自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用研究

江家景

摘要：水庫是維持社會穩定與經濟發展的重要基礎設施，具有防洪、發電、養殖及灌溉等多種功能，大壩是水庫的三大件之一，管理好水庫大壩有助于提高水庫的經濟效益。本文結合筆者的實踐工作經驗對廣西地區水庫大壩安全管理工作中應用自動化技術的相關問題進行了分析，旨在完善水庫大壩安全管理工作。

關鍵詞：自動化技術；水庫大壩；安全管理

1 水庫大壩安全管理的基本內容

大壩安全管理監控指的是通過一些特定的觀測儀器以及相關設備，對于大壩主體以及相關建筑進行各個方面的監控檢查等工作。比如對大壩垂直和水平位移、大壩壩體出現裂縫的問題、水體對于大壩造成的浸潤線、水體滲流量、大壩的變形進度、預應力設計、溫度變化以及壩體伸縮縫等因素的觀測和監控以外，還要加強一些諸如抗震、滑坡等項目的管理監測等，經過這些安全管理項目的檢測，可以及時獲取大壩相關的安全信息數據等，便于為大壩下一步的安全管理提供參考，進而方便進行安全管理的決策。由于大壩的工作條件十分復雜，大壩壩體以及壩體基礎，時時刻刻承受著水流等的侵蝕，大壩的安全管理狀態是處于動態中的，進行定期檢測并不能保證及時發現安全問題，只有利用現代電子技術進行即時的監控管理和信息傳達，才能保證大壩的安全狀態處于安全監測中。

當初進行大壩施工時，可能因為設計方案以及施工人員的疏忽，會造成大壩的某些缺陷，這些缺陷經過一段時間的運行，加上外界的水流侵蝕、凍融風化等各種因素，特別是在大壩、堤壩及水庫方面，隨著水庫蓄水的增大，大壩將承受相當大的水荷載，隨著負荷的加大，必然產生水平位移或垂直位移，使得大壩的本體以及大壩基底出現不穩定的情況，會對堤壩造成安全隱患，隨時可能發生嚴重的安全問題。只有利用現代電子技術進行即時的監控管理和信息傳達，在大壩的安全狀態出現異常的時候進行及時的發現和處理，才能確保大壩的安全管理。大壩的安全管理不但關系到大壩工程的安危，還關系到人民的生命財產安全，所以大壩的安全管理是非常重要的一項工作。

水庫大壩安全管理常見問題。我國水庫大壩在安全管理中有幾個常見的問題：第一，水庫大壩應急系統不完善，這主要體現在應急方案不完善、應急組織協調性較差、應急設施不足等方面。在我國，夏季是防洪防汛期，如果應急系統不夠完善，將會導致水庫大壩不能安全運行。第二，水庫大壩技術標準不完善，這主要是因為我國水庫大壩是在不同時期建設的，不同時期建設的水庫大壩在管理標準、施工標準上存在各種各樣的問題，而我國目前還沒有一個統一的技術標準。第三，病險水庫大壩的加固問題，這在我國水庫大壩管理和安全運行中，會造成不可估量的損失和危害。由于我國很多水庫大壩是在新中國成立后為了迅速恢復農業生產而興建的一些應急性工程，在建設過程中，受到當時技術條件的限制，根本沒有條件和能力采用統一的技術標準和技術規格，導致目前很多水庫出現了使用問題，這些隱患隨著時間的延長而增多。由于各種原因，造成很多病險水庫大壩沒有有效的除險情加固措施，出現不可用的情況，嚴重影響水庫效益的發揮。

2 水庫大壩安全管理工作中自動化技術的合理運用

2.1 滲流監測與變形監測中的應用

就目前的情況而言，可以利用自動化技術完成大壩安全管理中的滲流監測及變形監測工作。（1）滲流監測。滲流監測指的是滲流量與滲透壓力監測，為了確保自動監測技術能夠充分發揮作用，則應注意合理設置滲流監測點。如為土石壩，則應在壩底的滲水匯集部位設置測點，同時將地下水位的監測點設置于大壩兩岸的山坡處，以便能夠對繞壩滲流情況進行全面監測。如為砼結構大壩，則將壓力檢測孔布置于水壩基礎的廊道部位，確保不同的壩段具有獨立的監測點。此外，要在了解大壩排水溝的集水情況后設置滲流量觀測點，確保總滲流量與分區流量均處于監測范圍。（2）變形監測。結構變形監測是大壩安全管理的重要內容，變形監測包括垂直位移與水平位移兩個方面。在監測水平位移時，應確保監測點>3個，如為土石壩，則在壩后部及壩頂設置觀測點，測點之間的間距為30m～50m；如為砼結構大壩，則沿壩高處合理設置3個以上的監測點即可。

2.2 自動化裝置的應用

在水庫大壩安全管理中應用的自動化裝置包括垂直及水平位移傳感裝置、地下水位自動監測裝置、智能傳感裝置及中央控制處理設備。（1）垂直及水平位移傳感裝置。在對砼結構大壩進行監測時通常采用電機式或電容式裝置，電機式裝置具有適用范圍廣及可靠性高等優勢，但測定速度相對較慢；電容式裝置具有測定速度快的優點，但是對于使用條件的要求較為嚴格，如線路較長，在實際監測中容易產生偏離現象。除了以上兩種裝置之外，還可以使用真空激光裝置，該裝置的應用效果良好，但前期投入成本及運行維護成本相對較高。自動全站儀在我國部分水庫中得到了應用，全站儀能夠實現實時自動采集變形數據，且測量精度較高。（2）地下水位自動監測裝置。監測地下水位的常用裝置為滲壓計，滲壓計包括通氣式與弦式兩種。通氣式裝置的應用范圍較廣，但環境中濕度較大時可能會導致通氣管潮濕，并由此對監測結果造成不良影響，因此需要對監測結果進行適當地修正。弦式裝置具有穩定性及耐久性優良的特點，但監測結果容易受到氣壓的影響，因此當量程較小時不宜采用弦式裝置。（3）智能傳感裝置。智能傳感裝置充分利用了現代計算機科技技術，能夠確保監測點布置的合理性，且無需敷設大量電纜，有利于減輕作業人員的勞動強度。中央控制處理設備是自動化技術當中的核心部分，中央設備包括任務主機、監控主機、備用電源及其他附屬設備。隨著計算機與信息技術的發展，目前多數水庫已經能夠組建小規模的局域觀測網。

2.3 實際案例分析

選擇廣西巴江口水電站的大壩安全管理工作實踐作為典型案例，從而全面分析掌握自動化技術的合理化應用。巴江口水庫位于桂江流域，水庫總庫容2.163億m3水庫正常蓄水位97.6m，水庫溢流壩為混凝土實體重力式，該水壩設計級別為二等中級，建筑物多以二級建筑為主?？紤]到該大壩所在地區地質環境較為復雜，大壩全長425m，壩頂橋面寬8m，最大壩高42.6m，壩頂的高程104.6m?，F在大壩右岸基礎廊道布置9個靜力水準點，布置兩個RW型雙金屬標儀測點分別監測壩基垂直位移；在壩頂左、右岸各設一倒垂線，壩頂布置21個引張線測點分別監測壩頂水平位移；在左岸基礎廊道布置5個揚壓力測點，右岸布設5個繞壩滲漏測點，左、右岸各設兩個量水堰分別監測滲漏。所有測點均裝設了傳感器，連接到主控室，自動化安全監測設備系統的構建基本完成，運行效果良好。

本次實踐應用當中，自動化技術在安全管理中的實踐應用具有較為明顯的結果。一方面，該技術極大的降低了工作人員的勞動強度，提升了監測的效率，案例水壩使用人工安全監測和自動化安全監測前后節省了近2h。且在遇到天氣環境較差情況時，也能夠確保盡快完成安全監測工作，且監測數據得到了有效記錄。另一方面，相比人工測量會受到設備各方面因素的影響，如工作人員的綜合能力與設備操作熟練度、設備的穩定性以及測量器的伸縮度等等。但是用自動化技術進行安全管理后，誤差大大減少，準確度大幅提升。

3 結語

我國水庫大壩的安全管理工作的進一步完善有賴于更多的自動化技術的發展和使用。整體安全管理水平的提升，還有賴于廣大水利水電工作者的共同努力和研究。

參考文獻

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[2]方衛華，范連志.水庫大壩安全監測法規及技術標準研究[J].中國水利，2013，（14）

（作者單位：廣西賀州市投資集團有限公司）