水電站大壩監測自動化的現狀分析

■　劉瓊

（貴州星光地測工程勘察有限公司貴州貴陽550002）

水電站大壩監測自動化的現狀分析

■劉瓊

（貴州星光地測工程勘察有限公司貴州貴陽550002）

經濟的快速發展，電力系統也隨之發展起來，期中，水電站成為發電設備的主流產品，但隨之而來的水電站大壩安全檢測也成為大壩安全管理的主要問題，大壩監測自動化系統成為評價大壩安全狀況的基礎資料，水電站安全檢測自動化系統可以準確而又快速的獲得檢測資料，使得大壩監測自動化系統成為了有效控制大壩安全的輔助手段，本文中，通過回顧以往水電站大壩安全檢測的發展過程，客觀而且全面的評價了水電站大壩安全檢測自動化現狀，希望可以給讀者一些建議。

水電站自動化大壩監測

近年來，我國水利工程技術發展迅速，水電站大壩的監測手段也越來越豐富，并逐漸向著自動化的方向發展。技術人員注意引進先進的自動監測技術，有效提升了水電站大壩的監測能力，提高了監測數據的精準程度，同時改善了測量條件。這種自動化的技術減輕了監測人員的工作壓力，節約了監測活動的成本。雖然自動化安全監測工作取得了很多成效，但是仍存在一些亟待解決的問題，如監測系統的可靠程度不高、性能不夠穩定、針對性有待增強等。隨著技術進步，更多自動監測水電站大壩的新產品將會得到推廣，大壩監測技術系統將在確保實用功能的基礎上，向著功能齊全、性能完善、測量精準的方向轉變，逐步實現安全監測手段的自動化。

2　水電站大壩監測內容

大壩的安全檢測工作，貫穿于水電站大壩施工、運行和維護的整個過程。主要的檢測活動包括：監測方法的采用和設備設施的研制開發、監測方案的設計、監測設施的埋藏和布置、監測數據結果的收集，傳送和歸類，以及對監測相關資料的分析探究。在對水電站大壩進行安全檢測的過程中，還要對大壩實際的運行狀況進行評估和測算。

2.1監測事項

不同等級的水電站大壩，對于監測事項的要求也不盡相同。具體而言，運用儀器設備進行監測主要包括以下事項：

（1）對大壩周邊環境的檢測。包括對水庫上游和下游水位高低、水庫水溫、空氣環境溫度、大壩底部泥土淤積程度和大壩下游的淤泥沖擊程度的檢測。

（2）對水流滲出和大壩情況的安全檢測。對水流的監測包括:環繞大壩的水流量，水流的滲出量，滲出水流中的各種物質，包括水流中的各種化學物質，對混凝土的壓力檢測，大壩形狀的檢測，大壩地基的堅固與否，大壩主體的水平與垂直方向的移動情況，混凝土的傾斜程度的檢測，等等，這些都是關于大壩形狀變化的檢測。

（3）對原材料應力和溫度的檢測。這類檢測內容包括混凝土大壩原材料的應力和抗壓性能檢測、鋼筋材料性能檢測、鋼管和蝸殼的應力檢測、混凝土與大壩地基的溫度檢測，以及土石材料縫隙中水土壓力的檢測。在這些項目中，變形和水流滲出是最主要的檢測項目。

3　大壩安全監測

大壩監測工作貫穿于壩工建設和運行管理的全過程。監測工作包括：觀測方法的研究和儀器設備的研制、生產，監測設計，監測設備的埋設安裝，數據采集、傳輸和儲存，資料整理和分析，大壩實測性態的研究、評價等。

3.1主要監測項目

在大壩安全檢測中，主要會檢測環境，壓力，壩體的形變等，以下為大把檢測的具體內容：

3.1.1環境量監測

上下游水位、壩前淤積、下游沖淤、庫水溫、氣溫。

3.1.2滲流監測

滲流量、滲水透明度及化學分析、混凝土壩的揚壓力、繞壩滲流、土石壩的浸潤線、導滲降壓等。

3.1.3變形監測

水平位移和垂直位移，接縫和裂縫，混凝土壩的撓度和傾斜，土石壩的固結等。

3.1.4應力應變及溫度監測

混凝土壩的混凝土應力、混凝土溫度、壩基溫度、土石壩的孔隙水壓力、土壓力。

3.2主要檢查項目

在大壩的施工期間，除了日常中對各個儀器進行檢測外，還需要對整個壩體進行巡查，具體表現為：

3.2.1壩體

相鄰壩段間的錯動情況，伸縮縫開合及止水情況，壩面、廊道壁、寬縫內表面的裂縫及漏水情況，混凝土有無破損、溶蝕及侵蝕現象，排水孔工作狀態，滲水量和水質有無顯著變化等。

3.2.2壩基和壩肩

基礎巖體有無擠壓、錯動、松動、鼓出，壩體與基巖結合處有無錯動、開裂漏水，壩肩有無裂縫、滑坡、溶蝕、繞滲，壩基排水設施工作是否正常，滲水水量及渾濁度有無顯著變化等。

3.2.3引水和泄水建筑物

進水設施有無淤堵、損壞，泄水建筑物有無裂縫及損傷，消能設施有無磨損、沖蝕，下游河床及岸坡沖淤情況等。

3.3監測和檢查次數

儀器監測的次數因項目和階段而異。第一次蓄水前及第一次蓄水后頭五年運行中，一般每旬一次至每月一次；第一次蓄水期一般每天一次至每旬一次；經過第一次蓄水且運行超過五年后，一般每月一次至每季度一次。各時期上下游水位及氣溫每日均需觀測。內部觀測的傳感器在埋設后頭一個月內要加密測次，間隔從4h，8h，24h到5d，以后逐漸轉入正常頻次；巡視檢查分為日常巡查、年度巡查及特殊巡查三類。日常巡查在施工期宜每周一次；水庫第一次蓄水或提高水位期間每1～2d一次，正常運行期間每月不少于一次，汛期特別是高水位期應加密檢查次數；年度巡查應每年2～3次，在汛前、汛后及高水位、低氣溫時進行；特殊巡查在發生有感地震或大洪水以及其它特殊情況下立即進行。

4　水電站大壩安全監測自動化的發展動態

水電廠管理現狀還需要結合基本國情，提升大壩安全監測系統，應用外國先進的技術與管理結合現代最新的管理技術，對大壩安全監測進行實時控制，開發一套技術設備與管理體系。日前，在線監控包括三個主要部分，1在線檢驗與計算，2在線檢測數據與采集，3在線快去安全評估。期中在線數據采集是核心內容，即第一次數據采集完成后，利用這次的數據進行建模，對于日后數據異常的問題進行及時有效的判斷與評估，這樣一來，不僅實現了快速，準時的獲得大壩運行資料，還減少了檢測人員的工作量，對于水電站大壩安全監測自動化發展有重要意義。

4.1水平位移自動化監測設施

現在的科技，特別是通信技術和微電子技術取得了巨大的進展，現在主要沿著自動化監測遙測儀進行發展，現階段，我國的遙測儀有:電感式，激光式等，目前，我國在水電站大壩安全監測應用較廣的水平位移自動化監測設施主要是垂線和引張線。常用的垂線、引張線坐標儀有感應（電容）式和步進電機式兩種，步進電機式垂線坐標儀利用步進電機帶動紅外探頭跟蹤垂線，通過對驅動步進電機的電壓脈沖計數而獲得垂線的位移；感應式儀器是利用電感原理或電容感應原理研制。其中電容式測讀速度快，但對環境要求很高，且線體太長時中間極易偏離。然而步進電機測讀速度慢，但對環境的要求不高，長期穩定性較好。

4.2垂直位移自動化監測設施

水電廠大壩垂直位移大多采用靜力水準系統進行自動化監測，觀測水平位移的真空激光準直系統還能同時監測垂直位移。光電式坐標儀是利用物鏡將垂線圖形投射在一光電二極管集成塊上，通過電子線路轉換成垂線位移。激光式儀器是利用激光進行監測的儀器。在實際的監測中，應用較多的靜力水準儀有差動變壓器式、電容式和CCD式，還有很多，例如：弦式、步進電機式等只在個別工程中得到應用。近年來，已有一些工程嘗試過對監測土石壩內部分層沉降的水管式沉降儀采用增設自動充水裝置，并設液壓傳感器的方式實行自動化監測，也有一些工程嘗試用進口弦式液壓沉降計和固定式水平測斜儀結合布置來實現土石壩內部沉降的自動化監測，但從應用情況看，效果并不是十分的理想。

4.3揚壓力和地下水位

水電站大壩的揚壓力和地下水位的觀測一般采用滲壓計和測壓管，現在很多的水電廠應用的是國外生產的弦式滲壓計，這種弦式滲壓計的耐久性和穩定性都比較好，但測值受大氣壓變化影響較大。所以在小量程監測時，可采用通氣式弦式滲壓計，但在潮濕的環境中，很難保證通氣管干燥，這時就要采用增設氣壓計等方法對測值進行修正。壓阻式滲壓計在一些水電站也有應用，它首先要通過變送器，然后輸出的是標準電流或電壓信號，這樣會使監測精度提高很多，但其并不能長期穩定的運行，所以首先要加強它的長期穩定性。

5　結束語

經濟和科技的不斷發展，水電站大壩安全檢測自動化系統的也有了質的突破，在這方面引進了國外先進的管理與技術，使得大壩安全檢測能力有了大幅度的提升，不僅改進了檢測條件，而且還利用自動化系統，提高了監測的精讀，另一方面，還實現了系統的自給自足，減輕了勞動強度，當然，這些優點的背后，也存在著不少的問題，比如說，系統的可靠性，穩定性和有效性有待加強，隨著科學技術的不斷進步，預計將有大規模的自動化監測系統出現，新的產品必然會更加強大，更加可靠，測量也會更加準確，維護等其他方面也必然會向著智能化方向發展，所以，本文主要就水電站大壩安全檢測自動化系統進行了分析與討論，并對他的發展前景進行了講述，希望廣大讀者可以引起共鳴。

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TM622[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-178-2