珠江水利委员会珠江水利科学研究院 广东广州 510610
摘要：近年来，我国的水利工程建设有了很大进展，水库大坝建设也越来越多。水库大坝是水库工程项目中的一个核心组成部分，其运行安全直接关系着水库工程职能作用的发挥，应该切实做好水库大坝的安全监测工作。本文以水库大坝安全监测自动化系统为核心，通过一个水库大坝安全监测项目，阐述了水库大坝安全监测自动化系统的应用过程，并对自动化系统在水库大坝安全监测中的应用效益进行了进一步剖析。
关键词：水库大坝；安全监测；自动化系统
引言
大坝是水库的关键水工建筑物之一，包括混凝土坝、土工坝两种类别，后者占水库总数的百分之九十以上。因土工坝为散粒体结构，分析难度大，无法及时获取坝体渗流、坝基渗透压力等参数，对水库大坝安全监测提出了较大难题。而通过将自动化系统应用于水库大坝安全监测，可以有效解决上述问题。基于此，对水库大坝安全监测自动化系统的应用进行适当分析具有非常重要的意义。
1系统存在的主要问题
某水库，总库容为4.15×108m3，为当地控制性枢纽工程，位于干流上，干流全长101.2km，流域面积3265.21km2。水库大坝为均质土坝，全长2356.21m，坝顶相对高程21.3m，宽6.58m，防浪墙高1.18m。其中主坝位于右岸，全长796.21m，最大高度21.36m；副坝位于左岸，全长1563.21m，最大坝高度16.23m。大坝于1996年实施了全面加固改建，改建后的水库大坝安全监测系统所应用的自动化设备为ROCTEST监测设备+2380数据采集系统+专业作图软件，可以在独立MCU（测控单元）中存储监测数据，主机则可应用数据采集系统将监测数据传输到计算机中进行分析。
1.1缺漏关键的安全监测项目
①两坝肩漏设绕坝渗流监测项目。②缺少水平位移监测项目，建议按照规范要求，在坝顶设置1条引张线，以监测大坝的水平位移。③缺少水平位移基准，使得分析大坝坝顶水平变形量没有参考基准，得不到水平位移的绝对变化量，无法判断大坝水平变形的安全程度。按照规范要求，应在引张线的两个端点，即两岸坝肩各设置1个倒垂孔，并在倒垂孔内安装倒垂线作为坝顶水平位移监测的水平基准。④缺少垂直位移基准，使得分析大坝坝顶沉降量没有参考基准，得不到坝顶沉降的绝对变化量，无法判断大坝沉降的安全程度。
1.2产品技术陈旧，维修零件不易购买
系统建设时所选设备均为当时最先进的设备，但经过发展，当时的技术相比现在已经落后太多。如遥测终端和通信模块如今基本已合二为一，当时所用监测摄像机市场主流还是模拟摄像机，数字摄像机才处于起步摸索阶段。而现在高清网络摄像机早已取代模拟摄像机成为市场的绝对主流，模拟摄像机则已基本退出市场。故而对损坏设备的维修维护也变得越发困难，需更换的零部件无法采购而导致部份站点无法正常修复，这也是导致系统部份站点无法正常运维的的根本原因。10路视频图像回传至监控中心后，分别采用10台小屏幕液晶电视进行显示，屏与屏之间不能高速互换及叠加比较与分析，单一屏体损坏后，线路临时调整极为困难，管理人员使用多有不便。
1.3防雷稳定性较差
水库大坝位于山区，易于发生雷雨天气，大坝渗流观测传感器、MCU及视频系统经常被雷击损坏，使整个监测系统运行失灵。
2水库大坝安全监测自动化系统的应用过程
2.1变形监测
水库大坝变形监测系统包括坝体倾斜监测、坝体裂缝监测、挠度监测、水平位移监测几个功能模块。
其中坝体倾斜监测主要采用静力水准仪，坝体裂缝监测则依靠测缝针运行，挠度观测主要通过双向垂线坐标仪，配合六台单向垂线坐标仪（即两组正垂线+三条倒锤线），对坝体垂直度上不同高程测点、倒锤线之间水平位置变化进行不间断监测。水库大坝水平位移检测主要通过四条不锈钢钢丝制作的引张线（两条位于大坝基础廊道，两条位于主坝坝顶）、一台变位机、二十二台垂线坐标，定期测量大坝在水平方向的位置移动与否（一般规定大坝向上游方向移动为负）。其中主坝坝顶引张线主要由二十多台单向引张线构成，因坝体较长，主要是在坝顶将一条引张线划分为两条，经单向引张线仪组成其中一条引张线。配合位于大坝右侧倒垂线仪、量距仪进行观测。同理，可以进行大坝左岸观测。而在大坝廊道内分别与土坝廊道内、混凝土坝段灌浆廊道内具有一条引张线，分别由四台、十六台引张线仪组成，可以由双向垂线仪器、倒锤线仪器控制观测。全部引张线仪器均为基于比率测量技术的电容感应式变形测量仪器，可以通过中间极、位于测点仪器底板的极板测定各点垂直于偏离基准线变化量，计算获得各点水平位移变化量。
2.2自动化监测系统
以现代化的信息采集系统为基础、通信和计算机网络系统为支撑、信息管理与决策支持系统为核心，将水库的输水涵闸控制系统、视频监视系统、大坝安全监测系统和水情测报系统建设成自动化系统。系统的功能主要包括：数据自动采集、储存和传输、数据处理、分析及报警。系统将由渗压计（浸润线）、水位计、雨量计、气温计、工业电视、硬盘录象机、交换机、数据服务器、工作站、MCU、通信线路、LCD显示屏、电源及软件等组成。
2.3大屏显示部分
水库视频监控系统的主要显示设备由一台大电视及10台14寸监视器组成的电视墙。由于在画面小，分辨率低，显示效果无法达到很好的观察效果，需要进行更换。电视墙的替换产品主要有两种选择，一种是选择DLP拼接屏；另一种是选用小间距LED显示屏。两者相比，小间距LED显示屏的亮度更高，色彩更为艳丽。其缺陷在于距离过近时，LED的间距会导致画面感不强。但考虑到该水库的大屏主要用于显示监控画面，同时会议室是较为狭长的形状，那么小间距LED显示屏是更好的一个选择。由于LED屏的安装必须考虑屏后的检修空间，如果安装在原电视墙安装位置，将会占用很大一部分会议室面积，也不利于安装，原位置不是太合适。考虑到会议室与机房仅一墙之隔，将LED屏安装在机房侧墙，背部与机房相通，检修可以直接在机房内进行，便于检修的同时，还有效保留了会议室的空间。
2.4促进水利信息化建设
信息技术是全球通用性最佳、创新速度最快、渗透性最强的新技术。水利信息化就是最大程度挖掘现代信息化技术优势，广泛利用信息资源，促进信息交流，实现水库基本水情雨情、防洪调度、安全监测、安防监控、兴利调度一体化。通过自动化系统在水库大坝安全监测中的应用，可以带动水利现代化、信息化建设，为水利事业发展提供充足借鉴。
2.5中心站硬件平台部分
为保障系统正常运行，需要更换服务器和相应的工作站。考虑到现在技术的发展进步，为避免服务器的老化及故障导致系统出现问题，建议不再单独购置服务器，而是采取租赁云服务器的方式，租用云服务器主要有安全性高、稳定性强和价格便宜的优势。
结语
综上所述，自动化系统在水库大坝安全监测中的应用，可以将水库大坝管理提升到一个新的高度，预期效果较为显著。因此，水库大坝安全管理人员应依托自动化技术，面向工程运行管理、质量评价、结构分析，构建一个完善的安全检测框架，全面、细致监测大坝运行情况，并积极参与到大坝管理决策中，带动水库大坝整体管理工作以及区域社会的安全、健康发展。
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