水庫大壩安全自動化監測質量問題及改進策略

馬新涌 楊德成

摘 要：本文在簡要闡述水庫大壩安全監測主要內容的基礎上，對當前水庫大壩安全自動化監測工作中存在的主要問題進行概括，并探究總結解決問題，提供水庫大壩安全自動化監測質量的具體策略，以期促進水庫大壩安全管理的質量水平提升。

關鍵詞：水庫，大壩，安全自動化監測

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.08.033

1 水庫大壩安全監測的主要內容

滲流監測和變形監測是水庫大壩安全監測的兩個主要工作內容。其中，“滲流監測”需要對滲透壓力、滲流量兩項參數指標進行實時監測，“變形監測”需要從垂直和水平兩個方向出發，實時監測水庫大壩整體結構是否出現位移情況。此類監測多用于大型或重要的水庫大壩，小型大壩則沒有硬性規定。作為一項復雜度較高的工作，變形監測的實施質量能夠直接影響水庫大壩的使用壽命[1]。

2 水庫大壩安全自動化監測存在的主要問題

2.1 自動化監測系統的功能有待提升

從實際情況來看，現階段，很多水庫大壩所使用的監測系統，都存在系統功能單一、落后的問題，常見表現為：系統只具備基礎的數據信息實時采集、整理、儲存和傳輸功能，而沒有嵌入大壩結構3D建模及可視化分析、安全風險評估及預警、基于人工智能技術的數據模擬分析等更為智能化的技術或功能，以至于監測數據的價值未能得到充分挖掘，自動化監測的優勢未能得到充分發揮，從而無法最大限度保證大壩安全管理工作的質量和水平[2-3]。

2.2 自動化監測設備的配置有待完善

從實際情況來看，自動化監測設備配備不完善，也是水庫大壩安全管理工作一個常見的問題。主要表現有：未能及時對當前配備的自動化監測系統進行更新和升級，以至于部分監測儀器設備存在功能落后、年久失修的情況，導致儀器設備的精密度和可靠性無法滿足現階段的安全監測要求。或者，存在監測設備的配置數量和位置與實際要求不符的情況，導致監測數據缺乏全面性和代表性，從而影響水庫大壩安全自動化監測的質量和效果[4]。

2.3 自動化監測的模式有待優化

自動化監測模式單一也是現階段水庫大壩安全自動化監測工作存在的一個主要問題。從實際情況來看，很多水庫大壩在開展安全監測工作時，過于依賴自動化監測系統，未能構建多種安全監測方法整合運用、多層面監測數據相互印證和支撐的安全監測模式，以至于無法最大限度保障水庫大壩安全性評估的全面性，存在一定的安全管理隱患。

3 提升水庫大壩安全自動化監測質量的策略

3.1 注重自動化監測系統的功能優化

水庫管理部門可通過以下措施對水庫大壩安全自動化監測系統的使用功能進行優化更新，以此改善監測系統層面存在的問題，獲得更好的監測效果：（1）在自動監測系統中嵌入基于人工智能技術開發的大壩安全分析評價預報系統。該系統能夠利用計算機、大數據及人工智能技術，根據監測數據自動開展壩體裂縫分析、浸潤線分析、位勢分析、過程線分析等數據深度處理分析工作，并通過模糊綜合評價模型、人工神經網絡評價模型、灰色關聯度評價模型等數字模型的構建，對大壩安全性進行智能分析，當發現潛在安全風險后會在第一時間發出的預警信息。（2）對系統通信形式進行優化。優先采用光纖傳輸作為系統的主要通信方式，以此降低外界噪聲、電磁輻射等因素對數據信息傳輸過程的干擾，保證監測數據傳輸的完整性和質量性。光纖傳輸分為單模和多模兩種傳輸模式，前者適用在長距離、大容量的傳輸系統中，后者在使用時需要通過降低傳輸數據率的方式來防止信號碼元串擾[5]。

3.2 注重自動化監測設備的科學配置

前端監測設備的功能性、配置數量和設置位置能夠直接影響監測數據的采集速度、質量以及全面性，因此，為進一步提升水庫大壩安全自動化監測的質量，水庫安全管理部門應通過以下措施來保證自動化監測設備的配置合理性及工作效果：（1）科學選用傳感器。自動化監測系統在運行過程中，會利用中央控制傳感器、位移傳感器、地下水位傳感器等多種類型的傳感器來獲取水庫大壩安全管理所需的各類數據信息，可見，傳感器的功能性及其數據采集的精準性和及時性，對水庫大壩的安全性分析和安全管理具有決定性影響。為最大限度保證監測數據采集的精準性，在傳感器選用方面應優先選用環境適應性強、抗干擾能力強、智能程度高、數據傳輸穩的傳感器，如：振弦式傳感器、智能傳感器、靜力水準儀等。與此同時，還應確保所用設備的測量精度符合國家相關規范標準及實際監測要求，如：若選用S10監測接收機進行表面位移監測，則應保證設備精度滿足水平±2 mm+1 ppm、垂直±4mm+1 ppm；若選用HSST-SYH跟蹤式滲壓遙測儀進行滲壓監測，則應保證設備精度滿足變幅在0～25m之間、測量基本誤差≤±1 cm。（2）科學設定監測設備的安裝位置。不同位置所獲得的監測數據存在一定的差異性，為保證監測數據符合安全性評估的需求以及數據本身的精準性和代表性，必須要對自動化監測設備的安裝位置進行科學確定：一方面，根據水庫大壩的類型，嚴格按照《土石壩安全監測技術規范》（SL 551-2012）、《混凝土壩安全監測技術規范》（DL/T 5178-2008）等規范標準中的技術要求，做好監測設備質檢、安裝、調試、驗收等工作；另一方面，結合水庫大壩建筑結構特征及實際監測需求，合理設定監測設備的安裝位置。例如：若要監測流量，則應將監測設備設置在基礎廊道以及壩體不同地段內，使其能夠對排水渠中的排水和積水情況進行監測；若要監測滲透壓，則應將監測設備設置在壩體底部或水渠中等[6]。（3）加強對監測設備功能和性能的把控，確保其滿足《大壩安全自動監測系統設備基本技術條件》（SL 268-2001）的要求，從而保證各項監測數據的精準性。以數據采集裝置為例：應保證其具備蓄電池供電功能且供電持續時間≥3 d；通道數在8～32個之間；可通過定時、單檢、巡檢、選測等多種方式進行數據采集；采樣時間≤30 s；平均無故障時間（MTBF）≥6300 h；平均維修時間（MTTR）≤2 h；數據儲存容量≥50測次；包含人工測量接口等。

3.3 注重自動化監測模式的完善創新

在自動化監測模式方面，雖然自動化監測系統具有突出技術優勢和使用效果，但水庫大壩安全監測不應完全依賴于自動化監測系統，而應將多種監測方法或模式整合運用，以此實現優勢互補、相互印證，從而最大限度保證監測數據和安全評估結果的科學性和準確性。例如：將儀器監測與巡視監測相結合，前者側重監測點的精準監測、后者側重外觀表面的宏觀排查，將二者聯合運用，能夠實現監測點與監測面上的相互兼顧和印證，從而一定程度上提高監測質量，做到“盡早發現、盡早處理”。又如：將自動監測與人工監測相結合，通過自動監測提高監測質量，通過人工監測驗證監測結果，避免因自動監測設備或系統故障而獲取到錯誤的數據信息，從而最大限度保證水庫大壩安全監測的質量[7]。

4 結 語

通過自動化監測數據和人工監測數據的對比分析，不難發現，二者在監測結果的變化趨勢方面具有明顯的一致性，通常情況下，同一位置二者間監測結果的誤差值在0～2 cm區間，但自動化監測的觀測周期較短，能夠及時表現出水庫大壩的變形情況，從而具有實現大壩安全信息化管理、安全性快速分析及遠程管理和咨詢等價值體現，能夠大幅度提升水庫大壩的安全管理質量和水平。因此，新時期背景下，水庫管理部門應通過自動化監測系統功能優化、自動化監測設備科學配置、自動化監測模式完善創新等策略，改善當前水庫大壩安全自動化監測存在的問題，全面提升自動化監測的質量和水平。

參考文獻

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作者簡介

馬新涌，本科，工程師，研究方向為泵站運行與管理。

楊德成，大專，助理工程師，研究方向為機電設備。

（責任編輯：劉憲銀）