自动化技术在水库大坝安全管理中的应用研究

江家景

摘要：水库是维持社会稳定与经济发展的重要基础设施，具有防洪、发电、养殖及灌溉等多种功能，大坝是水库的三大件之一，管理好水库大坝有助于提高水库的经济效益。本文结合笔者的实践工作经验对广西地区水库大坝安全管理工作中应用自动化技术的相关问题进行了分析，旨在完善水库大坝安全管理工作。

关键词：自动化技术；水库大坝；安全管理

1 水库大坝安全管理的基本内容

大坝安全管理监控指的是通过一些特定的观测仪器以及相关设备，对于大坝主体以及相关建筑进行各个方面的监控检查等工作。比如对大坝垂直和水平位移、大坝坝体出现裂缝的问题、水体对于大坝造成的浸润线、水体渗流量、大坝的变形进度、预应力设计、温度变化以及坝体伸缩缝等因素的观测和监控以外，还要加强一些诸如抗震、滑坡等项目的管理监测等，经过这些安全管理项目的检测，可以及时获取大坝相关的安全信息数据等，便于为大坝下一步的安全管理提供参考，进而方便进行安全管理的决策。由于大坝的工作条件十分复杂，大坝坝体以及坝体基础，时时刻刻承受着水流等的侵蚀，大坝的安全管理状态是处于动态中的，进行定期检测并不能保证及时发现安全问题，只有利用现代电子技术进行即时的监控管理和信息傳达，才能保证大坝的安全状态处于安全监测中。

当初进行大坝施工时，可能因为设计方案以及施工人员的疏忽，会造成大坝的某些缺陷，这些缺陷经过一段时间的运行，加上外界的水流侵蚀、冻融风化等各种因素，特别是在大坝、堤坝及水库方面，随着水库蓄水的增大，大坝将承受相当大的水荷载，随着负荷的加大，必然产生水平位移或垂直位移，使得大坝的本体以及大坝基底出现不稳定的情况，会对堤坝造成安全隐患，随时可能发生严重的安全问题。只有利用现代电子技术进行即时的监控管理和信息传达，在大坝的安全状态出现异常的时候进行及时的发现和处理，才能确保大坝的安全管理。大坝的安全管理不但关系到大坝工程的安危，还关系到人民的生命财产安全，所以大坝的安全管理是非常重要的一项工作。

水库大坝安全管理常见问题。我国水库大坝在安全管理中有几个常见的问题：第一，水库大坝应急系统不完善，这主要体现在应急方案不完善、应急组织协调性较差、应急设施不足等方面。在我国，夏季是防洪防汛期，如果应急系统不够完善，将会导致水库大坝不能安全运行。第二，水库大坝技术标准不完善，这主要是因为我国水库大坝是在不同时期建设的，不同时期建设的水库大坝在管理标准、施工标准上存在各种各样的问题，而我国目前还没有一个统一的技术标准。第三，病险水库大坝的加固问题，这在我国水库大坝管理和安全运行中，会造成不可估量的损失和危害。由于我国很多水库大坝是在新中国成立后为了迅速恢复农业生产而兴建的一些应急性工程，在建设过程中，受到当时技术条件的限制，根本没有条件和能力采用统一的技术标准和技术规格，导致目前很多水库出现了使用问题，这些隐患随着时间的延长而增多。由于各种原因，造成很多病险水库大坝没有有效的除险情加固措施，出现不可用的情况，严重影响水库效益的发挥。

2 水库大坝安全管理工作中自动化技术的合理运用

2.1 渗流监测与变形监测中的应用

就目前的情况而言，可以利用自动化技术完成大坝安全管理中的渗流监测及变形监测工作。（1）渗流监测。渗流监测指的是渗流量与渗透压力监测，为了确保自动监测技术能够充分发挥作用，则应注意合理设置渗流监测点。如为土石坝，则应在坝底的渗水汇集部位设置测点，同时将地下水位的监测点设置于大坝两岸的山坡处，以便能够对绕坝渗流情况进行全面监测。如为砼结构大坝，则将压力检测孔布置于水坝基础的廊道部位，确保不同的坝段具有独立的监测点。此外，要在了解大坝排水沟的集水情况后设置渗流量观测点，确保总渗流量与分区流量均处于监测范围。（2）变形监测。结构变形监测是大坝安全管理的重要内容，变形监测包括垂直位移与水平位移两个方面。在监测水平位移时，应确保监测点>3个，如为土石坝，则在坝后部及坝顶设置观测点，测点之间的间距为30m～50m；如为砼结构大坝，则沿坝高处合理设置3个以上的监测点即可。

2.2 自动化装置的应用

在水库大坝安全管理中应用的自动化装置包括垂直及水平位移传感装置、地下水位自动监测装置、智能传感装置及中央控制处理设备。（1）垂直及水平位移传感装置。在对砼结构大坝进行监测时通常采用电机式或电容式装置，电机式装置具有适用范围广及可靠性高等优势，但测定速度相对较慢；电容式装置具有测定速度快的优点，但是对于使用条件的要求较为严格，如线路较长，在实际监测中容易产生偏离现象。除了以上两种装置之外，还可以使用真空激光装置，该装置的应用效果良好，但前期投入成本及运行维护成本相对较高。自动全站仪在我国部分水库中得到了应用，全站仪能够实现实时自动采集变形数据，且测量精度较高。（2）地下水位自动监测装置。监测地下水位的常用装置为渗压计，渗压计包括通气式与弦式两种。通气式装置的应用范围较广，但环境中湿度较大时可能会导致通气管潮湿，并由此对监测结果造成不良影响，因此需要对监测结果进行适当地修正。弦式装置具有稳定性及耐久性优良的特点，但监测结果容易受到气压的影响，因此当量程较小时不宜采用弦式装置。（3）智能传感装置。智能传感装置充分利用了现代计算机科技技术，能够确保监测点布置的合理性，且无需敷设大量电缆，有利于减轻作业人员的劳动强度。中央控制处理设备是自动化技术当中的核心部分，中央设备包括任务主机、监控主机、备用电源及其他附属设备。随着计算机与信息技术的发展，目前多数水库已经能够组建小规模的局域观测网。

2.3 实际案例分析

选择广西巴江口水电站的大坝安全管理工作实践作为典型案例，从而全面分析掌握自动化技术的合理化应用。巴江口水库位于桂江流域，水库总库容2.163亿m3水库正常蓄水位97.6m，水库溢流坝为混凝土实体重力式，该水坝设计级别为二等中级，建筑物多以二级建筑为主。考虑到该大坝所在地区地质环境较为复杂，大坝全长425m，坝顶桥面宽8m，最大坝高42.6m，坝顶的高程104.6m。现在大坝右岸基础廊道布置9个静力水准点，布置两个RW型双金属标仪测点分别监测坝基垂直位移；在坝顶左、右岸各设一倒垂线，坝顶布置21个引张线测点分别监测坝顶水平位移；在左岸基础廊道布置5个扬压力测点，右岸布设5个绕坝渗漏测点，左、右岸各设两个量水堰分别监测渗漏。所有测点均装设了传感器，连接到主控室，自动化安全监测设备系统的构建基本完成，运行效果良好。

本次实践应用当中，自动化技术在安全管理中的实践应用具有较为明显的结果。一方面，该技术极大的降低了工作人员的劳动强度，提升了监测的效率，案例水坝使用人工安全监测和自动化安全监测前后节省了近2h。且在遇到天气环境较差情况时，也能够确保尽快完成安全监测工作，且监测数据得到了有效记录。另一方面，相比人工测量会受到设备各方面因素的影响，如工作人员的综合能力与设备操作熟练度、设备的稳定性以及测量器的伸缩度等等。但是用自动化技术进行安全管理后，误差大大减少，准确度大幅提升。

3 结语

我国水库大坝的安全管理工作的进一步完善有赖于更多的自动化技术的发展和使用。整体安全管理水平的提升，还有赖于广大水利水电工作者的共同努力和研究。

参考文献

[1]卓亚·艾则孜.自动化技术在水库大坝安全管理中的应用研究[J].科技与企业，2014，（14）

[2]方卫华，范连志.水库大坝安全监测法规及技术标准研究[J].中国水利，2013，（14）

（作者单位：广西贺州市投资集团有限公司）