水庫大壩安全監測自動化技術在水庫安全中的應用

甘肅省酒泉市金塔縣鴛鴦池水庫管理所 王霄清

引言

科學應用自動化技術能夠有效提升水庫大壩安全監測的效果，但從目前來看，部分水利工程在開展的過程中并沒有真正體現出自動化技術的效果，基于此，有必要對其展開更加深層次的探索。

1 水庫大壩應用自動化安全監測的作用和應用原則

1.1 作用

自動化安全監測在水庫大壩中的有效應用能夠為水庫大壩更加安全平穩運行提供保障，其具體的安全監測內容涉及混凝土大壩、邊坡以及地下水等，其最主要的目的便是能夠對大壩使用情況、周圍邊坡情況以及壩身裂縫情況進行實時動態的了解。這樣一來便能夠對大壩運行過程中所存在的各方面問題進行第一時間的明確，然后基于問題的實際情況及時采取妥善的處理措施，盡可能避免問題的進一步擴大對水庫的安全使用造成負面影響。而在洪水期間針對大壩開展安全監測工作能夠有效實現對于蓄洪以及泄洪速度的合理調控，尤其是對于運行一段時間的水庫大壩來說，高質量落實對其的安全監測工作能夠在現有的基礎上提升其本身所具有的洪水應對能力，最大限度保障其在洪水期間的安全性以及實際運行效率，將洪水所造成的損失降到最低。日常開展對于大壩的安全監測工作則能夠科學進行調水工作，以此為下游農業的持續平穩發展提供充足的水源，更好地應對干旱天氣。此外，通過對于各種安全監測數據的搜集能夠為大壩維護方案的健全和完善提供充分的參考，可以進一步增加水庫大壩的使用年限[1]。

1.2 原則

1.2.1 實時性

將自動化技術應用于水庫大壩的安全監測中需要確保其具有良好的實時性，對于水庫大壩的安全管理工作來說，其在監測范圍方面整體呈現出較廣的特點，與此同時，其在運行的每一個階段都要開展監測工作。工作人員在進行水庫大壩監測工作時應當強化開展對于水庫大壩水流量的管理工作，同時還應當針對水流量的相關數據進行深層次的分析，這樣一來便可以有效提升監測的實效性，為管理工作效果的提升創造良好的條件。

1.2.2 可靠性

除了實時性以外，自動化技術的應用還應當嚴格遵循可靠性的原則。結合當前水庫大壩工作開展的實際情況來看，部分負責安全管理工作的人員本身在管理技能方面存在欠缺，再加上一般水庫大壩所處的環境條件比較局限，所以水庫大壩安全管理工作的開展有著極高的自動化技術應用要求。但在實際進行管理工作時有極大的可能性會面臨一定的安全問題，基于此，相關管理工作人員應當在現有的基礎上提高自身的管理技能，并科學采取相應的措施，切實保障其自動化安全管理的實效性。

2 水庫大壩安全監測自動化技術在水庫安全中的應用——水庫自動化監控系統

2.1 工程案例

本文主要是從我國某地區水庫大壩的實際情況出發，對其水庫自動化監控系統的構建進行詳細分析，該水庫水電站使用的是混合式開發模式，該水庫的正常蓄水位是398 米，庫容在6330 萬m3左右，其設計應用流量為2640.9m3/s，與此同時其電站裝機容量為772MW。該水電站工程的構成包括眾多建筑物，具體涉及船閘、尾水渠、電站主廠房、非溢流壩、右岸太平副壩以及左岸副壩等。

2.2 系統構成

對于該水庫大壩的自動化安全監控系統來說，其本身屬于一個多層結構系統，相對于以往所應用的監控系統來說，其在應用過程中有著一定的特殊性，其服務器的終端能夠直接達到業務數據層和規則層，而其用戶端的操作界面均是由Web 頁面所構成的。對于水庫大壩自動化監控系統來說，其主要是對功能展開進一步的分層工作，所以會在一定程度上提升數據系統結構的合理性以及簡單性，并有效實現對于功能的健全。而服務器終端則會負責數據系統的運行、升級以及日常維護工作，客戶端本身將不會負責進行數據系統的管理，此舉可以為管理者更好地開展專業工作提供必要條件。結合我國當前在水利自動化管理方面發展的實際情況來看，亟待進行自動化水庫大壩安全監管，以促進水庫安全運行[2]。

2.2.1 水情自動監控系統

水情自動監控系統是水庫大壩自動化安全監控系統至關重要的組成部分，該系統能夠充分同防汛要求相適應，可以事先對于水情信息展開實時動態的監測并進行預報[3]。對水庫所在地區自然降水量、外界氣溫以及河流徑流量等內容進行全面搜集，充分實現對于計算機技術以及電子通信技術的應用，構建起健全和完善的調度管理系統，在此基礎上進行洪水預警以及水情數據判斷等工作，這樣便可以真正實現調度決策以及水庫運行效果的提升。該系統具體的構成包括以下幾方面。

首先便是遙測站，其主要是在庫區的周邊地區進行安置，以實現對于氣象、水文以及水情等信息的收集，同時及時將相關信息傳送至中心站。遙測站由通信設備、傳感器以及計算機終端所構成，其主要可以實現對于相關監控數據的及時收集以及高質量的傳輸工作，此外其還具備良好的預警功能，可以實時動態地將水庫水情反映給各相關工作人員，而設備自身還能夠展開自我維護工作。中心站則主要是負責對遙測站所傳來的水情信息進行接收，接下來便可以通過使用計算機系統實現數據整理和存儲以及實時遙測等功能。中心站主要是在水庫調度中心進行設置，可以同閘門監控系統聯合使用，高效完成向相關策展發布質量以及執行數據處理等工作，最終向有關部門進行具體水情的報告。

2.2.2 大壩安全監控系統

對于水庫來說，水庫大壩是至關重要的組成部分，其承擔著對水庫巨大能量進行攔蓄的功能和責任，無論是在前期勘測、工程設計還是具體施工以及管理運行等方面都有著一定的使用周期。

基于此，在水庫正式投入運行之后，水庫大壩工程的實際情況將會在受到眾多因素的影響下出現變化，例如在時間推移以及環境改變過程中其水文地質條件較之以往將會呈現出一定的變化。與此同時，大壩材質在長時間的運行中也面臨著老化的問題，再加上運行時間、地理因素以及區域氣候等多方面因素的制約下，水庫大壩工程潛藏著較多的安全隱患，基于此，有必要大力開展數據分析以及自動化監測工作。在水庫安全監測中，水庫大壩是較為主要的監測對象之一，具體的監測項目涉及大壩的溫度、應力以及形變等內容，科學進行水庫大壩安全參數的在線檢測工作能夠獲得更為精確完整的數據信息，對于后續水庫整體安全優化以及防洪調度工作的開展有著一定的參考價值[4]。

分布式水庫安全監控系統的構成包括通信網絡、傳感器、測量控制單元以及水庫自動化系統等，合理應用該安全監控系統，可以針對大壩展開更加實時的自動化監控工作，并形成具有較高清晰度以及可靠性的圖表資料，這有助于更好地實現對于大壩的安全評估。MCU 主要是在大壩附近的觀測間內進行安置，并將其同傳感器連接起來，其前置機是由兩臺計算機所構成的，其中一臺負責進行通信處理，另一臺則為備用計算機，將計算機網絡同檢測系統的各MCU 連接起來，這樣一來便能夠實現對于監測數據的高質量采集。此外，其能夠將完成處理工作的信息數據向水庫調度自動化系統中進行傳輸，進而完成相應的存儲數據以及水情預報等工作，監測系統的合理應用可以全面實施對于水庫的高效監控工作，其基本上是從水情的實際情況出發，綜合區域氣象以及流域水文等信息對水庫大壩此時的安全等級進行及時評價，促進大壩后續更為平穩安全地運行。大壩安全監控系統構成如圖1 所示。

圖1 大壩安全自動監控系統

2.2.3 視頻監控系統

視頻監控系統的應用是實現水庫大壩現代化安全管理的基礎性內容，其主要的作用便是第一時間對水庫大壩此刻的具體信息進行反映，作為參考輔助后續的決策。例如，監控工作人員能夠基于視頻監控系統，對各種設備的實際運行情況進行實時查看，進而打破時間地點的限制，提升工作人員對于設備運行的控制效果，最大限度提升設備操作的合理性以及安全性，并保障其良好的自動化水平。視頻監控系統的高質量應用可以保障水庫的安全運行，結合本工程項目中視頻監控系統的應用情況來看，其既高效緩解了水庫設備運行所面臨的監管效率不高的問題，還可以在現有的基礎上提升水利部門在水庫管理方面的效果[5]。

2.3 技術應用

自動化技術是水庫大壩安全管理中比較關鍵的內容之一，具體體現在以下幾方面。變形監測是自動化技術中至關重要的組成部分，其在水庫大壩安全管理中發揮著基礎性作用，工作人員能夠通過對變形監測技術的應用，實時動態地開展對于當前水庫大壩位移情況的監測工作，若是發現其位移過高便要第一時間對該現象進行反饋，以便于高效解決這一問題，為水庫大壩的持續運行創造良好的條件。除了變形監測技術以外，在進行水庫大壩安全管理的過程中還應當強化對于滲流監測技術的合理應用，在此基礎上科學合理地在基礎廊道上布置相應的壓力觀測孔，并確保其監測點的科學設置，后續則要及時對監測點展開監測工作，對相應的分區流量以及總滲流量進行確定，充分明確其整體的滲流狀況。現如今我國現代化信息化技術水平實現了進一步的提升，而大數據技術開始在多領域發展中實現了廣泛應用。基于此，在針對水庫大壩展開安全管理工作時也應當合理使用大數據手段以及信息技術，從當前水庫大壩的具體情況出發對數據庫進行構建。與此同時，安全管理人員應當全面開展對數據庫各項數據的分析工作，以便于全面掌控水庫大壩運行情況，進而基于相關數據合理預測其運行階段潛在的各種管理故障，并事先制定妥善的應對措施，這樣便能夠在極大程度上提高其整體的安全管理質量和效率[4]。

管理裝置是水庫大壩自動化安全管理不可或缺的組成部分，相關管理人員應當積極開展智能化建設工作，強化落實對于智能化傳感器的應用，充分實現傳感器和信息技術的有機結合，這樣便能夠從技術層面提高水庫大壩的監控水平。一旦水庫大壩在運行過程中存在不足，便能夠第一時間向上進行反饋，使得管理人員能夠精確實現對于監測點的設置，最終促進其管理工作成效的提升。在管理裝置方面，相關管理工作人員需要注重對于滲壓計的合理應用，滲壓計本身便是一種比較重要的地下水監測裝置，可以幫助工作人員科學監測地下水位。若是地下水位存在一定的偏差便可以及時向上反映這一問題，與此同時，因為滲壓計裝置本身有著穩定性和耐久性較強的特點，所以能夠有效支撐水庫大壩安全管理工作的持續平穩開展，并呈現出了極為廣闊的應用范圍。管理人員在開展安全管理工作時需要靈活使用自動化技術，創新升級現有的管理體系，如果水庫大壩安全管理體系存在欠缺便會在極大程度上影響后續工作的高質量開展，基于此，應當積極構建起科學有效的安全責任制，并對相關責任進行詳細劃分，使其能夠落實到每位工作人員身上[5]。

3 結論

綜上所述，強化應用水庫大壩安全監測自動化技術能夠切實保障水庫在運行過程中的安全性及穩定性，對于其所獲得的經濟效益以及社會效益的提升有著積極的促進作用。因此，相關工作人員應當加強對于該部分內容的重視，并科學構建起相應的安全監控自動化系統，切實發揮出其對于水庫安全的保障作用。