水库大坝安全自动化监测问题研究

么亚男

摘 要：水库大坝安全监测是检验设计、校核施工和了解大坝安全状态的有效手段。目前我国水库大坝安全监测正面临着快速发展的极好机遇，观测资料实时分析评价系统和水库减灾防灾综合调度系统将是提高安全管理水平的重要开发方向。

关键词：水库大坝；安全监测 ；管理

1、系统通信方式

水库大坝光纤的传输主要有多模和单模两种传输模式。多模传输是指在满足全反射角度的多条光信号在光纤中传播。因为存在多条传播路径所以传播路径在长度会有所不等，所以信号传过光纤的时间都不会不同，这样很容易造成信号码元间的串扰，所以要通过降低传输的数据率来防止信号码元串扰。单模传输是指在光纤里传播一个角度的光波。单模传输的光纤有比较宽的频带，它的传输特性相对多模要好很多，所以它适合大容量、长距离的传输系统。在有线通信方式中，光纤是最适合大坝安全监测系统的一种通信方式，因为它具有很好的抗干扰性，它在监测系统中工作时几乎可以不受外界的电磁干扰与噪声影响，并且他还有一个很明显的优势就是它能在长距离、高速率的传输过程中保持很低的误碼率，对比一下它和其他通信方式在误码率上的比较数值：双绞线的误码率一般在10-5-10-6之间；基带同轴电缆的误码率一般为10-7；宽带同轴电缆的误码率一般为10-9；光纤的误码率一般低于10-10。通过以上的数据比较我们就可以很明显的发现水库大坝使用光纤的优势。此外，光纤在传输的安全性与保密性方面也具有很明显的优势。

2、大坝安全监测仪器及技术方法

2.1静力水准仪

在大坝的垂直位移监测中，实际工程中最常用到的是静力水准仪。大坝位移监测的测量需要很精确，这就要求选用精度高而且稳定性好的监测仪器，因此如若选用一般的监测仪器来测量效果可能并不理想，甚至可能达不到预期的效果，以至会影响到对大坝安全的评判，错误的判断可能会导致严重的后果。传统的光学水准仪测量，它的精度就不够理想而且它的劳动强度相比较会大出许多，所以在垂直位移监测中我们主要应用的是静力水准仪。它利用差动变压器式位移传感器进行垂直位移的测量。这种仪器结构简单，使用灵活，而且寿命长，线性度好，且有高分辨率高灵敏度等特点，它在大坝监测工程中得到普遍的应用。

2.2振弦式传感器

振弦式传感器是通过电磁铁激励钢弦振动在电磁铁线圈中感应出感应电动势，并通过测量该感应电动势所含带的钢弦振动频率而得知钢丝应变，它就是利用钢弦振动频率随钢丝应力变化的原理研制的。它能够取代电阻仪等许多传统的仪器主要是因为它的精度和长期可靠性及稳定性比其它的仪器更具有优势，而且它可以在恶劣的环境中工作。它的优势主要体现在它结构简单、反应快速、坚固耐用、抗干扰能力强、输出为频率信号方便与微机接口。另外由于它输出的是频率信号，所以它可以进行长距离传输，这样以来对电缆的要求也大大下降了，正因为如此它被广泛应用于矿山、水电等工程的内部应力观测，水库的自动化监测使用这种传感器效果显著。

2.3数据采集系统抗干扰技术

一个数据采集系统的成功与否，在很大程度上取决于该系统的设计是否充分考虑了干扰对系统的影响并是否采取了有效地抗干扰措施。水库大坝的监测系统能否有效的抗干扰对监测系统的工作效果影响重大，下面针对性的讨论了系统抗干扰技术的具体措施。

屏蔽的目的是使被保护对象免于外界的干扰。这就要求它即不受外界电磁波的影响，也不会受到外界噪声的影响，甚至对附近的其他监测仪器也不要造成影响。关于屏蔽采取的措施一般是利用各种金属屏蔽体制成容器，利用这些容器来阻挡或者是衰减那些施加在仪器上的电磁干扰和由雷电导致的过电压。

3、大坝安全监测的手段

3.1把巡视检查和仪器监测结合起来

巡视检查和仪器监测是大坝安全监测两个相互补充、密不可分的部分，二者结合实现了监测面上和点上的相互兼顾印证。前者按照一定的检查范围和要求，采用目测对大坝外观表面特别是一些明显的隐患进行检查，以便做到早发现、早处理。后者主要借助观测仪器按规范要求进行必要的点监测。对大坝表面及内部的隐患，如土石坝的洞穴、暗缝、软弱夹层等，很难通过简单的人工检查发现，必须借助于高密度电阻率法、中间梯度法、瞬态面波法等先进仪器和技术进行检查，从而完成对其定位及严重程度的判定。

3.2把自动监测和人工观测结合起来

大坝自动监测系统具有测量快、便于分析、可靠性高、可备份等特点，可以大大缩短数据采集的周期，减少人工资料整编分析的繁冗，提高大坝观测的工作效率，减轻劳动强度。由于自动化系统测点种类多、分布广、线路长，易受高低气温、高湿度、强雷电、大风、鼠害等不利环境干扰，易出现短路、断接、接触不良、元器件损坏等系统故障，造成监测中断或监测精度降低，此时采取人工观测方式可保证监测数据连续，校验系统精度，辅助故障处理。在系统运行、检修期间，通过人工比测来校验自动检测值，减小系统误差，提高数据采集的可靠性，为系统维护提供参考依据。

4、自动化检测技术的应用意义

4.1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。

4.2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。

4.3大坝建造在复杂的水文地质和工程地质环境中，运行中的大坝不仅承受着巨大的水压力和温度等环境荷载，有时还会受到地震荷载的冲击，工作条件极为复杂。同时，由于材料性能、施工过程中造成的人为影响等因素，随着使用年限的增长，大坝也会出现不同程度的老化、病变和裂缝等问题。这些缺陷或隐患若不能及时被诊断发现并解决，将随时可能影响到大坝的安全运行，严重时还会造成灾难性事故。随着时间流逝，一些早年布置了监测设备的大坝也出现了老化和安全问题。大坝安全监测问题已不容忽视，令人欣慰的是： 近年来已得到国家的高度重视。造成大坝失事的原因很多，主要有：（1） 坝体泄水能力不足或遭遇超标准的洪水；（2） 坝体质量和基础存在问题；（3） 其他运行管理方面引发的问题。土石坝失事的主要原因是渗透破坏和坝坡失稳，表现为坝体渗漏、坝基渗漏、塌坑、管涌、流土及滑坡等现象。据统计，在失事大坝中，仅有35%是由于其自身泄洪能力不足，也就是勘测设计中存在洪水计算和防洪能力方面的问题；大部分大坝失事仍是由于其他工程原因或运行管理问题造成的，而这些问题却是可以通过加强安全监测及早发现问题并及时处理解决的。因此，建设和完善大坝安全监测设施重要且必需。

结语

关于大坝的安全检测问题，应当大量收集关于当地的气象气候、地理环境、库区岩石结构的渗水性、水文特征、雨季汛期时期、洪水预警系统以及水库调度相互结合，为安全监测人员提供大量有效的参考数据，这样才有利于保障大坝安全，同时也能够为水库的安全运行带来保障。

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， 2013，（04） .

[2]张燕霞.龙羊峡水电站大坝安全自动化监测系统的运行与维护[J].大坝与安全，2013，01：35-37+47.