水库大坝安全监测自动化技术研究

玛依努尔·托乎提

摘 要：水库大坝是关系我国国计民生的设施，其安全监测的重要性不言而喻。本文对水库大坝安全监测的目的及意义进行了介绍，对自动化监测技术的主要内容及技术构成进行了详细的阐述。

关键词：水库大坝；安全监测；自动化技术；研究

中图分类号： TV698.1 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）05-166-2

0 引言

通过安全监测自动化技术可以对水库大坝的安全進行很好的监测，这也是减少风险，确保水库大坝安全的重要措施。其具体的贡献可表现在对工程的施工进行改进和指导、对大坝的安全运行进行监控、对大坝的突发事件进行预警及识别等，可有效将大坝的风险降低，确保水库大坝的安全可靠的运转。

1 水库大坝安全监测的目的及意义

当前，我国已建成的水库已达到八万七千座，而水库又是关系国计民生的重要基础设施，因此，对水库大坝进行实时监测是非常有必要的。而且，我国的水库多数都已修建了几十年，个别的水库已经是年久失修，加之当时建造时未能充分考虑水库的防洪作用，为了确保大坝的防洪效果，必须对大坝及时修复加固，并进行实时监测。鉴于这种情况，对于大坝进行科学安全管理和实时监测已是各级水利部门工作的重点

①造成大坝出现故障的原因。首先，造成大坝出现故障的原因有很多，有人为因素，也有自然因素，比如，地震，山体滑坡等地质灾害。其次，人为因素主要是前期设计不到位，未能进行综合考量，使得大坝的水位过低，无法应对大的洪涝灾害，再者是在施工过程中，人为的降低施工标准，使用标号不够的水泥，混凝土等，导致大坝在质量和坚固程度方面存在不足，无法应对地震及山体滑坡等地质灾害的冲击，或者随着长时间的服役，水流不断地冲击、侵蚀，致使混凝土脱落，钢筋及基石裸露等安全隐患。

②对大坝进行自动化安全监测的目的和意义。鉴于，我国大部分水库大坝存在或大或小的问题，安全管理形势依旧严峻，建立健全水利安全管理体系已是迫在眉睫，同时将自动化安全监测技术应用到对水坝的监测过程中，实现对于大坝的实时监测。通过自动化技术的应用一方面能够切实掌握大坝的具体情况，确保大坝始终安全运行状态，另一方面，利用长期的监测数据制定出科学合理的大坝维护方案，以延长大坝的服役年限。而且据调查研究，自动化的应用，提高了大坝对于洪水的应对能力，使得水库库容始终保持在安全线以内，能够有效降低洪涝灾害带来的损失；根据降水情况，合理地进行调水，确保下游农业发展有充足的水源。可见，对大坝进行自动化安全监测对防洪抗旱都有巨大的作用，是经济发展的重要保障。

2 大坝自动化安全监测系统的特点及设计的原则

大坝自动化安全监测的系统其特点是监测的环境比较恶劣、观测的项目很多、测点的数量很广、测点的范围分布广泛且不均匀以及集中监测等。在设计的过程中，根据实际情况，要遵循一定的原则，具体要遵循以下原则，即实时、可靠、实用、先进、标准、通用以及可扩充等原则。具体来讲，由于大坝具有监测面广、监测的数量多等诸多优点，需要选用科学的网络设备、先进软件的接口及网络的软件技术，快速的进行传输及链接，实现大坝的实时性。大坝的监测需要在断电的情况下也能正常地保存数据，这就需要通过系统的备份及运行的日志来恢复系统的数据，确保系统安全可靠。监测资料的整理及分析应该将实际的问题解决掉。在实际使用过程中，一定要选择先进的技术达到国家先进的水平。系统要严格按照国家、国际及行业的相关标准及规定进行扩充及连接。自动化监测系统应该能够满足不同顾客不同的需求。为了更好地适应未来社会的发展变化，大坝自动化安全监测系统应该尽量更加标准化及模块化，以满足系统不断进行扩充的需求。

3 自动化监测技术的主要内容

①对于大坝的变形监测。大坝的基础结构是大坝最重要的部分，通过进行自动化监测确保大坝的结构不存在变形等情况。主要是针对大坝水平、垂直两个方面进行监测，观察大坝是否存在位移的情况，这种方法也是目前大坝最为常用的监测手段。针对混凝土结构的大坝一般在多个地点设置监测点，而位移观测现在只针对高坝或者重要的大坝，对小型坝则不在做硬性规定。对土石结构的大坝，则需在坝顶设置水平监测点，而后每隔三五十米设一个水平监测点。

②对于大坝的渗流监测。大坝的渗流监测主要包括两方面，即渗透压力和渗流量，作为大坝安全监测中非常重要的一项，渗流监测一定要做到全天候，切实掌握渗透压力和渗流量的详细数据，确保大坝的安全运行。对混凝土坝一般情况在基础廊道安装压力监测孔，并在坝体的不同地段安置监测点，而渗流量的监测则要结合水库排水沟集水的具体情况来定，并进行分区域监测渗流量和总的渗流量。对于土石坝渗流量的监测，主要是在坝底的集水处设置监测点，还要对大坝的左右两侧各安置地下水监测点，以监测地下水的水位变化情况，从而分析出大坝渗流量的大小。

4 自动化安全监测技术的构成

随着自动化技术被逐渐的推广，其主要的技术构成和工作原理也是我们工作人员需要掌握的，目前所使用的自动化技术主要由水平、垂直位移传感器、智能传感器、地下水位监测装置、中央控制设备几大部分组成

①水平、垂直位移传感器。根据我国混凝土大坝的具体使用情况来看，水平位移传感器目前主要分为垂线和引线两种，其主要的工作方式为两种即电机式和电容式。电机式在进行监测时比较慢，但对工作环境要求不苛刻，而且具有很好的可靠性；电容式在监测时出结果比较快，就是对工作环境要求很严格，并且如果线路过长的话容易导致偏离，使得监测结果不够准确。同时，近几年随着科技的不断发展，激光垂直监测也是陆续在监测工作中得以应用，虽然其应用的效果非常好，但是成本造价过高，且后期的保养维修费用也很高，必然无法得到大范围的推广使用。采用电信号引线的方式来监测位移的单位比较少，而且效果不是很理想，还需不断改进。如今，自动化技术以日趋成熟，越来越多的水库开始重视对于自动化技术的应用，像高精度的自动化扫描仪的应用，实现对大坝的实时监测，在结合远程定位系统，扩大自动化监测的范围，确保大坝的正常运行。

②智能传感器。计算机技术的不断发展，为智能传感器的应用提供了坚强的技术保障，通过与计算机技术的有机结合，实现信息和感应技术的同步化，并且对监测点的选择上更加的科学合理，提高了监测的效果和效率，避免了過去铺设电缆的复杂工作，还节省了人力、物力。

③地下水位监测装置。在对水库的地下水位进行监测时，目前使用最为广泛的是进口的弦式渗压计，其优点是持久耐用，稳定性高，不足之处是易受到大气压的影响，进而造成监测数据的不准确。在具体的使用过程中，要辅助增设气压计，以保持渗压计内部的干燥性，从而确保监测数据的准确性。

④中央控制设备。其由后备电源、监控装置、显示装置、任务主机以及其他的辅助设备构成。在计算机技术、网络技术不断发展的今天，对于水库大坝以逐步形成以局域网形式的监控监测系统，切实保证大坝的正常运行。可见，随着工业控制计算机技术的应用，中央控制设备已逐渐的被计算机技术和自动化技术所取代，并且工业控制计算机具有适应环境能力强，稳定性高的特点，使得自动化监测可以持续进行，可靠性也得到提高，而且价格方面也具有优势，故而，得到越来越多的大坝及工程单位的认可和应用。

5 结语

本文分析了造成大坝出现故障的原因以及对大坝进行自动化安全监测的目的和意义，指出了自动化监测的内容，即对渗流进行监测以及对变形进行监测，分析了监测技术的构成，即水平、垂直位移传感器、智能传感器、地下水位监测装置、中央控制设备等。通过对水库大坝安全监测自动化技术的深入研究，使我们更加明确了安全监测的重要性，通过对自动化技术的使用，也提高了安全监测的效率，值得推广和学习。

参 考 文 献

[1] 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（下半月），2016（03）：173-174.

[2] 卢万友.梅山水库大坝安全监测自动化系统及运行管理[J].江淮水利科技，2012（02）：21-22.

[3] 温有鸣，王秀弟，刘丹.汤河水库大坝安全监测自动化系统的故障诊断系统分析[J].黑龙江水利科技，2012（09）：95-96.

[4] 曹洪.碧流河水库大坝安全监测自动化系统的运行情况分析[J].黑龙江水利科技，2012（11）：155-156.

[5] 明武汉.锦江水库大坝安全监测自动化系统的建设和运行[J].科技广场，2011（07）：88-91.

[6] 农世乐.广西凤亭河水库、屯六水库大坝安全监测及水情测报自动化系统设计[J].企业科技与发展，2014（12）：120-122.