水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)研究

瑪依努爾·托乎提

摘 要：水庫(kù)大壩是關(guān)系我國(guó)國(guó)計(jì)民生的設(shè)施，其安全監(jiān)測(cè)的重要性不言而喻。本文對(duì)水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的目的及意義進(jìn)行了介紹，對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容及技術(shù)構(gòu)成進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)大壩；安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化技術(shù)；研究

中圖分類(lèi)號(hào)： TV698.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2017）05-166-2

0 引言

通過(guò)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)可以對(duì)水庫(kù)大壩的安全進(jìn)行很好的監(jiān)測(cè)，這也是減少風(fēng)險(xiǎn)，確保水庫(kù)大壩安全的重要措施。其具體的貢獻(xiàn)可表現(xiàn)在對(duì)工程的施工進(jìn)行改進(jìn)和指導(dǎo)、對(duì)大壩的安全運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控、對(duì)大壩的突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)警及識(shí)別等，可有效將大壩的風(fēng)險(xiǎn)降低，確保水庫(kù)大壩的安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的目的及意義

當(dāng)前，我國(guó)已建成的水庫(kù)已達(dá)到八萬(wàn)七千座，而水庫(kù)又是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要基礎(chǔ)設(shè)施，因此，對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是非常有必要的。而且，我國(guó)的水庫(kù)多數(shù)都已修建了幾十年，個(gè)別的水庫(kù)已經(jīng)是年久失修，加之當(dāng)時(shí)建造時(shí)未能充分考慮水庫(kù)的防洪作用，為了確保大壩的防洪效果，必須對(duì)大壩及時(shí)修復(fù)加固，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。鑒于這種情況，對(duì)于大壩進(jìn)行科學(xué)安全管理和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已是各級(jí)水利部門(mén)工作的重點(diǎn)

①造成大壩出現(xiàn)故障的原因。首先，造成大壩出現(xiàn)故障的原因有很多，有人為因素，也有自然因素，比如，地震，山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。其次，人為因素主要是前期設(shè)計(jì)不到位，未能進(jìn)行綜合考量，使得大壩的水位過(guò)低，無(wú)法應(yīng)對(duì)大的洪澇災(zāi)害，再者是在施工過(guò)程中，人為的降低施工標(biāo)準(zhǔn)，使用標(biāo)號(hào)不夠的水泥，混凝土等，導(dǎo)致大壩在質(zhì)量和堅(jiān)固程度方面存在不足，無(wú)法應(yīng)對(duì)地震及山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的沖擊，或者隨著長(zhǎng)時(shí)間的服役，水流不斷地沖擊、侵蝕，致使混凝土脫落，鋼筋及基石裸露等安全隱患。

②對(duì)大壩進(jìn)行自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)的目的和意義。鑒于，我國(guó)大部分水庫(kù)大壩存在或大或小的問(wèn)題，安全管理形勢(shì)依舊嚴(yán)峻，建立健全水利安全管理體系已是迫在眉睫，同時(shí)將自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到對(duì)水壩的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)于大壩的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用一方面能夠切實(shí)掌握大壩的具體情況，確保大壩始終安全運(yùn)行狀態(tài)，另一方面，利用長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)制定出科學(xué)合理的大壩維護(hù)方案，以延長(zhǎng)大壩的服役年限。而且據(jù)調(diào)查研究，自動(dòng)化的應(yīng)用，提高了大壩對(duì)于洪水的應(yīng)對(duì)能力，使得水庫(kù)庫(kù)容始終保持在安全線以?xún)?nèi)，能夠有效降低洪澇災(zāi)害帶來(lái)的損失；根據(jù)降水情況，合理地進(jìn)行調(diào)水，確保下游農(nóng)業(yè)發(fā)展有充足的水源。可見(jiàn)，對(duì)大壩進(jìn)行自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)對(duì)防洪抗旱都有巨大的作用，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。

2 大壩自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)的原則

大壩自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)其特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)的環(huán)境比較惡劣、觀測(cè)的項(xiàng)目很多、測(cè)點(diǎn)的數(shù)量很廣、測(cè)點(diǎn)的范圍分布廣泛且不均勻以及集中監(jiān)測(cè)等。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況，要遵循一定的原則，具體要遵循以下原則，即實(shí)時(shí)、可靠、實(shí)用、先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)、通用以及可擴(kuò)充等原則。具體來(lái)講，由于大壩具有監(jiān)測(cè)面廣、監(jiān)測(cè)的數(shù)量多等諸多優(yōu)點(diǎn)，需要選用科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、先進(jìn)軟件的接口及網(wǎng)絡(luò)的軟件技術(shù)，快速的進(jìn)行傳輸及鏈接，實(shí)現(xiàn)大壩的實(shí)時(shí)性。大壩的監(jiān)測(cè)需要在斷電的情況下也能正常地保存數(shù)據(jù)，這就需要通過(guò)系統(tǒng)的備份及運(yùn)行的日志來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)安全可靠。監(jiān)測(cè)資料的整理及分析應(yīng)該將實(shí)際的問(wèn)題解決掉。在實(shí)際使用過(guò)程中，一定要選擇先進(jìn)的技術(shù)達(dá)到國(guó)家先進(jìn)的水平。系統(tǒng)要嚴(yán)格按照國(guó)家、國(guó)際及行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定進(jìn)行擴(kuò)充及連接。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該能夠滿(mǎn)足不同顧客不同的需求。為了更好地適應(yīng)未來(lái)社會(huì)的發(fā)展變化，大壩自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該盡量更加標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化，以滿(mǎn)足系統(tǒng)不斷進(jìn)行擴(kuò)充的需求。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容

①對(duì)于大壩的變形監(jiān)測(cè)。大壩的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是大壩最重要的部分，通過(guò)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)確保大壩的結(jié)構(gòu)不存在變形等情況。主要是針對(duì)大壩水平、垂直兩個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀察大壩是否存在位移的情況，這種方法也是目前大壩最為常用的監(jiān)測(cè)手段。針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的大壩一般在多個(gè)地點(diǎn)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而位移觀測(cè)現(xiàn)在只針對(duì)高壩或者重要的大壩，對(duì)小型壩則不在做硬性規(guī)定。對(duì)土石結(jié)構(gòu)的大壩，則需在壩頂設(shè)置水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而后每隔三五十米設(shè)一個(gè)水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

②對(duì)于大壩的滲流監(jiān)測(cè)。大壩的滲流監(jiān)測(cè)主要包括兩方面，即滲透壓力和滲流量，作為大壩安全監(jiān)測(cè)中非常重要的一項(xiàng)，滲流監(jiān)測(cè)一定要做到全天候，切實(shí)掌握滲透壓力和滲流量的詳細(xì)數(shù)據(jù)，確保大壩的安全運(yùn)行。對(duì)混凝土壩一般情況在基礎(chǔ)廊道安裝壓力監(jiān)測(cè)孔，并在壩體的不同地段安置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而滲流量的監(jiān)測(cè)則要結(jié)合水庫(kù)排水溝集水的具體情況來(lái)定，并進(jìn)行分區(qū)域監(jiān)測(cè)滲流量和總的滲流量。對(duì)于土石壩滲流量的監(jiān)測(cè)，主要是在壩底的集水處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，還要對(duì)大壩的左右兩側(cè)各安置地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)地下水的水位變化情況，從而分析出大壩滲流量的大小。

4 自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的構(gòu)成

隨著自動(dòng)化技術(shù)被逐漸的推廣，其主要的技術(shù)構(gòu)成和工作原理也是我們工作人員需要掌握的，目前所使用的自動(dòng)化技術(shù)主要由水平、垂直位移傳感器、智能傳感器、地下水位監(jiān)測(cè)裝置、中央控制設(shè)備幾大部分組成

①水平、垂直位移傳感器。根據(jù)我國(guó)混凝土大壩的具體使用情況來(lái)看，水平位移傳感器目前主要分為垂線和引線兩種，其主要的工作方式為兩種即電機(jī)式和電容式。電機(jī)式在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)比較慢，但對(duì)工作環(huán)境要求不苛刻，而且具有很好的可靠性；電容式在監(jiān)測(cè)時(shí)出結(jié)果比較快，就是對(duì)工作環(huán)境要求很?chē)?yán)格，并且如果線路過(guò)長(zhǎng)的話容易導(dǎo)致偏離，使得監(jiān)測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確。同時(shí)，近幾年隨著科技的不斷發(fā)展，激光垂直監(jiān)測(cè)也是陸續(xù)在監(jiān)測(cè)工作中得以應(yīng)用，雖然其應(yīng)用的效果非常好，但是成本造價(jià)過(guò)高，且后期的保養(yǎng)維修費(fèi)用也很高，必然無(wú)法得到大范圍的推廣使用。采用電信號(hào)引線的方式來(lái)監(jiān)測(cè)位移的單位比較少，而且效果不是很理想，還需不斷改進(jìn)。如今，自動(dòng)化技術(shù)以日趨成熟，越來(lái)越多的水庫(kù)開(kāi)始重視對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，像高精度的自動(dòng)化掃描儀的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在結(jié)合遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)，擴(kuò)大自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的范圍，確保大壩的正常運(yùn)行。

②智能傳感器。計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，為智能傳感器的應(yīng)用提供了堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)保障，通過(guò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息和感應(yīng)技術(shù)的同步化，并且對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇上更加的科學(xué)合理，提高了監(jiān)測(cè)的效果和效率，避免了過(guò)去鋪設(shè)電纜的復(fù)雜工作，還節(jié)省了人力、物力。

③地下水位監(jiān)測(cè)裝置。在對(duì)水庫(kù)的地下水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，目前使用最為廣泛的是進(jìn)口的弦式滲壓計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是持久耐用，穩(wěn)定性高，不足之處是易受到大氣壓的影響，進(jìn)而造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。在具體的使用過(guò)程中，要輔助增設(shè)氣壓計(jì)，以保持滲壓計(jì)內(nèi)部的干燥性，從而確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

④中央控制設(shè)備。其由后備電源、監(jiān)控裝置、顯示裝置、任務(wù)主機(jī)以及其他的輔助設(shè)備構(gòu)成。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，對(duì)于水庫(kù)大壩以逐步形成以局域網(wǎng)形式的監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，切實(shí)保證大壩的正常運(yùn)行?？梢?jiàn)，隨著工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，中央控制設(shè)備已逐漸的被計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)所取代，并且工業(yè)控制計(jì)算機(jī)具有適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，使得自動(dòng)化監(jiān)測(cè)可以持續(xù)進(jìn)行，可靠性也得到提高，而且價(jià)格方面也具有優(yōu)勢(shì)，故而，得到越來(lái)越多的大壩及工程單位的認(rèn)可和應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析了造成大壩出現(xiàn)故障的原因以及對(duì)大壩進(jìn)行自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)的目的和意義，指出了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，即對(duì)滲流進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及對(duì)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析了監(jiān)測(cè)技術(shù)的構(gòu)成，即水平、垂直位移傳感器、智能傳感器、地下水位監(jiān)測(cè)裝置、中央控制設(shè)備等。通過(guò)對(duì)水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)的深入研究，使我們更加明確了安全監(jiān)測(cè)的重要性，通過(guò)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的使用，也提高了安全監(jiān)測(cè)的效率，值得推廣和學(xué)習(xí)。

參 考 文 獻(xiàn)

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