統，全面實時監測水庫大壩壩體內部溫度的監測，實現自動通水管控，進而有效保證水庫大壩不會產生溫度裂縫。

4 結束語

新時期，人們對水庫大壩安全監測工作開展的質量和效率進行更多的關注和重視。相關主管部門需要高度重視該項安全監測工作，充分發揮物聯網技術的重要應用優勢和價值，加強系統集成式監測、物聯網載體監測裝置、預測報警系統、物聯網技術增強安全監測管理等相關應用措施，全面提升工作開展的有效性。