水利工程中安全监测自动化系统的应用方法

谭理则

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610031）

若将安全检测自动化系统投入水利施工项目中，可提升施工进度，及时排查施工过程中隐藏的安全隐患，并第一时间将获取的状况告知项目负责人，以便及时应对，避免风险发生影响施工质量、造成安全事故。由此可见，分析水利项目下安全检测自动化系统的实际应用状况较为必要。

1 工程概况

本文选取了长河坝水电站作为研究对象进行分析，项目所处四川大渡河金汤河口附近，与巴丹县城、泸定县城紧密连接，水电站周围交通线路发达，包含省道S211、国道G318。该项目被我国列为大渡河干流水电规划“三库22级”中一员，是第10个梯级电站。

2 水利水电工程安全监测自动化系统概述

目前，水利水电项目影响我国社会经济的持续发展，水利水电项目中大坝结构模式愈发多样。水利大坝施工时，易受到外部因素的干扰，外界温度、水压力等参数的变化，易导致大坝出现外部变形、产生裂缝，严重威胁大坝质量，埋下安全隐患。此外，项目单位开展大坝施工过程中，项目自身因素会对其造成干扰，如机械设备不合格、人为失误、材料质量不达标等，若项目单位未根据施工标准严格控制所有施工环节，将提升安全风险爆发的概率，降低项目质量，威胁工作人员的生命安全。

由于水利水电项目施工制度不断完善，业内愈发意识到安全监测工作的重要性，全面监测大坝项目安全性能，便于管理人员实时掌控大坝自身外观变化、内部温度变化及受压情况，以便及时进行调整，维系大坝结构安全稳定。在大坝安全监测设备技术水平不断提升的同时，更多新型技术被运用于日常工作中，提高了安全监测工作效率与效果。项目单位选择使用适当的仪器设备配合监测工作的开展，以此提升监测精度，降低安全风险发生的可能性，维系大坝的正常运行[1]。

3 水利水电工程安全监测自动化系统工程应用

3.1 工程应用概述

长河坝电站主要采用拦河大坝以及首部式地下引水发电系统等形式进行施工，项目容量达到2 600 m3，坝高上限达到240 m，蓄水位维持在1 700 m左右，总库容达到10.75 亿m3，配备了4.15 亿 m3调节库容，以便适应季节变化进行调整。

长河坝水电站属于典型单一发电水库站，该项目无须具备航运、灌溉、防洪等性能，项目每年平均流量约843 m3/s。该大坝建设时决定选用土质防渗体分区坝，防渗体主要使用砾石土直心墙型结构，使用堆石填筑出所有坝壳，并在墙体上下游内添加反滤层、过渡层等，此外下游坝壳、覆盖层坝基处还设置了水平反滤层。

项目决定在河道右侧安设堤坝电站枢纽永久泄水设备，其主要包含三条泄洪洞及一条防空洞。不同于泄洪洞，防空洞设置的目的是放空水库，以便后期施工人员进行检修，同时放空的功能还包含后期导流，泄洪工作全程由泄洪洞负责进行。此外，防空洞主要包含由短有压进口段、无压隧道段及出口挑流鼻坎段三部分。分析三条泄洪洞拟定的布置位置，项目决定使用统一协调联合开挖法进行三个洞口的开挖，引水发电设备安设在河道左侧，依照首部式地下厂房布置方法进行布置，其主要包含电站进水口、压力管道、开关站、尾水洞等内容[2]。

3.2 安全监测自动化系统结构构成

（1）现场监测站。

目前，长河坝水电站整个施工已经全部完成，后期运行过程中依赖永久观测仪器对其工作状态展开实时检测，基于项目实际需求，本项目共设置了21个永久监测站台。施工完成后，施工人员对大坝水管式沉降仪、引张线式位移计等进行改造，将其覆盖至周围监测站工作范围内。项目各个监测站下各个采集单元通过RS-485总线实现连接，并依赖于光纤维系通信。此外，现场监测站和管理中心同样依赖于光纤保持通信。该系统除了上述功能外，增设了为子系统采集数据信息的功能，因此，选用的采集软件应满足大坝安全管理信息系统的需求。

（2）监测管理中心站建立。

该项目的管理中心设置在副厂房处，其主要作用是维系项目各个工作站及服务器的正常工作，使其通过安全监测信息管理与分析系统完成相应的数据采集、人工测读等工作。系统可及时汇总、整理所有收集的数据信息，在分析评价系统的作用下，初步分析这些数据，得出相关结果，以便管理人员做出正确的决定，该项目具备远程服务功能[3]。

项目内检测中心对周围环境的适应性较强，不会受到外界因素的干扰，自身拥有净化电源、不间断电源，能够保障系统一直处于正常供电状态。系统的运算效率较高，配备大容量PC设备、服务器，管理部门为系统配备了打印、演示以及备份等外设设备。检测中心设置了数据库服务器、工作站计算机设备、中心站服务器等后台数据库，数据库体系较为完善。

系统运行过程中，能够直接将所有获取的信息数据储存至数据库中，由数据库自主对这些数据资料整理、分类，使其格式一致，以便统一存放在数据库中。系统的前台监测信息管理系统包含了服务器端功能，使得处于不同地区的用户能够实现对系统各个功能的远程管理，实现异地监控功能，保证系统长期处于24 h不间断的管控下。

为了便于管理者进行数据分析，该系统还能够根据使用者需求进行调整修改，具备画面与报表的编辑功能，以便管理者发现系统问题后及时进行处理，维持系统正常工作。

监测管理中心结构站如图1所示。

图1 监测管理中心站结构

4 安全监测自动化系统控制与发展前景

4.1 安装监测自动化系统的主要项目

系统项目内容主要包含变形、渗流以及面板周边缝等的应力应变、电位器式、水力学、环境量、差动电阻式等。

4.2 合理进行安全监测仪器的控制

对大坝项目安全监测过程中，施工人员应充分借助各类监测仪器设备保障监测数据精度。监测人员应重视对外部坝顶、迎水坡、坝肩等部位的安全监测，便于第一时间排查问题，有效避免大坝出现变形、渗漏等故障。全面监测大坝泄洪通道，严格排查其工作过程中是否存在杂物堵塞泄洪通道的问题。对项目内部各个防水设置、启闭设备进行实时安全监测。由此可见，项目选用的监测设备质量将影响最终获取监测数据进度，因此，根据项目实际需求选择最佳的监测设备至关重要。

（1）合理进行安全监测测量控制。

为了保障最终获取到的数据完整可靠，目前适用于大坝工程安全监测工作中，常见的数据库管理平台包括数据表信息收集系统及数据信息分析整理系统。在系统相互配合下，项目相关的环境监测信息、安全信息数据及基本静态数据信息均能被覆盖在内。为了维系数据库的正常施工，项目单位还要为其设置科学有效的工作制度并让系统管理人员接受系统培训，提升专业性。

（2）合理进行安全监测数据控制。

构建统一的数据库管理平台，聘请专业组织、专家全面评估分析监测数据、信息资料。对大坝项目而言，安全渗流监测工作中最核心的就是对渗透压力、大坝坝基压力的实时监测。此外，由于大坝应力、温度应力变化同样易对大坝整体结构的安全性、可靠性产生影响，因此进行温度监测、应力监测同样非常重要。

4.3 水利工程大坝安全监测技术的发展前景

在信息时代的影响下，信息技术已经深入融入各类水利工程大坝安全监测工作中，有效提升了安全监测质量，提高了工作效率，维系着大坝的正常工作。对大坝进行实时安全监测的目的是及时掌握大坝各个部分的真实工作状况，出现问题后系统将先自主计算、诊断，大幅度节省了管理人员的工作量，维系着大坝项目的正常工作，有效防止了各安全事故的发生。

应确保落实大坝项目日常管理监测工作，可长期维系大坝项目长期处于正常工作状态，有效避免了风险事故的发生。落实大坝日常运行过程中的各项监测工作，能够提升项目整体质量，且能够第一时间排查出隐藏的安全隐患，方便管理人员进行应对。

5 结语

分析发现，落实大坝安全监测管理工作、提升安全监测技术能够在较大程度上降低风险事故发生的可能性，维系水利项目的稳定。目前国内大坝项目所使用的安全监测技术已愈发成熟，甚至超越了绝大多数外国国家，有力推动了水利项目的发展。目前的安全监测技术仍有不足之处，部分技术尚未落到实际操作中，还需要日后深入研究。