水庫大壩滲流安全監(jiān)測系統(tǒng)的設計

馬文波

( 咸陽市羊毛灣水庫管理局，陜西 咸陽713300)

水庫大壩是水利工程中截河攔水的堤堰，壩體結構的穩(wěn)定性、耐久性關系著水庫的安全。為了防止水庫蓄水高峰期出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，工程單位在建設期間要結合水庫的實際情況設計安全監(jiān)測系統(tǒng)。ADMS 系統(tǒng)憑借其優(yōu)越的數(shù)據(jù)處理功能，可適用于大壩滲流安全監(jiān)測工作。

1 傳統(tǒng)水庫安全監(jiān)測的缺陷

水庫大壩是水利工程的核心建筑物，具有攔洪蓄水、調(diào)節(jié)水流、配置水源等多方面作用，而大壩是水庫的關鍵性構造。受到季節(jié)因素的影響，水庫大壩常要面臨巨大的水流沖刷力。大壩滲流現(xiàn)象引起的各種結構破壞問題是水庫大壩最大的安全隱患，而盡管工程單位開展了安全監(jiān)測工作，卻存在了多種監(jiān)測缺陷。

1.1 制度問題

科學的安全監(jiān)測制度是提高水庫安全性的基礎，也是施工單位建設期間作業(yè)的標準規(guī)范。而水利工程作業(yè)期間，現(xiàn)場負責人所編制的管理制度均是針對大壩施工的質(zhì)量、進度、成本，對安全監(jiān)測工作考慮的內(nèi)容甚少［1］。安全制度缺乏導致施工人員的安全意識不足，給后期的建設操作埋下安全隱患。

1.2 技術問題

科學技術是水庫大壩安全監(jiān)測的前提，若水利工程監(jiān)測技術不先進，則很難及時發(fā)現(xiàn)大壩結構存在的問題。如: 壩體滲流是內(nèi)部結構遭受水流沖擊引起的滲漏，工程管理人員多數(shù)依賴于肉眼觀察，這是很難察覺壩體滲漏問題的，技術落后造成許多潛在的安全隱患未能及時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)。

1.3 目標問題

監(jiān)理單位對于建筑工程的管理重點集中在質(zhì)量、進度等方面，對于施工期間容易出現(xiàn)的安全問題未能給予關注。有的施工單位盡管采取了相關的安全管理方案，但實際執(zhí)行階段并沒有弄清水庫大壩安全管理的具體目標。如:監(jiān)理單位沒有深刻認識到安全監(jiān)測對水庫安全的重要作用。

1.4 方法問題

安全監(jiān)測不僅僅是理論上的分析，更應該投入到水庫大壩的現(xiàn)實施工中，這樣才能讓所采取的安全監(jiān)測體系發(fā)揮作用。不少施工單位在安全監(jiān)測時所用方法不科學，盲目地認為只有強制性管理才能提升水庫的安全系數(shù)。對于引進先進的安全監(jiān)測技術、系統(tǒng)、設備等，工程單位未能全面考慮。

2 ADMS 監(jiān)測系統(tǒng)的運行優(yōu)勢

隨著自動化監(jiān)測技術的推廣，水庫大壩安全監(jiān)測期間采用了先進的控制系統(tǒng)，ADMS 系統(tǒng)通過捕獲大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)后深入分析，對潛在的滲流隱患及時告警且制定處理方案。ADMS 系統(tǒng)的組成采用了高性能的全站儀及計算機設備，保證了監(jiān)測階段能及時捕捉與變形相關的數(shù)據(jù)信號，為后期的變形分析提供了可靠的依據(jù)。

監(jiān)測系統(tǒng)組成包括:監(jiān)測系統(tǒng)由全站儀觀測站、基準點、變形點、中繼站計算機和遠程監(jiān)控計算機等組成［2］。此外，利用供電、通訊等電纜將設備合理連接，利用計算機網(wǎng)絡對設備運行狀態(tài)實時監(jiān)控，讓監(jiān)測系統(tǒng)各部分協(xié)調(diào)運作，提高了水庫大壩安全監(jiān)測的精度。ADMS 系統(tǒng)屬于高性能的組合系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)在運行時可以大大降低監(jiān)測人員的工作難度。ADMS 系統(tǒng)運用于水庫大壩安全監(jiān)測，具有以下優(yōu)點:

2.1 持續(xù)監(jiān)測

早期水庫壩體滲流監(jiān)測需要技術人員定期檢查，這種方法不僅人力消耗較大且檢測的準確率較低。ADMS 系統(tǒng)可以實現(xiàn)無人值班的運行狀態(tài)，值班人員只需將相對應的參數(shù)指標設置好，即可讓系統(tǒng)自動完成監(jiān)測工作，持續(xù)時間可達24h。如:利用監(jiān)測儀感應壩體的滲流量，超出標準時發(fā)出告警信號。

2.2 控制誤差

降低安全監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)誤差有助于監(jiān)測人員對異常問題的判斷。采用ADMS 系統(tǒng)自動化監(jiān)測之后，由于系統(tǒng)內(nèi)連接了多種儀器，對變形監(jiān)測的參數(shù)值均能發(fā)揮高精度測量作用［3］。ADMS 系統(tǒng)執(zhí)行實時差分式測量時能顯著減小誤差，監(jiān)測所得數(shù)據(jù)的精度顯著提升，為水庫險情分析提供更可靠的依據(jù)。

2.3 綜合處理

數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、報表輸出、繪制圖形等都是系統(tǒng)的主要功能，這就為技術人員的變形分析提供了依據(jù)。系統(tǒng)對監(jiān)測過程獲得的數(shù)據(jù)可及時處理，經(jīng)過一系列的分析過程得到最準確的數(shù)據(jù)。如: 安全監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，可以確定滲流流量、浸潤線的位置、滲透流速等參數(shù)。

2.4 安全可靠

由于監(jiān)測系統(tǒng)逐漸趨于網(wǎng)絡化控制，安全監(jiān)測操作的安全性也受到了高度關注。ADMS 系統(tǒng)不僅在安全監(jiān)測功能上占據(jù)優(yōu)勢，且該系統(tǒng)自身的維護操作方便快捷。水庫大壩維護人員只需定期對系統(tǒng)內(nèi)連接的設備狀態(tài)檢測或檢測計算機網(wǎng)絡的安全狀態(tài)，對潛在的安全問題及時處理即可維護系統(tǒng)。

3 積極推廣在線安全監(jiān)測技術

伴隨著科學技術的不斷發(fā)展，水庫大壩安全監(jiān)測技術也在不斷更新，基于ADMS 系統(tǒng)的在線監(jiān)控技術是比較先進的模式。在線安全監(jiān)控系統(tǒng)是ADMS 系統(tǒng)的優(yōu)化升級，其主要的功能包括:

3.1 值班監(jiān)測

水庫大壩值班室人員工作期間要關注大壩的各種情況變化，通過在線監(jiān)測系統(tǒng)可減輕值班人員的工作量。在線監(jiān)測的一大功能是對水庫內(nèi)水況及時監(jiān)測與分析，然后把水、雨、工情等顯示在大型模擬屏上。此外，對大壩的重點結構位置進行安全監(jiān)測、實時預報，促進了水庫安全監(jiān)測的自動化［4］。

3.2 水情監(jiān)測

值班監(jiān)測屬于大范圍的安全監(jiān)測，而水情監(jiān)測則是在線監(jiān)測的具體內(nèi)容。通過計算機控制中心的操控，對水庫大壩采取水情預報、防洪監(jiān)控、安全監(jiān)測等措施，及時發(fā)現(xiàn)水庫內(nèi)的異常狀況。在線監(jiān)控機接收和采集水、雨情數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后，寫入水、雨情實時和時段數(shù)據(jù)庫，及時播報水庫的安全狀態(tài)。

3.3 專家指導系統(tǒng)

專家系統(tǒng)可以看成是綜合性的調(diào)控模型，將其運用于水庫大壩滲流監(jiān)測可顯著改善安全監(jiān)測的準確性［5］。如:在線監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)壩前水位超出警戒值時，專家系統(tǒng)則會及時收集有關水、雨、工情，從模型庫調(diào)用調(diào)洪分析等模型，經(jīng)過綜合性的分析后確定大壩內(nèi)危險的狀況，指導值班人員緊急處理。

綜上所述，滲流現(xiàn)象對水庫大壩結構的穩(wěn)定性造成了嚴重的破壞，為了避免水利工程性能受損，在設計階段應結合實際情況編制安全監(jiān)測系統(tǒng)。ADMS 系統(tǒng)具有強大的數(shù)據(jù)獲取、分析功能，將其運用于水庫大壩滲流安全監(jiān)測可降低值班人員的工作難度，及時發(fā)現(xiàn)水庫大壩的異常險情。水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的構建加快了工程監(jiān)測自動化發(fā)展，對水利工程建設的安全起到了重要的保護作用。但滲流安全監(jiān)測系統(tǒng)設計時，需參照國家標準統(tǒng)一執(zhí)行，對系統(tǒng)存在的缺陷或不足及時改進。

［1］肖靜萍. 大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設計的難題與處理［J］. 水利工程監(jiān)測，2009，30(16) :40－43.

［2］戴菊妍. 分析滲流現(xiàn)象對水庫大壩構成的安全威脅與處理［J］. 山東大學學報，2010，18(5) :10－12.

［3］孟軍民. 有關水利工程質(zhì)量檢測及報告分析的研究［J］. 陜西農(nóng)業(yè)科技，2010，25(16) :67－69.

［4］晁文旭. 江蘇蘇北地區(qū)水利工程建設的監(jiān)測方案［J］. 南京理工大學學報，2010，40(22) :132－135.

［5］董維康. 水庫大壩安全監(jiān)測自動化模型設計研究［J］. 大壩與安全，2010，28(11) :70－72.