水库大坝安全监测自动化技术的探讨

水库大坝安全监测自动化技术的探讨

刘雷

新疆生产建设兵团第十二师一〇四团水管所新疆乌鲁木齐830009

摘要：将安全监测自动化技术应用于水库大坝监测工作中，能够了解水库具体蓄水量，并根据降雨和用水需求，对水资源做出合理配置，可增强水库大坝的防洪抗旱能力。由于水库大坝安全监测自动化技术对保障水库大坝的整体安全性具有重要意义。因此，本文以乌鲁木齐幸福一号水库为例，对自动化技术、水库大坝安全监测自动化技术等内容进行综合分析，以确保水库大坝的安全运转。

关键词：水库大坝;安全监测;自动化技术

引言：基于我国国情，水库大坝是国民经济发展的重要基础设施，通过在大坝中应用自动化技术能够提升水库大坝的整体安全性，在某种程度上还能够减少水库大坝风险，保证水库大坝的整体安全运转。安全监测自动化技术的主要贡献是对水库大坝进行改进与指导，对水库大坝整体安全运转进行实时监控，对水库大坝遇到的其他突发事件进行预警与识别等，并且还能够进一步降低水库大坝风险。

1工程概况

幸福一号水库地处乌鲁木齐市10km处，是一座以灌溉为主的小（Ⅰ）型引水注入式丘陵区水库。设计总库容136万m3，兴利库容116万m3，死库容20万m3，设计最高水位975.5m，死水位967.5m，控制灌溉面积1万亩。幸福一号水库修建于1963年，经过40年的运行成了病险库，于2005年3月16日开始除险加固项目的实施，项目总投资300.42万元，其中国拨200万元，自筹100.42万元，于2006年11月竣工验收。

2水库大坝安全监测自动化技术主要内容

2.1水库大坝变形监测

水库大坝变形监测通常是对水库大坝垂直、水平两个方向来进行监测，这样能够观察到水库大坝存在位移的情况，这是一种创新型、高效的监测手段。大坝基础结构是大坝不可或缺的重要部分，目前，幸福一号水库大坝还是用人工观测方式。如果将来能够引入自动化监测技术，将会保证幸福一号水库大坝整体结构不会发生变形。关于混凝土大坝会在水库大坝中设置监测点，然而，位移观测主要是针对很高的大坝或者其他一些非常重要的大坝，对于小型大坝一般不会做出硬性规定。关于其它土石结构大坝会在水库大坝顶部设置水平监测点，在水库大坝中设置水平监测点时，通常每隔30m或者50m的距离设置一个水平监测点，能够更加准确地监测到水库大坝的稳定性。同时，水库大坝变形监测是一项复杂度很高的工作，水库大坝变形监测对水库大坝使用寿命具有重要影响。

2.2水库大坝渗流监测

这主要包括两个方面:渗流量与渗透压力，渗流监测是水库大坝进行安全监测的重要内容，技术人员一定要全面掌握渗透压力与渗流量各种信息数据，只有这样才能保证水库大坝的整体安全运转。在对土石坝渗流量进行监测过程中，技术人员一般会在水库大坝底的集水处来设置监测点，在水库大坝两侧分别安置地下水监测点，这样能够监测到水位发生变化，从而分析大坝渗流量的大小[1]。关于混凝土水库大坝会在基础廊道中安装压力监测孔，在水库大坝的其他不同地段安置监测点，水库大坝渗流量的监测一般会充分结合水库排水沟集水的实际状况来确定，再对其进行分区域监测渗流量与总的渗流量。

3水库大坝安全监测自动化技术

3.1水库大坝水位安全监测自动化系统装置

自动化系统装置主要包括以下几项内容:绘制图形、报表打印、资料维护等几个重要方面。大坝安全监测自动化系统通常使用传感技术、信息处理技术和电子计算机设备，来完成大坝观测信息数据的采集处理与计算，进而对大坝性态做出合理判断与分级报警的综合性观测系统。幸福一号水库大坝地下水位监测是一项复杂的工作，在对其进行监测过程中要综合其它因素去考虑和分析，尽管幸福水库一号大坝目前还采用人工观测方式，但自动化安全监测技术将是重要方向和选择。针对该技术，使用比较广泛的主要是进口的弦式渗压计，该技术的优点是稳定性高、持久耐用，不足之处是容易受到大气压影响，最终导致对水库大坝信息数据监测不准确。在实际应用过程中，一定要辅助增设气压计，最大程度保证渗压计内部的干燥性，才能够保证信息数据监测的精确性。测量控制单元能够自动对传感器进行测量，接收并执行计算机指令，再把测量结果发送到计算机，是大坝安全监测自动化系统的核心设备。测量控制单元一般有多通道，能够接入多种传感器。例如电压、电流、脉冲信号、频率信号，还有一部分测量控制单元可以通过串行口等接口来接入到其他智能设备[2]。如果将来在大坝中使用这种技术，主要是由孔隙水压计连接一条RS485总线连接到前置机研祥工控机中心机房中，通过工控机房来实时监测整个水库大坝水位变化情况。

3.2水平及垂直位移传感器

当下幸福一号水库大坝仍然采用的是人工观测的方式，在今后的技术与经济条件推动下，将会实现自动化安全监测技术。这主要由垂直、水平综合位移传感器、智能化传感器、地下水位监测综合装置、中央控制设备等几个重要部分共同构成。依据我国混凝土大坝实际应用状况来看，水平位移传感器可以分为引线和垂线两种，这种传感器设备的工作方式有电容式、电机式两种。电机式在对水库大坝进行监测时速度会比较慢，对工作环境要求不是很高，且具有很好的稳定性;另外一种电容式设备对水库大坝监测时的结果用的时间比较短，对工作环境要求较高，假设线路太长在某种程度上会造成偏离，最终影响对幸福一号水库大坝监测结果。近几年，随着科学技术的快速发展，越来越多新颖、高效的技术开始被应用到监测水库大坝中，其中比较典型的要属激光垂直监测技术，这种技术在水库大坝中虽然能取得良好的效果，但是成本费用非常高，后期维修过程中需投入更多的资金，短时间内不能进行推广与应用[3]。同时，采用电信号引线的方式也可监测水库大坝的运转状况，但使用这种技术的单位并不是很多，这种技术的应用效果也不是很理想。技术人员需要对其进行持续不断的改进和优化，这样能够为水库大坝的正常稳定运转提供重要安全保障。

3.3中央控制设备

在当前人工观测的技术条件下，幸福一号水库大坝要完全杜绝溃坝事故发生很难做到，大坝出险甚至溃决事故还会长期存在。对此，可以引入先进技术设备，如中央控制设备等。通过把工程和非工程措施进行充分结合起来，应该加强安全监测特别是巡视检查方面，尤其加大部分重要的中央控制设备的管理力度，这是应对溃坝与减少损失的重要手段。中央控制设备主要由监控装置、显示装置和后备电源、任务主机和其他重要的辅助设备共同组成。伴随着计算机网络技术的快速发展，水库大坝逐渐开始以局域网的形式形成综合监控检测系统，保证水库大坝的正常稳定运转。工业控制计算机技术的广泛应用，使得中央控制设备逐渐被自动化技术与计算机技术所取代。然而，工业控制计算机自身适应环境能力非常强，整体稳定性也非常高，使自动化监测能够长久、稳定运转，整体可靠性也会得到进一步提升，并且在价格方面有很大优势，很多水库大坝工程单位越来越重视这种技术的应用[4]。通过把安全自动化监测技术应用到水库大坝中，在一定程度上能够提升大坝对洪水的应对能力，同时降低洪涝灾害造成的损失。

结束语：

综合上述，通过对幸福一号水库大坝容易出现的各种故障原因进行分析，指出了水库大坝自动化监测的内容，主要是对渗流与变形进行监测，再对水库大坝安全监测自动化技术进行全面分析，通过在水库大坝中应用自动化技术能够有效提高水库大坝安全监测效率，在未来值得被广泛应用。

参考文献：

[1]吴旭东.水电站大坝安全监测及自动化发展方向探析[J].中国新技术新产品,2018(20):5-6.

[2]张忠举,周柏兵,周克明,赵阳.渔洞水库大坝安全监测自动化系统的实施[J].四川职业技术学院学报,2018,28(03):163-168.

[3]李栋.水库大坝安全监测自动化与除险加固技术研究[J].自动化与仪器仪表,2017(02):113-115.

[4]王在艾.大坝安全监测自动化现状及发展趋势[J].湖南水利水电,2016(06):77-81.