淺談自動(dòng)化技術(shù)在水庫大壩安全管理中的應(yīng)用

1、<p>　　淺談自動(dòng)化技術(shù)在水庫大壩安全管理中的應(yīng)用</p><p>　　【摘要】我國的水資源相對(duì)匱乏，而且分布不均勻。因此，水庫對(duì)于調(diào)節(jié)水資源非常重要。在大壩的安全管理方面，自動(dòng)化技術(shù)以其特有的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用。本文將做詳細(xì)介紹。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化；大壩安全管理；應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU714文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

2、 </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　在水庫大壩的日常管理中，監(jiān)測(cè)工作是保證大壩安全的重要舉措。自動(dòng)化技術(shù)又作為一種方便有效的監(jiān)控手段得到廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　二、水庫大壩安全管理的基本內(nèi)容 </p><p>　　大壩安全管理監(jiān)控指的是通過一些特定的觀測(cè)儀器以及相關(guān)設(shè)備，對(duì)于

3、大壩主體以及相關(guān)建筑進(jìn)行各個(gè)方面的監(jiān)控檢查等工作。比如對(duì)大壩垂直和水平位移、大壩壩體出現(xiàn)裂縫的問題、水體對(duì)于大壩造成的浸潤線、水體滲流量、大壩的變形進(jìn)度、預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)、溫度變化以及壩體伸縮縫等因素的觀測(cè)和監(jiān)控以外，還要加強(qiáng)一些諸如抗震、滑坡等項(xiàng)目的管理監(jiān)測(cè)等，經(jīng)過這些安全管理項(xiàng)目的檢測(cè)，可以及時(shí)獲取大壩相關(guān)的安全信息數(shù)據(jù)等，便于為大壩下一步的安全管理提供參考，進(jìn)而方便進(jìn)行安全管理的決策。由于大壩的工作條件十分復(fù)雜，大壩壩體以及壩體基礎(chǔ),時(shí)

4、時(shí)刻刻承受著水流等的侵蝕，大壩的安全管理狀態(tài)是處于動(dòng)態(tài)中的，進(jìn)行定期檢測(cè)并不能保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全問題,只有利用現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)行即時(shí)的監(jiān)控管理和信息傳達(dá)，才能保證大壩的安全狀態(tài)處于安全監(jiān)測(cè)中。 </p><p>　　當(dāng)初進(jìn)行大壩施工時(shí)，可能因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案以及施工人員的疏忽，會(huì)造成大壩的某些缺陷 , 這些缺陷經(jīng)過一段長時(shí)間的運(yùn)行，加上外界的水流侵蝕、凍融風(fēng)化等各種因素，就會(huì)使得大壩的本體以及大壩基底出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，進(jìn)而

5、造成大壩安全問題，隨時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重的安全問題。只有利用現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)行即時(shí)的監(jiān)控管理和信息傳達(dá)，在大壩的安全狀態(tài)出現(xiàn)異常的時(shí)候進(jìn)行及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和處理，才能確保大壩的安全管理。大壩的安全管理不但關(guān)系到大壩工程的安危，還關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，所以大壩的安全管理是非常重要的一項(xiàng)工作。 </p><p>　　三、自動(dòng)化技術(shù)在水庫大壩安全管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀 </p><p>　　1、安全管理中自動(dòng)化

6、監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容 </p><p><b>　?。?）變形監(jiān)測(cè) </b></p><p>　　大壩的結(jié)構(gòu)變形作為工程監(jiān)測(cè)的重要項(xiàng)目, 包括水平和垂直兩個(gè)方向上的位移情況。對(duì)于大多數(shù)的大壩來說，水平、垂直位移監(jiān)測(cè)采用的觀測(cè)方法十分普遍?；炷翂卧谝话闱闆r下不同的壩段設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其位移觀測(cè)對(duì)于高壩或重要的大壩才需要設(shè)置, 通常對(duì)于中低壩來說已經(jīng)不再做硬性要求。近年來對(duì)不

7、同壩段的水平位移監(jiān)測(cè)比較重視, 通常沿壩高，合理的選取三排以上測(cè)點(diǎn)。土石壩一般在壩頂端以及后部每隔 30m--50m 設(shè)水平垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 </p><p><b>　?。?）滲流監(jiān)測(cè) </b></p><p>　　大壩滲流作為水庫大壩重要監(jiān)測(cè)內(nèi)容之一,主要包括滲透壓力以及滲流量兩個(gè)方面的內(nèi)容?；炷了畨瓮ǔＴ诨A(chǔ)廊道布置壓力觀測(cè)孔, 不同壩段設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn); 滲流量監(jiān)

8、測(cè)位置的分布要結(jié)合排水溝集水的實(shí)際情況而定,通常需要測(cè)定分區(qū)流量和總滲流量。對(duì)于土石壩的滲流量測(cè)定而言，主要集中在壩底滲水匯集處。此外，還需要在大壩的左、右兩岸山坡上設(shè)置地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn),以監(jiān)測(cè)繞壩滲流的整體情況。 </p><p>　　2、主要的自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)管理裝置 </p><p>　　（1）水平、垂直位移傳感器 </p><p>　　就我國現(xiàn)有的混凝土壩工程實(shí)

9、例情況來說，水平位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置主要為垂線、引線兩種方式。主要形式為電容式和電機(jī)式,前者測(cè)定更為迅速,但使用條件比較嚴(yán)格, 且線路過長時(shí)容易造成偏離; 后者測(cè)定慢，使用條件不高,并且可靠性較高。此外，真空激光準(zhǔn)直監(jiān)測(cè)裝置近年來也得到了顯著的發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用在許多的工程實(shí)例之中了,有著很好的應(yīng)用效果,但該裝置的整體成本較高, 在運(yùn)行中的維護(hù)費(fèi)用也較高。國內(nèi)還有部分工程采用過大量程位移計(jì)進(jìn)行串接或采用電信號(hào)的引線水平位移計(jì), 就目前的使用效

10、果來看還需要改進(jìn)。我國的水庫工作中開始重視對(duì)于高精度自動(dòng)掃描全站儀的使用，從而可以對(duì)土石壩表面變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集。此外，GPS 技術(shù)發(fā)揮了監(jiān)測(cè)范圍廣的特點(diǎn), 在部分監(jiān)測(cè)精度要求不高的情況下,也逐漸得以采用。 </p><p>　?。?）地下水位監(jiān)測(cè)裝置 </p><p>　　在實(shí)際的水庫大壩項(xiàng)目中，滲壓計(jì)是監(jiān)測(cè)大壩地下水位最主要的手段。進(jìn)口的弦式滲壓計(jì)是最常采用的一種裝置, 該

11、裝置在耐久性和穩(wěn)定性方面都有十分出色的表現(xiàn), 不足之處在于測(cè)定的數(shù)據(jù)受氣壓影響較大。在量程較小的情況下,通氣式滲壓計(jì)使用比較廣泛, 不足之處在于，處于潮濕的環(huán)境下,可能無法保證通氣管內(nèi)部的干燥, 因此在實(shí)際應(yīng)用中必須增設(shè)氣壓計(jì)等其他修正方式以保證測(cè)量值的準(zhǔn)確。 </p><p><b>　?。?）智能傳感器 </b></p><p>　　智能傳感器的設(shè)計(jì)思路是將傳感器

12、同計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起,特點(diǎn)在于能將感應(yīng)技術(shù)同信息技術(shù)融合起來。智能傳感器在部分興建的水電工程中開始得到使用,該方法的測(cè)點(diǎn)布置更為簡便合理, 能夠避免繁重的電纜敷設(shè)任務(wù),并且能夠獲得更好的應(yīng)用效果。 </p><p>　?。?）中央控制設(shè)備 </p><p>　　對(duì)于中央控制設(shè)備來說，核心部件有備用電源、監(jiān)控主機(jī)、任務(wù)主機(jī)及附屬設(shè)備。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步發(fā)展成熟的背景下,已逐步被功能

13、更加完善的小型觀測(cè)局域網(wǎng)所替代。由于對(duì)監(jiān)控主機(jī)運(yùn)營能力的要求，通常采用工控機(jī)。在計(jì)算機(jī)制造水平的提升下，不僅在持續(xù)運(yùn)行能力和可靠性上有顯著的提高，且價(jià)格更具優(yōu)勢(shì),所以很多工程中越來越多的使用計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控主機(jī)。 </p><p>　　四、監(jiān)控技術(shù)在大壩安全管理中的作用 </p><p>　　相關(guān)的技術(shù)人員除了要對(duì)大壩垂直和水平位移、大壩壩體出現(xiàn)裂縫的問題、水體對(duì)于大壩造成的浸潤線、水體滲流

14、量、大壩的變形進(jìn)度、預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)、溫度變化以及壩體伸縮縫等因素的觀測(cè)和監(jiān)控以外，還要加強(qiáng)一些諸如抗震、滑坡等項(xiàng)目的管理監(jiān)測(cè)等，如果沒有經(jīng)過檢測(cè)和控制，大壩本身潛在的缺陷經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，加上外界的水流侵蝕、凍融風(fēng)化等各種作用，就會(huì)使得大壩的本體以及大壩基底出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，進(jìn)而造成大壩安全問題，隨時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重的安全問題。大壩安全管理部門的險(xiǎn)情預(yù)告都是由上面提到的數(shù)據(jù)采集技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的。在大壩周圍安裝攝像頭以及麥克風(fēng)等等，都是進(jìn)行有效數(shù)

15、據(jù)采集的有利工具。被經(jīng)過攝像頭和麥克風(fēng)等工具采集到的數(shù)據(jù)可以被進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為容易被管理系統(tǒng)所識(shí)別的訊號(hào)。那么這些信號(hào)會(huì)被大壩安全管理中的傳感器進(jìn)行監(jiān)管，然后經(jīng)過初步的篩選，將這些信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和融合，進(jìn)一步將傳感器、麥克風(fēng)、攝像頭等設(shè)備收集到的有關(guān)安全方面的信息進(jìn)行細(xì)致的分析和提取，將其中對(duì)于安全管理有關(guān)的信息進(jìn)行提取分析推理和運(yùn)用，然后將這下消息與之前已經(jīng)經(jīng)歷過的安全管理事故或者相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，遙測(cè)站的主要功能是自動(dòng)收集大

16、壩附近的雨量水位等相</p><p><b>　　五、未來發(fā)展方向 </b></p><p><b>　　1、監(jiān)測(cè)貢獻(xiàn)延伸 </b></p><p>　　大壩安全監(jiān)測(cè)貢獻(xiàn)的延伸，表現(xiàn)在大壩設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和退役全生命周期過程中。它不僅是反饋設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工和監(jiān)控大壩安全的重要手段，也是水庫汛限水位動(dòng)態(tài)控制、大壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)測(cè)

17、預(yù)警的基礎(chǔ)條件，安全監(jiān)測(cè)將與氣象、水情、水質(zhì)和洪水預(yù)報(bào)調(diào)度等結(jié)合， 成為水庫安全運(yùn)行調(diào)度決策的一部分，以提高應(yīng)對(duì)潰壩等突發(fā)事件的能力，避免或減少突發(fā)事件導(dǎo)致的下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)損失和生態(tài)與環(huán)境的破壞，保障下游公共安全。 </p><p><b>　　2、監(jiān)測(cè)對(duì)象拓展 </b></p><p>　　大壩安全管理已向風(fēng)險(xiǎn)管理理念轉(zhuǎn)變，監(jiān)測(cè)對(duì)象除了大壩工程外，還拓展到水庫

18、下游影響地區(qū)的人口、 社會(huì)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)與環(huán)境等。 監(jiān)測(cè)不僅考慮工程安全監(jiān)測(cè)，還關(guān)注下游人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境與生態(tài)的影響監(jiān)測(cè)以及應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急監(jiān)測(cè)體系。 </p><p><b>　　六、結(jié)束語 </b></p><p>　　綜上所述， 我國水庫大壩的安全管理工作的進(jìn)一步完善有賴于更多的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和使用。要保證水庫安全監(jiān)測(cè)水平的不斷提高，是所有水利工作人員共同的