水库大坝自动化监测技术的应用

【摘要】近年来，自动化监测技术被广泛应用于水库大坝中，由于自动化监测技术不仅能有效提高水库大坝建设的质量，增强蓄水防洪的能力，还能较好的控制水库安全，同时也为人员生命及财产安全提供有力保障，已成为水库大坝安全管理的主要技术手段。本文主要对自动化监测技术在水库大坝中的应用进行阐述，并结合具体实例对其在水库大坝中的应用进行综合分析，以期为水库大坝建设提供可靠、有效的指导意见。

【关键词】水库大坝；自动化监测技术；具体应用

1、引言

水库大坝自动化监测技术作为保障大坝安全重要的非工程技术之一，随着水库大坝建设规模的不断扩大，被广泛用于水库大坝安全建设中，其贡献主要表现在检验和完善大坝设计、指导和改进工程施工、监控大坝运行安全、检验病险水库除险加固效果、优化大坝管理和处置、查出大坝突发事件的成因等。同时，由于大坝具有的特殊性，一旦大坝出现安全问题，则会对下游造成一定的经济和环境损失，甚至会对人们的生命健康构成威胁，而自动化监测技术在水库大坝中的应用，可有效降低水库大坝的风险，增强其防洪预洪的能力，为水库工程安全和公共饮水安全提供有力保障，提高水库大坝工程经济效益和环境效益。

2、自动化监测技术在水库大坝中的应用

目前，诸多水库大坝的自动化监测技术较为落后，为水库大坝埋下一定的隐患。在水库大坝的建设前期，主要通过人工对其安全进行监测，但由于人力资源和相应的设备设施存在一定的局限性，再加上大中型水库监测周期过长，不能及时发现大坝运行过程中存在的安全问题。若在雨雪、洪水等恶劣天气，则可能导致水库大坝在运行过程中发生较大灾难。因此，有必要加大对先进技术及设备的引进力度，并结合工程的实际情况，对自动化安全监测评价预报系统进行完善和优化，并形成一套较为完整的自动采集技术，实现对水库大坝运行情况的有效监测，以此来指导大坝建筑的维护方向，从而保障大坝的稳定运行。

在水库大坝中，自动化监测系统的组成部分主要包括现场量测、大坝安全数据采集系统、信息处理及查询等，能够对水库雨量、水位、变形、渗流等进行有效的自动化监测。同时，根据工程的实际情况，可对水库大坝的运行状况进行调整，及时为水库大坝提供较为准确、真实的信息，并制定有效措施来消除坝体存在的安全隐患，从而提高水库大坝的施工质量和管理效率。

水库大坝自动化监测的内容主要包括水库水位、变形、渗流、流量、相对湿度、水温等，且在水库大坝建设的过程中，主要使用的仪器设备有DIT-MCU水工、监测传感器、数据记录仪、水质探测器及GPS定位系统等。因此，自动化监测技术在水库大坝中的应用，不仅能利用远程技术对水库大坝运行的实际情况进行实时监测，还能将传感器监测点所采集的数据及时传输到相应的数据库。另外，还可对各个地点的监测单元实行分层分布监测，并按照时间顺序进行自动存档。

在水库大坝中，部分采用的自动化监测设备是露天的，并呈大规模分布，因此，应对雷电袭击进行综合考虑。相关数据显示，导致坝体被雷电袭击的主要原因就是感应雷电流沿着通讯电缆和电源进入系统内部，从而对设备造成严重损坏，因此，在设备自动化监测的过程中，应制定科学有效的措施避免雷电袭击，防止系统整体瘫痪，从而有效预防重大安全事故的发生。另外，数据传输线路可采用镀锌钢管保护的光缆，并采用单端接地的方式，可有效减少因电位差所引起的干扰。同时，在各个信号电缆和电源中，可将防雷识别装置安装在其两端，并切断雷电传输通道及在整个系统中安装一个及以上避雷针，有利于减少或避免雷电袭击所造成的危害。除此之外，还应设计串联式浪涌识别电源防雷、分散式联合接地系统模式等，可有效避免雷电的直接袭击，防止感应雷和电压浪涌对系统造成严重损坏。

设计和开发出合理科学的水库大坝安全评价预报系统，其中，安全评价预报系统具有一定的通用性、移植性。由于水库大坝的自动化监测技术主要包括数据采集和管理等系统，因此，可对数据采集效率进行优化，并对所监测的动态数据进行有效维护和管理，特别是坝体变形和渗流安全分析模型等功能的分析及评价。同时，建立具备坝体安全评价体系、模糊综合评价模型等功能的分析评价预报系统，以此来提高水库大坝运行的稳定性和安全性，从而保障水利工程的顺利进行。

3、实例分析

3.1 实例概况

某水库的水流量为1.14亿m3，水库总容量为3900万m3，是集防洪、供水、灌溉、发电机养鱼等功能为一体的大型水利枢纽工程。约在十九世纪五六十年代，该水库的监测设备开始建设，主要的监测项目包括：坝体水平及竖向位移、坝体表面沉陷、粘土心墙固结、坝体浸润线及绕渗、输水洞外水压力观测等，以上这项监测项目均为人工监测。

3.2 自动化监测技术分析

3.2.1 测点布设

外部监测系统测点主要分布在主坝、一副坝、二副坝、三幅坝、贴坡、主溢和一非溢中，布设的竖向位移测点和水平位移测点分别为130个、39个。如表1所示。

内部监测系统测点主要分布在主坝、一副坝、二副坝、三幅坝、贴坡、输水洞中，布设测点分别为：30、10、3、7、4、5；坝体、绕坝渗流、外水压的监测面测点布设分别为：10、8、1，如表2所示。

3.2.2 监测数据流分析

在对该水库大坝的实际运行情况进行自动化监测后，设计其监测技术主要包括数据采集、数据管理、大坝安全监测分析、大坝安全监测成果WEB发布系统这四部分主体功能组成，可对各测点所采集的数据进行有效传输和处理，其数据处理的流程图如图1所示。

3.3 自动化监测功能

3.3.1 数据采集和管理

大坝水库自动化监测的内部渗流安全采集系统，主要采用DAU2000设备提供的NDA1514数据采集通讯空间，通过对该空间的二次开发，可实现对水库大坝建设现场采集单元的远程控制和数据维护。大坝垂直变形观测主要采用DNA03全数字电子水准仪，其水平变形观测主要采用TCA2003全站仪并开发数据采集及后期处理软件支持远程采集控制。

3.3.2 坝体监测观测模型的建立

为了对该水库大坝进行有效的自动化监测，建立了诸多系统性模型，可及时掌握大坝变形及变化规律，预测未来变化、确定变形是否稳定及开展坝体的渗流监测和研究，可将水库大坝的渗流性态全面反映出来，从而为后期坝体相关数据分析奠定坚实的材料基础。

3.3.3 大坝监测成果的发布

近年来，水利技术呈信息化的发展趋势，传统的C/S模式系统已经无法完全满足实际工作的需要，而WEB发布系统可对数据进行实时监测及分析成果实行网络化分布，因此，加大其开发力度是十分必要的。自动化监测技术主要通过JSP技术，并运用Tomcat5.0服务器实行数据的实时接入，将大坝内部和外部的监测数据通过网络的形式发布，并将其分析结果上传至接口。

3.4 自动化监测技术的应用评价

自动化监测技术具有一定的先进性、可靠性、通用性，其在该水库大坝中的应用，有效减少了工作人员的工作量，提高了数據监测的实时性和准确性，防止由人为因素对大坝造成严重影响，达到了较高的自动化水平。另外，大大提高了数据的采集效率，并实现数据信息和分析成果的共享，有效提高了水库大坝信息化管理的水平。

4、结语

自动化监测技术在水库大坝中的应用是现代化社会的主要发展趋势，实现了水利工程自动化和信息化的有效提高。该系统性较强的技术在水库大坝中的应用，可对安全监测起到一定的指导作用，最大程度提高了水库防洪蓄水的能力，从而保障水库大坝工程的高效安全建设。

参考文献：

[1]彭卓俊.水库大坝自动化监测技术的应用[J].城市建筑，2015（11）：359-359.

[2]李兴德.水库大坝安全监测自动化技术在水库中的应用[J].商品与质量，2016（29）.56-56.

[3]陈玉莲.水库大坝安全监测自动化技术在水库安全中的应用[J].中国水运月刊，2016，16（3）：173-174.

作者简介：张韬 男 汉 1985 本科 助理工程师 贵州贵阳人 专业：地理信息系统专业。