自动化技术在水库大坝安全管理中的应用研究

【摘要】自动化技术属于一种综合性较强的科技技术，该技术与自动控制、计算机、电子及信息技术等均存在密切关联。随着信息论与控制论的不断发展与完善，自动化技术的应用范围也变得越来越广。水库大坝在经济发展中的作用逐渐被重视，因此大坝安全管理中的自动化技术成为了研究热点。本文分析了自动化技术在水库大坝安全管理中的应用情况，包括渗流监测与变形监测中的应用，自动化装置的应用及应用实例。此外，还简单探讨了水库大坝安全管理工作的特征，包括安全管理任务重，需要做好安全监测及除险方面的工作等。

【关键词】安全管理；水库大坝；自动化技术；应用

水库是维持社会稳定与经济发展的重要基础设施，具有防洪、发电、养鱼及灌溉等多种功能，大坝是水库的三大件之一，管理好水库大坝有助于提高水库的经济效益。目前自动化技术在多种工程领域中得到了应用，且自动化技术所发挥的作用也正变得越来越大[1]。本文结合笔者的实践工作经验对新疆地区水库大坝安全管理工作中应用自动化技术的相关问题进行了分析，旨在完善水库大坝安全管理工作。

1、水库大坝安全管理工作的特征

我国新疆地区的水库多具有综合效益，大坝的安全管理工作与其他地区有所不同，其安全管理工作具有以下特征：（1）冬季蓄水及高水位运行的时间较长，安全管理任务重。（2）坝体单薄，且病险水库较多，大坝存在安全隐患，因此在管理中需要做好安全监测及除险方面的工作。例如部分水库的下游坝坡为1：1.5，上游坝坡为1：1.9，如此一来就会出现边坡系数过小的问题，进而导致坝体单薄及安全稳定系数过低[2]。因此需要在安全管理中强化位移观测及变形观测等工作。再如，一些水库在下闸蓄水时坝后坡出现了异常渗水问题，这将会严重影响大坝安全，所以应将病险水库除险作为安全管理的重点。

2、自动化技术在水库大坝安全管理中的应用分析

2.1渗流监测与变形监测中的应用

就目前的情况而言，可以利用自动化技术完成大坝安全管理中的渗流监测及变形监测工作。（1）渗流监测。渗流监测指的是渗流量与渗透压力监测，为了确保自动监测技术能够充分发挥作用，则应注意合理设置渗流监测点。如为土石坝，则应在坝底的渗水汇集部位设置测点，同时将地下水位的监测点设置于大坝两岸的山坡处，以便能够对绕坝渗流情况进行全面监测。如为砼结构大坝，则将压力检测孔布置于水坝基础的廊道部位，确保不同的坝段具有独立的监测点。此外，要在了解大坝排水沟的集水情况后设置渗流量观测点，确保总渗流量与分区流量均处于监测范围。（2）变形监测。结构变形监测是大坝安全管理的重要内容，变形监测包括垂直位移与水平位移两个方面。在监测水平位移时，应确保监测点>3个，如为土石坝，则在坝后部及坝顶设置观测点，测点之间的间距为30m～50m；如为砼结构大坝，则沿坝高处合理设置3个以上的监测点即可。

2.2自动化装置的应用

在水库大坝安全管理中应用的自动化装置包括垂直及水平位移传感裝置、地下水位自动监测装置、智能传感装置及中央控制处理设备。（1）垂直及水平位移传感装置。在对砼结构大坝进行监测时通常采用电机式或电容式装置，电机式装置具有适用范围广及可靠性高等优势，但测定速度相对较慢；电容式装置具有测定速度快的优点，但是对于使用条件的要求较为严格，如线路较长，在实际监测中容易产生偏离现象。除了以上两种装置之外，还可以使用真空激光装置，该装置的应用效果良好，但前期投入成本及运行维护成本相对较高。自动全站仪在我国部分水库中得到了应用，全站仪能够实现实时自动采集变形数据，且测量精度较高。（2）地下水位自动监测装置。监测地下水位的常用装置为渗压计，渗压计包括通气式与弦式两种。通气式装置的应用范围较广，但环境中湿度较大时可能会导致通气管潮湿，并由此对监测结果造成不良影响，因此需要对监测结果进行适当地修正。弦式装置具有稳定性及耐久性优良的特点，但监测结果容易受到气压的影响，因此当量程较小时不宜采用弦式装置。（3）智能传感装置。智能传感装置充分利用了现代计算机科技技术，能够确保监测点布置的合理性，且无需敷设大量电缆，有利于减轻作业人员的劳动强度。中央控制处理设备是自动化技术当中的核心部分，中央设备包括任务主机、监控主机、备用电源及其他附属设备。随着计算机与信息技术的发展，目前多数水库已经能够组建小规模的局域观测网。

2.3应用实例分析

本研究以新疆地区某水库工程的大坝安全管理工作作为分析实例，以便深入分析自动化技术在水库大坝安全管理中的应用情况。（1）水库概况及大坝安全监测情况。我市白碱滩管理站调节水库设计库容1950.5万m3，设计正常高水位282.0m。水库主要建筑物为粘土心墙砂砾石坝和放水涵洞，工程设计级别为三等中型工程，主要建筑物为3级建筑物。

（1）我水库所处的地形较为复杂，坝长2935m坝顶宽度5m，最大坝高为14m，坝顶高程284.0m；在坝区中共设置了18根测压管，测压管被设置于水库建筑物的各个关键断面。2008年8月安装于坝身测压管的9支传感器通过试运行阶段，试运行效果较好；在2009年11月该水库将传感器安装在其余9根测压管中，由此完成了安全监测设备的改造。为了同步分析大坝的安全，渗流与变形监测同取大坝0+120，0+300，0+550，0+900，1+280，1+520断面作为重点监测断面。（2）自动化技术的应用效果；第一，减轻了劳动强度及提高了监测效率。采用人工的方法完成安全监测与管理工作通常需要耗时2h～3h，且劳动强度较大，如天气状况较为恶劣，还可能对作业人员的人身安全构成威胁；应用自动化技术后，仅需要2min～5min便可以完成安全监测，同时还可以随时记录观测数据。（3）提高了监测精度。人工测量会受到多种因素的影响，如作业人员的熟练程度、蜂鸣器的稳定性及受测绳的伸缩量等，因此容易产生误差。应用自动化技术后能够将误差控制在2cm以下，因此可以有效提高安全监测的精度，也能够为安全管理工作提供更有效的依据。

3、结束语

综上所述，安全管理对于水库大坝及整个水库工程的安全稳定运行具有非常重要的作用，所以在实际工作中应注意强化安全管理工作。为了确保大坝安全管理的有效开展，应用自动化技术是一种重要途径，对此要在实际的工作中不断总结自动化技术的应用经验，以便为水库工程作用的发挥提供保障。