水库大坝安全监测自动化技术应用的研究

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摘要：水库大坝安全检测是保障水库安全的重要的非工程措施，安全检测的自动化在提高水库蓄洪能力、控制水库工程安全、保护公共生命财产安全方面起到很重要的作用。本文结合当前我国水库大坝安全自动化的应用、以降低大坝风险，提高防灾能力兴修水利，保护水库安全。

关键词：水库大坝 自动化技术

中图分类号：X924.2文献标识码： A 文章编号：

水库大坝安全监测是保障大坝安全的重要的非工程措施之一,主要是通过检验大坝设计是否完善、指导改进措施、监控大坝的日常运作、及时排险解难、预防重大事故发生等。是一项能及时反馈大坝运作信息，提高大坝抗灾能力保障大坝安全的程序。

背景

兴修水利，造福百姓。截至目前我国再建或以建好的水库总数已超过8.5万座，在给当地的综合经济带来了巨大的效益，同时在推动社会经济发展和生态环境建设方面也发挥着重要作用。而我国水库大坝的建筑80%以上都是土石坝，这些大坝的共性就是防洪标准低，一旦监控不到位，将对当地产生难以估量的灾难和经济损失。如何确保众多水库的良好运行，发挥兴修水利工程的真正意义，那么对水库大坝的安全检测和科学管理是必不可少的，也成为各级水利部门面临的亟需解决的问题。通过现代化的自动化技术对水库大坝的安全运行进行实时监控就可以掌握其运行状态，还可以节省人力和物财力，同时对再建大坝可以进行实时的安全评估、验证设计理论和选用参数是否合理、为建造优质大坝提供科学依据。

1983年7月投入使用的引滦输水的重要调节水库尔王庄水库，水库占地13.03平方公里，设计库容为4530万立方米。该水库建成31年来，确保了天津市、塘沽区、汉沽区、天津开发区、天津石化、大港区、武清区等地的安全供水做出了巨大贡献。水库坝体在多年运行后，2004年出现了较严重的管涌和集中渗漏等现象，严重影响了水库的安全运行，一旦发生事故，不但会影响到天津市的供水，而且会造成重大安全事故和经济损失。同年7月8日开始针对该水库的情况进行了科学的排险加固工程，同时水利部门明确提出了“健全完善水库安全监测设施，采用先进的监测手段对大坝进行监测”的要求，这为《水库大坝安全监测自动化问题的研究》项目的实施奠定了基础。

二、自动化检测技术的应用

1.检测方法严重落后是造成水库大坝存在风险的主要因素。前期对水库大坝的检测主要依靠人工检测，由于人力和设备的局限性，造成人工检测不准时，检测数据不准确，发现隐患时间晚等。造成水库大坝风险运作，一旦遇到暴雨、洪水、高水位就会发生非常大的灾难。结合当前世界先进的水库土石坝自动化监测设备,综合运用水利、计算机信息及通讯技术,结合实际土石坝工程,设计与开发土石坝自动化安全监测与分析评价预报系统,开发研究一整套能够长期稳定运行适合于水库工作环境的自动采集技术是水库管理方面亟需解决的事情。

2.水库自动监测系统由现场量测部分、远程终端采集单元MCU、大坝安全数据采集系统、信息处理查询及系统等四部分组成，对水库实现了雨量、水位、以及大坝的渗压、渗流、大坝浸润线等的自动监测。为水库安全管理与运行调度提供及时准确的信息。及时预警、发现坝体可能出现的安全隐患，为有关部门和领导科学决策提供依据，提高水库工程管理的效率和质量。

3.水库自动监测系统的监测内容包括：水库水位、水压、渗流、流量、电导率、风力、相对湿度、空气和水的温度以及大坝坝体地表位移等。项目所用及的仪器有：DIT-MCU水工及大坝监测装置、数据记录仪、水压计、水位计、钢筋计、测缝计、沉降仪、测斜仪、水质探测器、GPS定位系统、数据传输处理系统、数据存储、预警系统等。水库自动监测系统能实现全天候远程自动监测，实时将传感器监测点的数据采集传递到相关数据库。采用分层分布开方式结构，运行方式为分散式控制方式，可命令各个现地监测单元按设定时间自动进行巡测、存档。

4. 由于水库自动化检测设备处于露天地带，其设备分布较广，也要考虑到雷击的造成的系统瘫痪。专业统计分析表明,有89%的雷害是由感应雷电流沿通讯电缆、电源电缆进入系统损毁设备.所以在自动化检测设备按转过程中，应考虑有效的办法，避免因雷电造成的系统瘫痪，而引发的巨大的灾难。数据传输线路不妨试试采用由镀锌钢管保护的光缆;所有设备采用单端接地方式,避免由于地电位差引入干扰;在各信号电缆、电源电缆两端加装浪涌识别防雷设备,切断雷电流传输通道;为整个系统加装避雷针,最大限度降低直击雷危害等。同时,研究设计了串联式浪涌识别电源防雷、串联式信号线避雷、分散式联合接地系统模式和电源稳压系统,有效避免了直击雷、感应雷和电压浪涌波动对系统的破坏和影响。

5.水库大坝安全分析评价预报系统

为开发建立具有通用性、可移植性水库大坝安全分析评价预报系统,水库大坝自动化检测技术系统划分为数据采集子系统、数据管理信息子系统和分析评价预报子系统。对采集数据库的效率优化、监测数据动态维护管理、坝体变形安全分析模型理论、渗流安全分析模型理论进行了深入研究。建立集坝体裂缝分析、过程线分析、浸润线分析、位势分析、相关分析及坝体安全综合评价(包括坝体安全评价体系与评价准则的建立、模糊综合评价模型、灰色关联度评价模型与人工神经网络评价模型的开发)等功能的大坝安全分析评价预报系统。

综上所述，通过对大坝安全监测自动化技术研究,目前在我国已形成一套成熟稳定的开发建设模式,自动化检测系统对水库大坝安全监测、除险加固改造具有全面的指导作用。同时也极大地提高水库大坝的安全监测水平,提高水库防洪和供蓄水能力,发挥水库的巨大作用。对水库流域的可持续发展具有重大促进作用和应用价值。

参考文献

[1] 赵清,孙仁伟. 新立城水库大坝安全监测系统改造[j]. 吉林水利, 2011,(04) .

[2] 朱盟.大伙房水库大坝安全监测自动化系统技术研究[J].现代农业科技,2007(23):220,222.