水库大坝安全自动化监测技术探析

水库大坝安全自动化监测技术探析

莫树禧

东莞市松木山水库管理处523808

摘要：在水库大坝应用过程中，安全监测是保证其安全性、可靠性的重要手段，因此针对水库大坝采用安全自动化监测系统有着重要的现实意义。文章分析了大坝自动化监测的重要意义，总结我国现阶段大坝安全自动化监测内容及设备发展现状，提出一般的大坝安全自动化监测系统的常规结构及功能，并对其后续的发展做出展望。

关键词：水库；大坝；安全监测

引言

通过安全监测自动化技术可以对水库大坝的安全进行很好的监测，这也是减少风险，确保水库大坝安全的重要措施。其具体的贡献可表现在对工程的施工进行改进和指导、对大坝的安全运行进行监控、对大坝的突发事件进行预警及识别等，可有效将大坝的风险降低，确保水库大坝的安全可靠的运转。

一、水库大坝自动化监测的重要意义

具体而言，针对水库大坝运用采用自动化监测技术的重要意义主要体现在以下几个方面：提高工作效率。传统水库大坝安全监测工作既费时又费力，比如需要观测30支测压管时，就需要一人测量、一人记录，通常两人合作的工作时间都能达到2.5h；并且大坝所处测量区域通常具有地形复杂、测量结果影响因素复杂等特点，因此，不仅劳动强度大，而且无法保证工作效率。而采用安全自动化监测系统仅需通过计算机即可完成监测，不仅耗时小，而且可以适时观测，了解所有测压管任何时刻的观测值，大大提高了工作效率，降低了人工的劳动强度。其次，提高观测精度。人工测量结果受诸多主动因素及客观因素的影响，比如测绳伸缩量的大小、蜂鸣器稳定性的好坏、测量方法、测量技术人员的专业能力等等，因此会出现较大误差。而在自动监测系统中，所有信号通过数字形式传递至数据处理终端，将测量数据受干扰因素降至最低，且传输距离长，可满足大部分水库的要求，大大提高了测量精度。强大的系统功能。传统测量方法中，采集野外数据均是通过人工作业来完成，且采集数据仅是测量第一步，后续还要进行计算、校核、点绘成图、整理资料等大量的内业工作，这些均需要大量人力完成，无形中增加了数据误差的机率。而利用自动监测系统完成上述一系列工作，可以实现根据需要生成各种美观又实用的表格、曲线，大大提高了技术交流的便利性，且资料保管也更加简单。

二、水库大坝安全自动化监测的发展现状

现阶段大坝安全自动化监测的主要内容包括变形监测、渗流监测及应力监测等三大项，其中变形监测主要包括两种，即水平变形与垂直变形。一般情况下，将传统器设置在坝顶与坝后实现垂直变形的监测，而将传感器置于坝体内部，则可实现水平变形与沉降变形的监测。渗流监测的主要参数包括渗透压力及渗流量，每隔一个坝段需均要设置一个传感器，其主要作用是采集排水沟内的积水数据，再由系统中央处理系统根据这类数据对大坝的渗流情况做出准确分析。一些大型的水库还会进行大坝的应力监测，此处不赘述。

水库大坝安全自动监测应用到的设备包括传感器、测量控制设备、其它辅助设备等。其中传感器的主要作用是负责采集现场数据，再将现场数据传输至中央处理器进行分析。现阶段传感器已经非常智能，可采集的数据范围包括了水平位移、垂直位移、扬压力、地下水位、渗流量、应力及应变等数据。测量控制设备的主要作用是实现水库大坝安全监测设备的各项工作流程，具体而言就是对传感器、通信设备、存储设备、电源设备及其它辅助设备的正常作业进行控制，形成一个程序化的作业流程。量测控制设备内设置有数据存储芯片、自带电源及蓄电设备，还具备强大的兼容性，可兼容多种通信协议，可实现无线及有线的数据传输方式。其它辅助设备主要包括绘图设备、打印设备等，这类辅助设备的主要作用是对大坝安全监测系统功能的拓展与优化。

三、水库大坝自动化监测系统的维护管理与使用

对大坝安全的监测是日常监管中既平常又重要的一个环节，安全监测有利于保证水库的安全运行和下游人民群众的生命财产安全。对于大班安全监测的主要手段实在坝体周围安装安全监测仪器，方便工作人员对水坝进行安全监管控制，这主要是因为坝体自身的结构十分特殊且复杂，大把周围的环境因素较复杂，因此需要格外重视安全问题。工作人员可以通过检测仪器传输的数据，来判断坝体是否出现渗流、渗压等安全隐患，当发现问题后可以及时对出现的问题进行处理，防止更严重的安全问题发生。

当水坝处于蓄水时期时，安全监测的重点应当是水坝顶部，因为此时大坝顶部极易出现细微的裂缝，当水位升高以后，顶部的裂缝会因为水的冲刷而变大，这会严重影响水坝的安全。一般情况下新建的水坝会在第一次蓄水时候产生裂缝，因此就要求安全监测人员格外重视蓄水时期的安检工作，增加人员和巡视次数，以便水坝能够安全运行。

当水坝正常投入使用后，也不可忽视对水坝的常规安全检查和日常维护，要时刻关注检测仪器传输的数据，当发现有安全隐患的时候，要及时安排技术人员进行检查，将隐患排除在萌发状态。

关于大坝的安全检测问题，应当大量收集关于当地的气象气候、地理环境、库区岩石结构的渗水性、水文特征、雨季汛期时期、洪水预警系统以及水库调度相互结合，为安全监测人员提供大量有效的参考数据，这样才有利于保障大坝安全，同时也能够为水库的安全运行带来保障。

四、水库大坝安全监测系统的构成及功能

4.1系统构成

随着自动化技术被逐渐的推广，其主要的技术构成和工作原理也是我们工作人员需要掌握的，目前所使用的自动化技术主要由水平、垂直位移传感器、智能传感器、地下水位监测装置、中央控制设备几大部分组成

①水平、垂直位移传感器。根据我国混凝土大坝的具体使用情况来看，水平位移传感器目前主要分为垂线和引线两种，其主要的工作方式为两种即电机式和电容式。电机式在进行监测时比较慢，但对工作环境要求不苛刻，而且具有很好的可靠性；电容式在监测时出结果比较快，就是对工作环境要求很严格，并且如果线路过长的话容易导致偏离，使得监测结果不够准确。同时，近几年随着科技的不断发展，激光垂直监测也是陆续在监测工作中得以应用，虽然其应用的效果非常好，但是成本造价过高，且后期的保养维修费用也很高，必然无法得到大范围的推广使用。采用电信号引线的方式来监测位移的单位比较少，而且效果不是很理想，还需不断改进。如今，自动化技术以日趋成熟，越来越多的水库开始重视对于自动化技术的应用，像高精度的自动化扫描仪的应用，实现对大坝的实时监测，在结合远程定位系统，扩大自动化监测的范围，确保大坝的正常运行。

②智能传感器。计算机技术的不断发展，为智能传感器的应用提供了坚强的技术保障，通过与计算机技术的有机结合，实现信息和感应技术的同步化，并且对监测点的选择上更加的科学合理，提高了监测的效果和效率，避免了去铺设电缆的复杂工作，还节省了人力、物力。

③地下水位监测装置。在对水库的地下水位进行监测时，目前使用最为广泛的是进口的弦式渗压计，其优点是持久耐用，稳定性高，不足之处是易受到大气压的影响，进而造成监测数据的不准确。在具体的使用过程中，要辅助增设气压计，以保持渗压计内部的干燥性，从而确保监测数据的准确性。

④中央控制设备。其由后备电源、监控装置、显示装置、任务主机以及其他的辅助设备构成。在计算机技术、网络技术不断发展的今天，对于水库大坝以逐步形成以局域网形式的监控监测系统，切实保证大坝的正常运行。可见，随着工业控制计算机技术的应用，中央控制设备已逐渐的被计算机技术和自动化技术所取代，并且工业控制计算机具有适应环境能力强，稳定性高的特点，使得自动化监测可以持续进行，可靠性也得到提高，而且价格方面也具有优势，故而，得到越来越多的大坝及工程单位的认可和应用。

4.2系统功能

具体而言，水库大坝安全自动监测系统的主要功能包括以下几种：数据采集。监测系统可以针对各种传感器信号进行监测，包括频率、电压、电流、脉冲、数字编码等等；数据通信与资源共享功能，中央控制室可以向测量控制单元发送指令，而测量控制单元所采集的数据也会传输至中央控制室，二者实现双向通讯，达到资源分级共享的管理目标；资料维护与管理。与其它常规系统一样，安全监测系统针对各种监测项目的考证资料、监测资料具有维护与管理功能，以保证资料的连续性与完整性。

结束语

现阶段水库大坝安全自动监测系统还存在诸多不足，比如野外采集信号不稳定、施工质量存在问题，埋下系统隐患等。但是随着自动监测技术的进一步发展，监测领域将向着实时代、一体化、智能化、可视化的方向发展，会有越来越多的先进技术应用于该领域。未来该技术发展过程中将会有效解决现存问题，实现水库大坝安全自动监测技术的信息化、现代化发展目标。

参考文献

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