水库大坝安全自动化监测质量问题及改进策略

马新涌 杨德成

摘 要：本文在简要阐述水库大坝安全监测主要内容的基础上，对当前水库大坝安全自动化监测工作中存在的主要问题进行概括，并探究总结解决问题，提供水库大坝安全自动化监测质量的具体策略，以期促进水库大坝安全管理的质量水平提升。

关键词：水库，大坝，安全自动化监测

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.08.033

1 水库大坝安全监测的主要内容

渗流监测和变形监测是水库大坝安全监测的两个主要工作内容。其中，“渗流监测”需要对渗透压力、渗流量两项参数指标进行实时监测，“变形监测”需要从垂直和水平两个方向出发，实时监测水库大坝整体结构是否出现位移情况。此类监测多用于大型或重要的水库大坝，小型大坝则没有硬性规定。作为一项复杂度较高的工作，变形监测的实施质量能够直接影响水库大坝的使用寿命[1]。

2 水库大坝安全自动化监测存在的主要问题

2.1 自动化监测系统的功能有待提升

从实际情况来看，现阶段，很多水库大坝所使用的监测系统，都存在系统功能单一、落后的问题，常见表现为：系统只具备基础的数据信息实时采集、整理、储存和传输功能，而没有嵌入大坝结构3D建模及可视化分析、安全风险评估及预警、基于人工智能技术的数据模拟分析等更为智能化的技术或功能，以至于监测数据的价值未能得到充分挖掘，自动化监测的优势未能得到充分发挥，从而无法最大限度保证大坝安全管理工作的质量和水平[2-3]。

2.2 自动化监测设备的配置有待完善

从实际情况来看，自动化监测设备配备不完善，也是水库大坝安全管理工作一个常见的问题。主要表现有：未能及时对当前配备的自动化监测系统进行更新和升级，以至于部分监测仪器设备存在功能落后、年久失修的情况，导致仪器设备的精密度和可靠性无法满足现阶段的安全监测要求。或者，存在监测设备的配置数量和位置与实际要求不符的情况，导致监测数据缺乏全面性和代表性，从而影响水库大坝安全自动化监测的质量和效果[4]。

2.3 自动化监测的模式有待优化

自动化监测模式单一也是现阶段水库大坝安全自动化监测工作存在的一个主要问题。从实际情况来看，很多水库大坝在开展安全监测工作时，过于依赖自动化监测系统，未能构建多种安全监测方法整合运用、多层面监测数据相互印证和支撑的安全监测模式，以至于无法最大限度保障水库大坝安全性评估的全面性，存在一定的安全管理隐患。

3 提升水库大坝安全自动化监测质量的策略

3.1 注重自動化监测系统的功能优化

水库管理部门可通过以下措施对水库大坝安全自动化监测系统的使用功能进行优化更新，以此改善监测系统层面存在的问题，获得更好的监测效果：（1）在自动监测系统中嵌入基于人工智能技术开发的大坝安全分析评价预报系统。该系统能够利用计算机、大数据及人工智能技术，根据监测数据自动开展坝体裂缝分析、浸润线分析、位势分析、过程线分析等数据深度处理分析工作，并通过模糊综合评价模型、人工神经网络评价模型、灰色关联度评价模型等数字模型的构建，对大坝安全性进行智能分析，当发现潜在安全风险后会在第一时间发出的预警信息。（2）对系统通信形式进行优化。优先采用光纤传输作为系统的主要通信方式，以此降低外界噪声、电磁辐射等因素对数据信息传输过程的干扰，保证监测数据传输的完整性和质量性。光纤传输分为单模和多模两种传输模式，前者适用在长距离、大容量的传输系统中，后者在使用时需要通过降低传输数据率的方式来防止信号码元串扰[5]。

3.2 注重自动化监测设备的科学配置

前端监测设备的功能性、配置数量和设置位置能够直接影响监测数据的采集速度、质量以及全面性，因此，为进一步提升水库大坝安全自动化监测的质量，水库安全管理部门应通过以下措施来保证自动化监测设备的配置合理性及工作效果：（1）科学选用传感器。自动化监测系统在运行过程中，会利用中央控制传感器、位移传感器、地下水位传感器等多种类型的传感器来获取水库大坝安全管理所需的各类数据信息，可见，传感器的功能性及其数据采集的精准性和及时性，对水库大坝的安全性分析和安全管理具有决定性影响。为最大限度保证监测数据采集的精准性，在传感器选用方面应优先选用环境适应性强、抗干扰能力强、智能程度高、数据传输稳的传感器，如：振弦式传感器、智能传感器、静力水准仪等。与此同时，还应确保所用设备的测量精度符合国家相关规范标准及实际监测要求，如：若选用S10监测接收机进行表面位移监测，则应保证设备精度满足水平±2 mm+1 ppm、垂直±4mm+1 ppm；若选用HSST-SYH跟踪式渗压遥测仪进行渗压监测，则应保证设备精度满足变幅在0～25m之间、测量基本误差≤±1 cm。（2）科学设定监测设备的安装位置。不同位置所获得的监测数据存在一定的差异性，为保证监测数据符合安全性评估的需求以及数据本身的精准性和代表性，必须要对自动化监测设备的安装位置进行科学确定：一方面，根据水库大坝的类型，严格按照《土石坝安全监测技术规范》（SL 551-2012）、《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T 5178-2008）等规范标准中的技术要求，做好监测设备质检、安装、调试、验收等工作；另一方面，结合水库大坝建筑结构特征及实际监测需求，合理设定监测设备的安装位置。例如：若要监测流量，则应将监测设备设置在基础廊道以及坝体不同地段内，使其能够对排水渠中的排水和积水情况进行监测；若要监测渗透压，则应将监测设备设置在坝体底部或水渠中等[6]。（3）加强对监测设备功能和性能的把控，确保其满足《大坝安全自动监测系统设备基本技术条件》（SL 268-2001）的要求，从而保证各项监测数据的精准性。以数据采集装置为例：应保证其具备蓄电池供电功能且供电持续时间≥3 d；通道数在8～32个之间；可通过定时、单检、巡检、选测等多种方式进行数据采集；采样时间≤30 s；平均无故障时间（MTBF）≥6300 h；平均维修时间（MTTR）≤2 h；数据储存容量≥50测次；包含人工测量接口等。

3.3 注重自动化监测模式的完善创新

在自动化监测模式方面，虽然自动化监测系统具有突出技术优势和使用效果，但水库大坝安全监测不应完全依赖于自动化监测系统，而应将多种监测方法或模式整合运用，以此实现优势互补、相互印证，从而最大限度保证监测数据和安全评估结果的科学性和准确性。例如：将仪器监测与巡视监测相结合，前者侧重监测点的精准监测、后者侧重外观表面的宏观排查，将二者联合运用，能够实现监测点与监测面上的相互兼顾和印证，从而一定程度上提高监测质量，做到“尽早发现、尽早处理”。又如：将自动监测与人工监测相结合，通过自动监测提高监测质量，通过人工监测验证监测结果，避免因自动监测设备或系统故障而获取到错误的数据信息，从而最大限度保证水库大坝安全监测的质量[7]。

4 结 语

通过自动化监测数据和人工监测数据的对比分析，不难发现，二者在监测结果的变化趋势方面具有明显的一致性，通常情况下，同一位置二者间监测结果的误差值在0～2 cm区间，但自动化监测的观测周期较短，能够及时表现出水库大坝的变形情况，从而具有实现大坝安全信息化管理、安全性快速分析及遠程管理和咨询等价值体现，能够大幅度提升水库大坝的安全管理质量和水平。因此，新时期背景下，水库管理部门应通过自动化监测系统功能优化、自动化监测设备科学配置、自动化监测模式完善创新等策略，改善当前水库大坝安全自动化监测存在的问题，全面提升自动化监测的质量和水平。

参考文献

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王川.探究自动化技术在水库大坝安全管理中的有效运用[J].珠江水运，2020（15）：81-82.

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李积强，高世宇，祁维青，等.关于水库大坝安全监测自动化技术的探讨[J].科技视界，2020（4）：167-169.

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李海强，苏强.关于水库大坝安全监测自动化技术的探讨[J].四川建材，2019，45（6）：220-221.

彭宇锋.自动化技术在水库大坝安全管理中的应用探讨[J].科技与创新，2019（9）：108-109.

作者简介

马新涌，本科，工程师，研究方向为泵站运行与管理。

杨德成，大专，助理工程师，研究方向为机电设备。

（责任编辑：刘宪银）