水利工程中安全監測自動化系統的應用

湯壽江

（山東省煙臺市福山區門樓水庫管理中心，山東煙臺 265507）

隨著經濟發展，科學技術水平不斷提升，現階段我國在開展水利工程運行管理的過程中，已經開始對安全監測自動系統進行了廣泛的應用，不僅能夠對項目建設的進度和整體過程情況進行充分的掌握，同時還能向管理人員及時反饋具體的施工問題，在推動水利項目建設運行順利進行的同時，保證水利工程建設和使用的整體安全性。

1 工程概況

門樓水庫主要位于大沽夾河西支流內夾河下游，北緯37°24′，東經121°12′。距下游的福山城區距離約11 km，控制流域面積1079 km2。內夾河發源于棲霞市城南小靈山一帶，流經蓬萊市、棲霞市和福山區，全長為65 km，干流平均坡度0.00178。流域平均長度52 km、平均寬度25.8 km。地貌為低山丘陵區，其中丘陵占20%，山區面積占80%。地勢為西南高、東北低，沿河兩岸存在少量的沖積平原。流域內多為砂石山，并且植被較為豐富。

2 監測設施的現狀分析

主壩壩頂長長1 440 m，壩軸線為折線型，轉折樁號約1+075。鑒于樁號1+075～1+440段坐落于左岸山體中，需要進行現有壩體的加高和修整工作。由于受到地形條件的影響，就加大了整體的工作難度，可能無法對表面的變形進行及時的觀測。主壩樁號0+000～1+000段為主河槽段，是主壩表面變形觀測的重點壩段。主壩表面需要設置44個變形標點，豎向位移與水平位移需共同使用一個混凝土觀測墩。

需要采用視準線法進行橫向水平位移的觀測，因此在主壩每縱排變形標點延長線兩側就需要各布置一個工作基點和校核基點；另外由于視準線長超過1 000 m，無法實現一次觀測，雖然利用了全站儀進行觀測，卻也無法保證觀測質量。因此，就需要將樁號0+289、0+510、0+740斷面表面標點作為轉換工作基點。

采用水準法進行豎向位移的觀測，在右壩頭的四個工作基點墩左側進行起測水準基點的設置，對各排水準標點的豎向位移展開分別觀測。

采用C20混凝土來完成變形標點墩的現澆工作，具體結構示意圖見圖1。工作基點和校核工作基點墩結構見圖2。

圖1 變形觀測標點結構

圖2 變形觀測基點結構

3 安全監測自動化系統的應用分析

3.1 科學選擇自動化安全監測系統測點

在選取安全監測自動化系統測點的過程中，必須要對自動化安全監測系統的復雜程度進行充分的考慮，與此同時還需要重視安全監測自動化系統的使用規模。通常情況下，進行自動化安全監測系統測點方案的選擇主要有以下兩種方式：①將自動化安全監測系統必須要涉及到的變形監測儀器以及滲流監測儀器接入到自動化系統內部，②需要將不會受到水利工程施工影響的儀器接入到自動化系統內部，并且除了滲流監測儀器和測縫計之外，還需要對壩基揚壓力監測儀器進行重視，確保在上述儀器的共同作用下，形成科學的自動化安全監測系統。

3.2 對于接入自動監測系統測點的合理性

（1）需要能夠將測點數目以及項目的關鍵部位進行充分的展示，這種方式可以對自動化安全監測系統規模的合理性進行有效控制。在對這一方案進行使用的過程中，不需要進行過多測點數量的設置，只需要保證測點設置在系統的關鍵位置，全面提升測點的針對性，同國際相關標準相結合，保障測點布置的科學性。在對這一方式進行運用開展安全監測工作的前期不需要投入過多的人力和物力，并且監測工作穩定性較強，監測效率較高。但是這一方式也存在一定的局限性，需要進行較多的測量工作，不僅數據錄入工作量較大，同時也加大了工作人員的工作壓力和心理負擔，因此，就可能對數據測量工作的整體準確率產生不利的影響。

（2）在開展監測工作的過程中，需要做好眾多監測點的設置工作，推動測量工作的有序進行。對多點監測不僅能夠有效減少測量人員的工作壓力和整體任務量，同時還能提升測量工作的精準度。這一方案也存在一定的弊端，在測量工作前期，需要大量的人力資源和物力資源投入，一旦企業出現了資金困難，將會直接影響到整體的施工效果，嚴重的還會造成過多的負面影響。

3.3 積極開展數據采集單元的比較和選擇工作

對監測項目自動化系統進行分析的過程中發現，早期為集中形式的自動監測系統，在經過不斷變革的過程中，已經形成了分布形式的自動監測系統。對于集中式自動監測系統來講，在使用的過程中會涉及到眾多的模擬信號，因此就會產生嚴重的噪聲問題。另外，集中自動化監測系統的監測精準度較差，信號傳輸距離較遠，直接對該種模式監測系統的推廣和應用產生了阻礙。在經過一系列轉變后，分布式自動監測系統可以進行數字信號的傳輸，并且實現智能數據采集單元的直接輸入，實現了對數據進行傳輸和轉換的目的。分布式自動安全監測系統還可以進行自主更新，確保系統在運行的過程中可以利用節點來實現驅動的目的。

在進行集中自動監測系統和分布自動監測系統對比的過程中發現，集中自動安全監測系統運行效率較低，穩定性較差，分布自動安全監測系統運行速度較快，并且穩定性較好。通常情況下，自動監測系統需要進行眾多測點的設置工作，測量總線的長度較長，分布自動化安全監測系統可以滿足此項要求，因此應用更加廣泛。根據具體情況對自動安全監測系統進行合理的選用，并且還需要對數據采集單元的選擇工作進行重視，需要對以下幾方面問題進行考慮：①必須要確保系統在避雷方面的作用和效果能夠與系統的環境應用水平相吻合，滿足系統在自行診斷方面的功能需求。②需要對系統運行過程中的開放性和可靠性進行保證，提升結果的準確性。因此說，為了降低安全監測自動化系統故障問題的影響，就必須要對其質量進行保障。

3.4 選擇自動安全監測系統的數據傳輸方案

（1）相關工作人員需要做好網絡信息接口分布特點的全方位調查和掌握工作，不僅能夠對具體監測點的分布狀況和具體建設形式進行充分的掌握，同時還可以了解網絡接口的規劃情況。通常情況下，工作人員除了可以將接口設置在排水通道外側，同時也可以將接口設置在通風口的內部。

（2）需要對網絡信息相關介質進行科學的比較和選擇。對于數據采集單元，常用的介質不僅包括了電話線和同軸電纜，同時還包括了光纜與雙絞線。在進行通信介質選取的過程中，應了解所選取介質的特征，確保所選用的介質能夠滿足系統各個方面的應用需求。對電話線進行運用，不僅具有抗干擾的優勢，還可以實現遠距離的傳輸，信號的傳輸速度和數據的傳輸速度都比較高，但是電話線的信息傳輸準確程度有限，通常在選擇電話線介質后，應當與其他設備進行配合使用，無形中增加了介質的應用成本。同軸電纜不僅傳輸速度較快，抗干擾能力較強，并且準確度較高，但是在對同軸電纜進行運用的過程中必須要投入大量資金的投入，因此如果企業資金成本無法保證，就會降低這一介質的應用效果。光纜具有抗干擾水平高的特點，在進行遠距離數據傳輸和信號傳輸的過程中。優勢較強，不需要過早進行大量資金的投入。應用雙絞線，資金要求較低，并且這一介質傳輸速度快，準確性高，但是如果企業需要進行遠距離的數據和信息傳輸，就需要做好中繼器的設置工作。同時，在5G 網絡不斷發展的過程中，相關水利部門內部需要對指定的語言傳輸系統進行運用，在此前提下部門之間可以實現及時的溝通和交流，免受時間和空間的限制。

（3）科學開展網絡方案的選擇。在結束網絡信息相關介質選擇和比較工作以后，需要根據具體情況進行最佳網絡方案的選取，對多方面的因素進行綜合考慮，保障組合方案的有效性。如果水利工程所處地理位置存在一定的復雜性，在進行自動化安全監測系統構建的過程中，就需要全面考慮水利工程項目的復雜程度，如將光纜作為傳輸介質，將雙絞線作為分支傳輸介質，利用總線來實現介質單元的控制，并將總線與光端機相連接。這一方式能夠有效提升系統運行過程中的可靠性，并且在環網問題和支線斷開問題出現的過程中也不會對網絡運行產生影響。這一方案的網絡結構相對簡單，所使用材料復雜性較低，不僅具有良好的輸出表現，同時靈活性和實用性較強。對這一施工方案進行運用，在提升數據傳輸效率的同時，還能實現圖片的傳輸，保障信息傳輸質量。支線接法的靈活性較強，應適當增加支線數量。在具體布設的過程中，需要嚴格按照數據采集單元進行具體工作的開展。

4 結束語

在城市化建設進程不斷加快、人們生活水平不斷提升的過程中，對于水資源的需求量也在不斷的加大，積極開展水利工程項目的建設已經成為推動社會經濟發展的重要舉措。這一過程中應用安全監測自動化系統，不僅能夠提升整體的建設效果，同時還能夠延長水利項目的使用壽命，創造更大的工程價值，已經成為眾多水利工作人員需要重點使用和關注的技術措施，必將推動我國水利事業健康穩定發展。