探讨水库大坝安全监测系统建设的几点思考

李发源 刘义华

【摘要】本文的主要内容是探讨某水库目前运行过程中的具体情况以及面临的问题，提出安全检测系统的主要建设内容以及应该注意的问题，还提出将所有运行数据进行统一的归纳和整理，实现自动化收集和处理，并且对于可能发生的一些情况进行实时预警。

【关键词】水库大坝；安全监测；系统建设；思考

前言

水库大坝的建设需要投入巨大的资金，发生事故会造成巨大的经济损失和人员生命财产损失，对于周边环境的影响也非常大，包括人们的生活以及建筑物，因此，大坝的管理和运营单位必须要实时了解大坝运行状态，保证其性能和经济效益。本文作者在学习其他同类型水库大坝安全监测的方法和经验后，对某水库大坝安全监测等进行客观分析，提出安全监测系统建设的方法和步骤。

1、水库概况

某水库位于吉安市长塘镇毛山村，赣江中游文石水支流。地理位置东径114°55'，北纬27°11'，距吉安市区12km，坝址以上集水面积18.5km2，水库正常蓄水位为79.53m（黄海高程），设计洪水位为80.22m（P=2%），校核洪水位为80.58m（P=0.1%），水库总库容1545.3万m3。水库设计灌溉面积2.1万亩，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的中型水库。

2、安全现状

该水库在2009-2010年进行过除险加固处理，防洪抗灾能力比加固前有了很大提高，但是因为该区域信息化建设比较欠缺，防汛数据的监测能力也比较弱；大坝数据监测不完善，水库管理人员仅凭经验进行判断，没有非常精确的资料；防汛设施落后，容易出现监测不到位的问题，数据收集不全，不能满足工作需求，主汛期汛限水位只能控制在78.53m，水库每年的汛前都要腾空很大的库容来防汛保安全，水资源不能充分利用。因此，建立完善的水库数据监测系统是非常有必要的。

3、大坝安全监测系统的重要性

安全监测系统包括校核、改进以及评价安全情况，并且安全是主要目的。其主要是通过监控设备以及现场人员的检查对大坝的安全状况进行预估，能够预测大坝安全情况，避免发生一些安全性事故，同时还能够进行工程改造，提高工程水平，促进科学化发展。它的建设能够减少数据周期，还能够提高观测效率，降低工程量，同时提高水路的蓄水能力，发挥出其最大的性能和效益，还能对未来设计提供安全数据，对于彻底改变安全性能做出贡献。监测系统能够实时反映出大坝安全隐患，还能够通过大量的数据分析其可能出现的安全问题，及时采取加固措施。对于已经发生的安全事故，数据监测能够及时确定出发生事故的原因，确定事故方责任，为法庭做出公正的判决提供可靠的依据。由此可见：安全监测系统从表面上来看能够帮助水库管理人员及时监测大坝的形态，而更深层的意义在于提高经济效益，降低工程的建设投入。

4、大坝检测系统的原理

大坝监测系统主要由安全系统、出口流量系统以及坝址电视监控构成，其通讯协议为TCP/IP，即通用的LonWorks，主要方式是通过分布式控制，监测工作站就是前端用户访问和处理数据库中的数据，现场进行网络化覆盖，同时进行自动化的监测系统，中心网络进行分层式管理；自动化数据包括监测站数据采集、库区网络、中控系统；测站层主要有哥哥数据监测点以及控制系统构成；监测中心站主要布局在大坝的右侧管理区域内，其包括监测服务器、监测工作站、网络交换机、打印机以及一切外设软件组成，所有的数据系统都与大坝监测系统连接起来，以便于中控室对于整个大坝系统的监测和管理，同时将所有信息化数据进行整合处理，保证大坝的正常运营以及资源合理配置。

5、大坝安全监测系统主要内容

监测内容：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监测。 项目包括数据记录仪，水压计，水位计、钢筋计、测缝计、沉降仪、倾斜仪，水质探测器，GPS定位系统，数据库工具，数传系统，预警系统等。系统大坝安全监测系统建设主要包括8个方面。

一是进行大坝的外层结构的监测，沿坝轴线分别设置3个表面变形观测断面、12个表面点以及2个校核基准点；

二是对大坝内侧进行变形监测，设置3个基本观测层面，每个层面分别设置2个监测点，同时设置沉降管m，沉降环布置15个；具体参考表1。

三是对于溢洪道进行监测，因为溢洪道中段挖掘深度较大，两侧高点需要进行监测，泄流槽设置1个监测点，左右侧岸边通常需要设置2个监测点。对于每个监测点都要进行水平和垂直方面的位置变化，同时需要安装专用的基础支座，使用全站仪进行监测，沉降量需要通过沉降仪进行观测，水平方向的偏移量则是使用测斜仪进行观测；

四是对大坝的渗流要进行压力监测，同时设置3个观测的层面，需要钻12个观测孔位，需要设置24个压力计，围绕大坝周围需要钻6个孔位，设置12个渗压计，大坝渗流在下游坝角处设置三角量水堰1座，同时 需要安装1台水压计，实时监测水压变化情况；

五是对出库的水量进行监测，在溢泄道进口段设置计量仪器1套，实时监测这些部分的水量；

六是水库周围环境进行检测，在大坝右侧的管理房院子中安装1台雨量计进行降雨量的数据监测，将其所有数据与大坝安全数据联系起来，在大坝右侧的管理房顶出分别安装气压计1只和气温计1只，对于大坝的大气压力和温度进行监测；

七是在坝址位置设置电视监控系统，在大坝的右侧以及输水洞闸室分别设置1处图像监测台，进行实时的图像监视作用；

八是设置管理房和监控主机房，设置220V50Hz交流稳压电流，还要配置空调系统和防尘措施，保证各机器平稳运行。

6、某水库监测系统需要的注意的环节

6.1整理归纳监测数据和资料

资料整理是一项基本工作，通过整理和总结，能够及时现数据存在的问题，在平时工作中，根据资料和数据的整理能够及时进行数据分析工作，同时还要附上一些资料审核意见并且装订成册。在整理过程中，必须要保证资料的完整性，以及各类资料是否按照正确的方式进行排列和处理；同时还要保证技术审查的连续性，以及各个数据监测是否衔接紧密，监测区域、点位以及位移坐标是否正常；保证资料的合理性。各个监测数据的单位换算是否正确，数据是否出现遗漏或者缺失的现象，相关图像是否准确和清晰，同时还要保证工程的性态的一致性，同时对所有监测资料进行详细的整理和审查，保证其符合相关规定，特别是一些关乎工程安全的数据。

6.2对于监测数据进行分析和处理

原始的监测数据只是一个表面情况，必须要进行深入的分析和总结才能真实反映出大坝的真实情况，同时需要对所有的监控资料和数据进行剖析和处理。主要实施步骤是：

其一需要對监测数据进行采集和处理；

其二是对所有数据资料进行初步处理，然后对原始资料进行可靠性检查，将可能存在的数据谬误进行修正，所有的初步处理行为不能对原始数据进行一些改变；

其三是对于监测数据进行物理量的换算处理。监测仪器中的原始监测数据只是一些中间成果，需要对所有仪器的系数、计算方法以及种类、安装方式等进行合理的换算后才能以实际需要的数据形式呈现出来；

其四主要是通过绘制过程曲线和分布图等因素 进行一步的定型和分析；

其五是通过一些渗流、变形、应力等真实数据的反应总结出大坝发生物理变形量的数据；其六对检测数据进行初步分析的基础上，进行建模处理，然后针对其处于的不同环境下，总结出检测数值可能存在的一些不足，然后根据物理值与实际值的吻合度，然后进一步修正模型，进行提高模型的准确度，能够真实反映出大坝的具体情况；

其七综合考虑其安全状态，特别是应力、变形和稳定性分析，主要是考虑安全性能。

7、结论

水库监测系统建成投入使用后，可根据当年该区域的雨情、水情，对于大坝运行进行处理和调节，提高限汛水位，增加汛期兴利库容。同时，在进行水库的整体调控过程中，使用监测系统，能够全天候的对大坝的安全情况进行监控，这样的方式能够尽量减少大坝管理人员的数量，节约运营费用，并且通过该数据监测系统能够及时反映出大坝运行情况，选择最佳的蓄水方案，并将大坝的各项安全指标控制在合理范围内。

参考文献：

[1] 李长龙. 南城子水库大坝安全管理保障信息系统建设探析[J]. 中国水能及电气化. 2016（07）

[2] 刘雪梅. 浅谈水库安全管理现状、存在问题及建议[J]. 科技资讯. 2014（22）