水電站大壩監(jiān)測自動化的現(xiàn)狀分析

■　劉瓊

（貴州星光地測工程勘察有限公司貴州貴陽550002）

水電站大壩監(jiān)測自動化的現(xiàn)狀分析

■劉瓊

（貴州星光地測工程勘察有限公司貴州貴陽550002）

經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)也隨之發(fā)展起來，期中，水電站成為發(fā)電設備的主流產(chǎn)品，但隨之而來的水電站大壩安全檢測也成為大壩安全管理的主要問題，大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)成為評價大壩安全狀況的基礎資料，水電站安全檢測自動化系統(tǒng)可以準確而又快速的獲得檢測資料，使得大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)成為了有效控制大壩安全的輔助手段，本文中，通過回顧以往水電站大壩安全檢測的發(fā)展過程，客觀而且全面的評價了水電站大壩安全檢測自動化現(xiàn)狀，希望可以給讀者一些建議。

水電站自動化大壩監(jiān)測

近年來，我國水利工程技術發(fā)展迅速，水電站大壩的監(jiān)測手段也越來越豐富，并逐漸向著自動化的方向發(fā)展。技術人員注意引進先進的自動監(jiān)測技術，有效提升了水電站大壩的監(jiān)測能力，提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準程度，同時改善了測量條件。這種自動化的技術減輕了監(jiān)測人員的工作壓力，節(jié)約了監(jiān)測活動的成本。雖然自動化安全監(jiān)測工作取得了很多成效，但是仍存在一些亟待解決的問題，如監(jiān)測系統(tǒng)的可靠程度不高、性能不夠穩(wěn)定、針對性有待增強等。隨著技術進步，更多自動監(jiān)測水電站大壩的新產(chǎn)品將會得到推廣，大壩監(jiān)測技術系統(tǒng)將在確保實用功能的基礎上，向著功能齊全、性能完善、測量精準的方向轉變，逐步實現(xiàn)安全監(jiān)測手段的自動化。

2　水電站大壩監(jiān)測內容

大壩的安全檢測工作，貫穿于水電站大壩施工、運行和維護的整個過程。主要的檢測活動包括：監(jiān)測方法的采用和設備設施的研制開發(fā)、監(jiān)測方案的設計、監(jiān)測設施的埋藏和布置、監(jiān)測數(shù)據(jù)結果的收集，傳送和歸類，以及對監(jiān)測相關資料的分析探究。在對水電站大壩進行安全檢測的過程中，還要對大壩實際的運行狀況進行評估和測算。

2.1監(jiān)測事項

不同等級的水電站大壩，對于監(jiān)測事項的要求也不盡相同。具體而言，運用儀器設備進行監(jiān)測主要包括以下事項：

（1）對大壩周邊環(huán)境的檢測。包括對水庫上游和下游水位高低、水庫水溫、空氣環(huán)境溫度、大壩底部泥土淤積程度和大壩下游的淤泥沖擊程度的檢測。

（2）對水流滲出和大壩情況的安全檢測。對水流的監(jiān)測包括:環(huán)繞大壩的水流量，水流的滲出量，滲出水流中的各種物質，包括水流中的各種化學物質，對混凝土的壓力檢測，大壩形狀的檢測，大壩地基的堅固與否，大壩主體的水平與垂直方向的移動情況，混凝土的傾斜程度的檢測，等等，這些都是關于大壩形狀變化的檢測。

（3）對原材料應力和溫度的檢測。這類檢測內容包括混凝土大壩原材料的應力和抗壓性能檢測、鋼筋材料性能檢測、鋼管和蝸殼的應力檢測、混凝土與大壩地基的溫度檢測，以及土石材料縫隙中水土壓力的檢測。在這些項目中，變形和水流滲出是最主要的檢測項目。

3　大壩安全監(jiān)測

大壩監(jiān)測工作貫穿于壩工建設和運行管理的全過程。監(jiān)測工作包括：觀測方法的研究和儀器設備的研制、生產(chǎn)，監(jiān)測設計，監(jiān)測設備的埋設安裝，數(shù)據(jù)采集、傳輸和儲存，資料整理和分析，大壩實測性態(tài)的研究、評價等。

3.1主要監(jiān)測項目

在大壩安全檢測中，主要會檢測環(huán)境，壓力，壩體的形變等，以下為大把檢測的具體內容：

3.1.1環(huán)境量監(jiān)測

上下游水位、壩前淤積、下游沖淤、庫水溫、氣溫。

3.1.2滲流監(jiān)測

滲流量、滲水透明度及化學分析、混凝土壩的揚壓力、繞壩滲流、土石壩的浸潤線、導滲降壓等。

3.1.3變形監(jiān)測

水平位移和垂直位移，接縫和裂縫，混凝土壩的撓度和傾斜，土石壩的固結等。

3.1.4應力應變及溫度監(jiān)測

混凝土壩的混凝土應力、混凝土溫度、壩基溫度、土石壩的孔隙水壓力、土壓力。

3.2主要檢查項目

在大壩的施工期間，除了日常中對各個儀器進行檢測外，還需要對整個壩體進行巡查，具體表現(xiàn)為：

3.2.1壩體

相鄰壩段間的錯動情況，伸縮縫開合及止水情況，壩面、廊道壁、寬縫內表面的裂縫及漏水情況，混凝土有無破損、溶蝕及侵蝕現(xiàn)象，排水孔工作狀態(tài)，滲水量和水質有無顯著變化等。

3.2.2壩基和壩肩

基礎巖體有無擠壓、錯動、松動、鼓出，壩體與基巖結合處有無錯動、開裂漏水，壩肩有無裂縫、滑坡、溶蝕、繞滲，壩基排水設施工作是否正常，滲水水量及渾濁度有無顯著變化等。

3.2.3引水和泄水建筑物

進水設施有無淤堵、損壞，泄水建筑物有無裂縫及損傷，消能設施有無磨損、沖蝕，下游河床及岸坡沖淤情況等。

3.3監(jiān)測和檢查次數(shù)

儀器監(jiān)測的次數(shù)因項目和階段而異。第一次蓄水前及第一次蓄水后頭五年運行中，一般每旬一次至每月一次；第一次蓄水期一般每天一次至每旬一次；經(jīng)過第一次蓄水且運行超過五年后，一般每月一次至每季度一次。各時期上下游水位及氣溫每日均需觀測。內部觀測的傳感器在埋設后頭一個月內要加密測次，間隔從4h，8h，24h到5d，以后逐漸轉入正常頻次；巡視檢查分為日常巡查、年度巡查及特殊巡查三類。日常巡查在施工期宜每周一次；水庫第一次蓄水或提高水位期間每1～2d一次，正常運行期間每月不少于一次，汛期特別是高水位期應加密檢查次數(shù)；年度巡查應每年2～3次，在汛前、汛后及高水位、低氣溫時進行；特殊巡查在發(fā)生有感地震或大洪水以及其它特殊情況下立即進行。

4　水電站大壩安全監(jiān)測自動化的發(fā)展動態(tài)

水電廠管理現(xiàn)狀還需要結合基本國情，提升大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，應用外國先進的技術與管理結合現(xiàn)代最新的管理技術，對大壩安全監(jiān)測進行實時控制，開發(fā)一套技術設備與管理體系。日前，在線監(jiān)控包括三個主要部分，1在線檢驗與計算，2在線檢測數(shù)據(jù)與采集，3在線快去安全評估。期中在線數(shù)據(jù)采集是核心內容，即第一次數(shù)據(jù)采集完成后，利用這次的數(shù)據(jù)進行建模，對于日后數(shù)據(jù)異常的問題進行及時有效的判斷與評估，這樣一來，不僅實現(xiàn)了快速，準時的獲得大壩運行資料，還減少了檢測人員的工作量，對于水電站大壩安全監(jiān)測自動化發(fā)展有重要意義。

4.1水平位移自動化監(jiān)測設施

現(xiàn)在的科技，特別是通信技術和微電子技術取得了巨大的進展，現(xiàn)在主要沿著自動化監(jiān)測遙測儀進行發(fā)展，現(xiàn)階段，我國的遙測儀有:電感式，激光式等，目前，我國在水電站大壩安全監(jiān)測應用較廣的水平位移自動化監(jiān)測設施主要是垂線和引張線。常用的垂線、引張線坐標儀有感應（電容）式和步進電機式兩種，步進電機式垂線坐標儀利用步進電機帶動紅外探頭跟蹤垂線，通過對驅動步進電機的電壓脈沖計數(shù)而獲得垂線的位移；感應式儀器是利用電感原理或電容感應原理研制。其中電容式測讀速度快，但對環(huán)境要求很高，且線體太長時中間極易偏離。然而步進電機測讀速度慢，但對環(huán)境的要求不高，長期穩(wěn)定性較好。

4.2垂直位移自動化監(jiān)測設施

水電廠大壩垂直位移大多采用靜力水準系統(tǒng)進行自動化監(jiān)測，觀測水平位移的真空激光準直系統(tǒng)還能同時監(jiān)測垂直位移。光電式坐標儀是利用物鏡將垂線圖形投射在一光電二極管集成塊上，通過電子線路轉換成垂線位移。激光式儀器是利用激光進行監(jiān)測的儀器。在實際的監(jiān)測中，應用較多的靜力水準儀有差動變壓器式、電容式和CCD式，還有很多，例如：弦式、步進電機式等只在個別工程中得到應用。近年來，已有一些工程嘗試過對監(jiān)測土石壩內部分層沉降的水管式沉降儀采用增設自動充水裝置，并設液壓傳感器的方式實行自動化監(jiān)測，也有一些工程嘗試用進口弦式液壓沉降計和固定式水平測斜儀結合布置來實現(xiàn)土石壩內部沉降的自動化監(jiān)測，但從應用情況看，效果并不是十分的理想。

4.3揚壓力和地下水位

水電站大壩的揚壓力和地下水位的觀測一般采用滲壓計和測壓管，現(xiàn)在很多的水電廠應用的是國外生產(chǎn)的弦式滲壓計，這種弦式滲壓計的耐久性和穩(wěn)定性都比較好，但測值受大氣壓變化影響較大。所以在小量程監(jiān)測時，可采用通氣式弦式滲壓計，但在潮濕的環(huán)境中，很難保證通氣管干燥，這時就要采用增設氣壓計等方法對測值進行修正。壓阻式滲壓計在一些水電站也有應用，它首先要通過變送器，然后輸出的是標準電流或電壓信號，這樣會使監(jiān)測精度提高很多，但其并不能長期穩(wěn)定的運行，所以首先要加強它的長期穩(wěn)定性。

5　結束語

經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，水電站大壩安全檢測自動化系統(tǒng)的也有了質的突破，在這方面引進了國外先進的管理與技術，使得大壩安全檢測能力有了大幅度的提升，不僅改進了檢測條件，而且還利用自動化系統(tǒng)，提高了監(jiān)測的精讀，另一方面，還實現(xiàn)了系統(tǒng)的自給自足，減輕了勞動強度，當然，這些優(yōu)點的背后，也存在著不少的問題，比如說，系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性和有效性有待加強，隨著科學技術的不斷進步，預計將有大規(guī)模的自動化監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)，新的產(chǎn)品必然會更加強大，更加可靠，測量也會更加準確，維護等其他方面也必然會向著智能化方向發(fā)展，所以，本文主要就水電站大壩安全檢測自動化系統(tǒng)進行了分析與討論，并對他的發(fā)展前景進行了講述，希望廣大讀者可以引起共鳴。

[1]方衛(wèi)華.大壩安全監(jiān)測自動化中幾個概念的新含義和標準化探討[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2003，27（2）.

[2]李民，柳楊，汪海平.監(jiān)測自動化的發(fā)展及網(wǎng)絡技術對其的影響[J].中國農(nóng)村水電及電氣化，2005（2）.

[3]董志榮.NA3003電子水準儀在三峽工程安全監(jiān)測中的應用[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2002（2）.

TM622[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-178-2