摘要:水库大坝安全监测自动化技术在水库安全管理方面具有重要作用,大坝安全监测自动化技术具有显著的优越性,成为水库大坝安全管理的主要技术手段,提升了水库大坝建设的质量。文中将重点分析大坝安全监测自动化技术在水库安全管理中的应用,首先分析具体水库的工程概况,在水库建设地安装必要的仪器与设备,最后将这种技术应用在水库安全管理中,为水库大坝建设提供指导。
关键词:水库大坝;安全监测;自动化技术
大坝安全监测系统作为一种新型技术,在大坝原型中通过利用观测仪器来进行现场测量,以此方式来获取大坝结构变化。但是由于原系统设备落后、老化等原因,导致了传输数据失真,缺乏精确性。在20世纪中期掀起了一场筑坝高潮,出现的大坝事故引起了国际社会的高度关注,因此,研究人员积极探索高可靠性、高精确的自动化采集系统,使测量精确度以及稳定性都得到了很大提升。
1水库大坝安全监测的目的和意义
中国已建成近8.7万座水库,这些水库是我国国民经济的重要基础设施。但是,由于历史原因,这些水库大部分防洪标准偏低,且大都存在不同程度的质量问题。为了确保水库大坝的安全运行,充分发挥水利工程的预期效益,对水库大坝实施安全监测和科学管理,已成为各级水行政主管部门所面临的一个迫切需要解决的问题。
1.1引起大坝故障的原因
大坝失事的原因很多、涉及范围也很广,第一类是由设计、施工和自然因素引起,它没有一个从量变到质变的过程,大坝建成时就已确定了的;如设计洪水位偏低、混凝土标号过低、未考虑地震荷载等;第二类是设计、施工不完善或运行、管理过程中逐步形成的,有一个从量变到质变的发展过程;如冲刷、浸蚀、混凝土的老化、金属结构的锈蚀等、或者随着时间的推移和运行管理的不力使设计、施工中的隐患发展为破坏。
1.2 大坝安全监测的目的和意义
大坝安全监测有校核设计、改进施工和评价大坝安全状况的作用,且重在评价大坝安全。进行安全监测可以准确掌握大坝的工作状态,指导大坝运行管理,使工程充分发挥其效益。大坝安全监测不仅是为了被监测坝的安全评估,还要验证设计理论和选用参数的合理性;为研究大坝的设计理论提供科学依据;指导施工,有利于其他大坝包括待建坝的安全评估。
2大坝安全监测系统设计分析
自动化安全监测系统主要由系统初始化、渗压计、频率测量、库位水位测量、环境温度测量、数据传输等多个部分组成,在自动化软件系统控制过程中先要对系统进行初始化,然后利用电路激励传感器进行工作,对电路信号进行检测、放大、整型、处理等一系列操作,最终将得到的测量信号利用转换器转换为数字电压信号,同时依据恒流源电路,将其配合成温度传感器电阻值,得到渗压计所在部位渗压水的实际温度。库位水位、雨量、环境温度等测量数据及时传输给大坝中心服务器数据库,利用自动化系统将其检测结果显示在信息发布平台上。
3自动化安全监测技术
随着自动化技术被逐渐的推广,其主要的技术构成和工作原理也是我们工作人员需要掌握的,目前所使用的自动化技术主要由水平、垂直位移传感器、智能传感器、地下水位监测装置、中央控制设备几大部分组成①水平、垂直位移传感器。根据我国混凝土大坝的具体使用情况来看,水平位移传感器目前主要分为垂线和引线两种,其主要的工作方式为两种即电机式和电容式。电机式在进行监测时比较慢,但对工作环境要求不苛刻,而且具有很好的可靠性;电容式在监测时出结果比较快,就是对工作环境要求很严格,并且如果线路过长的话容易导致偏离,使得监测结果不够准确。
同时,近几年随着科技的不断发展,激光垂直监测也是陆续在监测工作中得以应用,虽然其应用的效果非常好,但是成本造价过高,且后期的保养维修费用也很高,必然无法得到大范围的推广使用。采用电信号引线的方式来监测位移的单位比较少,而且效果不是很理想,还需不断改进。如今,自动化技术以日趋成熟,越来越多的水库开始重视对于自动化技术的应用,像高精度的自动化扫描仪的应用,实现对大坝的实时监测,在结合远程定位系统,扩大自动化监测的范围,确保大坝的正常运行。②智能传感器。计算机技术的不断发展,为智能传感器的应用提供了坚强的技术保障,通过与计算机技术的有机结合,实现信息和感应技术的同步化,并且对监测点的选择上更加的科学合理,提高了监测的效果和效率,避免了过去铺设电缆的复杂工作,还节省了人力、物力。③地下水位监测装置。在对水库的地下水位进行监测时,目前使用最为广泛的是进口的弦式渗压计,其优点是持久耐用,稳定性高,不足之处是易受到大气压的影响,进而造成监测数据的不准确。在具体的使用过程中,要辅助增设气压计,以保持渗压计内部的干燥性,从而确保监测数据的准确性。④中央控制设备。其由后备电源、监控装置、显示装置、任务主机以及其他的辅助设备构成。在计算机技术、网络技术不断发展的今天,对于水库大坝以逐步形成以局域网形式的监控监测系统,切实保证大坝的正常运行。可见,随着工业控制计算机技术的应用,中央控制设备已逐渐的被计算机技术和自动化技术所取代,并且工业控制计算机具有适应环境能力强,稳定性高的特点,使得自动化监测可以持续进行,可靠性也得到提高,而且价格方面也具有优势,故而,得到越来越多的大坝及工程单位的认可和应用。
4自动化监测技术的主要内容
4.1水库大坝渗流监测
水库大坝渗流监测过程中主要包括以下两个重要方面:渗流量与渗流压力。渗流监测是水库大坝进行安全监测的重要内容,水库大坝技术人员一定要全面掌握渗透压力与神流量各种信息数据,只有这样才能保证水库大坝的整体安全运转。在对土石坝渗流量进行监测过程中,技术人员一般会在水库大坝底的集水处来设置监测点,在水库大坝两侧分别安置地下水监测点,这样能够监测到水位发生变化,从而分析大坝渗流量的大小。关于混凝土水库大坝会在基础廊道中安装压力监测孔,在水库大坝的其他不同地段安置监测点,水库大坝渗流量的监测一般会充分结合水库排水沟集水的实际状况来确定,再对其进行分区域监测渗流量与总的渗流量。
4.2水库大坝变形监测
大坝的基础结构是大坝最重要的部分,通过进行自动化监测确保大坝的结构不存在变形等情况。主要是针对大坝水平、垂直两个方面进行监测,观察大坝是否存在位移的情况,这种方法也是目前大埂最为常用的监测手段。针对混凝土结构的大坝一般在多个地点设置监测点,而位移观测现在只针对高坝或者重要的大坝,对小型坝则不在做硬性规定。对土石结构的大坝,则需在坝顶设置水平监测点,而后每隔三五十米设一个水平监测点。
结语
自动化监测系统应用在水库大坝安全监测工作中不仅能够确保水库大坝运行的稳定性与安全性,还可以将自动化技术的优势得到充分发挥。自动化技术在测量精确、实时性、稳定性等方面都发挥出了不可忽视的作用。由于该系统设计合理,自动化程度高,因此能够避免水库大坝异常运行情况的发生,同时,还为后期系统维护提供了科学的参考意见,这对我国水库大坝工程建设具有重大意义。
参考文献:
[1]陈玉莲．水库大坝安全监测自动化技术在水库安全中的应用[J]．中国水运月刊,2016,16(3):173-174．
[2]冯丽．水库大坝安全监测自动化技术在水库安全中的应用[J]．工程技术:全文版,2016(7):269．
[3]李兴德．水库大坝安全监测自动化技术在水库中的应用[J]．商品与质量,2016(29):27