■　劉瓊

（貴州星光地測工程勘察有限公司貴州貴陽550002）

水電站大壩監(jiān)測自動化的現(xiàn)狀分析

■劉瓊

（貴州星光地測工程勘察有限公司貴州貴陽550002）

經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)也隨之發(fā)展起來，期中，水電站成為發(fā)電設(shè)備的主流產(chǎn)品，但隨之而來的水電站大壩安全檢測也成為大壩安全管理的主要問題，大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)成為評價大壩安全狀況的基礎(chǔ)資料，水電站安全檢測自動化系統(tǒng)可以準確而又快速的獲得檢測資料，使得大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)成為了有效控制大壩安全的輔助手段，本文中，通過回顧以往水電站大壩安全檢測的發(fā)展過程，客觀而且全面的評價了水電站大壩安全檢測自動化現(xiàn)狀，希望可以給讀者一些建議。

水電站自動化大壩監(jiān)測

近年來，我國水利工程技術(shù)發(fā)展迅速，水電站大壩的監(jiān)測手段也越來越豐富，并逐漸向著自動化的方向發(fā)展。技術(shù)人員注意引進先進的自動監(jiān)測技術(shù)，有效提升了水電站大壩的監(jiān)測能力，提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準程度，同時改善了測量條件。這種自動化的技術(shù)減輕了監(jiān)測人員的工作壓力，節(jié)約了監(jiān)測活動的成本。雖然自動化安全監(jiān)測工作取得了很多成效，但是仍存在一些亟待解決的問題，如監(jiān)測系統(tǒng)的可靠程度不高、性能不夠穩(wěn)定、針對性有待增強等。隨著技術(shù)進步，更多自動監(jiān)測水電站大壩的新產(chǎn)品將會得到推廣，大壩監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)將在確保實用功能的基礎(chǔ)上，向著功能齊全、性能完善、測量精準的方向轉(zhuǎn)變，逐步實現(xiàn)安全監(jiān)測手段的自動化。

2　水電站大壩監(jiān)測內(nèi)容

大壩的安全檢測工作，貫穿于水電站大壩施工、運行和維護的整個過程。主要的檢測活動包括：監(jiān)測方法的采用和設(shè)備設(shè)施的研制開發(fā)、監(jiān)測方案的設(shè)計、監(jiān)測設(shè)施的埋藏和布置、監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果的收集，傳送和歸類，以及對監(jiān)測相關(guān)資料的分析探究。在對水電站大壩進行安全檢測的過程中，還要對大壩實際的運行狀況進行評估和測算。

2.1監(jiān)測事項

不同等級的水電站大壩，對于監(jiān)測事項的要求也不盡相同。具體而言，運用儀器設(shè)備進行監(jiān)測主要包括以下事項：

（1）對大壩周邊環(huán)境的檢測。包括對水庫上游和下游水位高低、水庫水溫、空氣環(huán)境溫度、大壩底部泥土淤積程度和大壩下游的淤泥沖擊程度的檢測。

（2）對水流滲出和大壩情況的安全檢測。對水流的監(jiān)測包括:環(huán)繞大壩的水流量，水流的滲出量，滲出水流中的各種物質(zhì)，包括水流中的各種化學(xué)物質(zhì)，對混凝土的壓力檢測，大壩形狀的檢測，大壩地基的堅固與否，大壩主體的水平與垂直方向的移動情況，混凝土的傾斜程度的檢測，等等，這些都是關(guān)于大壩形狀變化的檢測。

（3）對原材料應(yīng)力和溫度的檢測。這類檢測內(nèi)容包括混凝土大壩原材料的應(yīng)力和抗壓性能檢測、鋼筋材料性能檢測、鋼管和蝸殼的應(yīng)力檢測、混凝土與大壩地基的溫度檢測，以及土石材料縫隙中水土壓力的檢測。在這些項目中，變形和水流滲出是最主要的檢測項目。

3　大壩安全監(jiān)測

大壩監(jiān)測工作貫穿于壩工建設(shè)和運行管理的全過程。監(jiān)測工作包括：觀測方法的研究和儀器設(shè)備的研制、生產(chǎn)，監(jiān)測設(shè)計，監(jiān)測設(shè)備的埋設(shè)安裝，數(shù)據(jù)采集、傳輸和儲存，資料整理和分析，大壩實測性態(tài)的研究、評價等。

3.1主要監(jiān)測項目

在大壩安全檢測中，主要會檢測環(huán)境，壓力，壩體的形變等，以下為大把檢測的具體內(nèi)容：

3.1.1環(huán)境量監(jiān)測

上下游水位、壩前淤積、下游沖淤、庫水溫、氣溫。

3.1.2滲流監(jiān)測

滲流量、滲水透明度及化學(xué)分析、混凝土壩的揚壓力、繞壩滲流、土石壩的浸潤線、導(dǎo)滲降壓等。

3.1.3變形監(jiān)測

水平位移和垂直位移，接縫和裂縫，混凝土壩的撓度和傾斜，土石壩的固結(jié)等。

3.1.4應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測

混凝土壩的混凝土應(yīng)力、混凝土溫度、壩基溫度、土石壩的孔隙水壓力、土壓力。

3.2主要檢查項目

在大壩的施工期間，除了日常中對各個儀器進行檢測外，還需要對整個壩體進行巡查，具體表現(xiàn)為：

3.2.1壩體

相鄰壩段間的錯動情況，伸縮縫開合及止水情況，壩面、廊道壁、寬縫內(nèi)表面的裂縫及漏水情況，混凝土有無破損、溶蝕及侵蝕現(xiàn)象，排水孔工作狀態(tài)，滲水量和水質(zhì)有無顯著變化等。

3.2.2壩基和壩肩

基礎(chǔ)巖體有無擠壓、錯動、松動、鼓出，壩體與基巖結(jié)合處有無錯動、開裂漏水，壩肩有無裂縫、滑坡、溶蝕、繞滲，壩基排水設(shè)施工作是否正常，滲水水量及渾濁度有無顯著變化等。

3.2.3引水和泄水建筑物

進水設(shè)施有無淤堵、損壞，泄水建筑物有無裂縫及損傷，消能設(shè)施有無磨損、沖蝕，下游河床及岸坡沖淤情況等。

3.3監(jiān)測和檢查次數(shù)

儀器監(jiān)測的次數(shù)因項目和階段而異。第一次蓄水前及第一次蓄水后頭五年運行中，一般每旬一次至每月一次；第一次蓄水期一般每天一次至每旬一次；經(jīng)過第一次蓄水且運行超過五年后，一般每月一次至每季度一次。各時期上下游水位及氣溫每日均需觀測。內(nèi)部觀測的傳感器在埋設(shè)后頭一個月內(nèi)要加密測次，間隔從4h，8h，24h到5d，以后逐漸轉(zhuǎn)入正常頻次；巡視檢查分為日常巡查、年度巡查及特殊巡查三類。日常巡查在施工期宜每周一次；水庫第一次蓄水或提高水位期間每1～2d一次，正常運行期間每月不少于一次，汛期特別是高水位期應(yīng)加密檢查次數(shù)；年度巡查應(yīng)每年2～3次，在汛前、汛后及高水位、低氣溫時進行；特殊巡查在發(fā)生有感地震或大洪水以及其它特殊情況下立即進行。

4　水電站大壩安全監(jiān)測自動化的發(fā)展動態(tài)

水電廠管理現(xiàn)狀還需要結(jié)合基本國情，提升大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用外國先進的技術(shù)與管理結(jié)合現(xiàn)代最新的管理技術(shù)，對大壩安全監(jiān)測進行實時控制，開發(fā)一套技術(shù)設(shè)備與管理體系。日前，在線監(jiān)控包括三個主要部分，1在線檢驗與計算，2在線檢測數(shù)據(jù)與采集，3在線快去安全評估。期中在線數(shù)據(jù)采集是核心內(nèi)容，即第一次數(shù)據(jù)采集完成后，利用這次的數(shù)據(jù)進行建模，對于日后數(shù)據(jù)異常的問題進行及時有效的判斷與評估，這樣一來，不僅實現(xiàn)了快速，準時的獲得大壩運行資料，還減少了檢測人員的工作量，對于水電站大壩安全監(jiān)測自動化發(fā)展有重要意義。

4.1水平位移自動化監(jiān)測設(shè)施

現(xiàn)在的科技，特別是通信技術(shù)和微電子技術(shù)取得了巨大的進展，現(xiàn)在主要沿著自動化監(jiān)測遙測儀進行發(fā)展，現(xiàn)階段，我國的遙測儀有:電感式，激光式等，目前，我國在水電站大壩安全監(jiān)測應(yīng)用較廣的水平位移自動化監(jiān)測設(shè)施主要是垂線和引張線。常用的垂線、引張線坐標儀有感應(yīng)（電容）式和步進電機式兩種，步進電機式垂線坐標儀利用步進電機帶動紅外探頭跟蹤垂線，通過對驅(qū)動步進電機的電壓脈沖計數(shù)而獲得垂線的位移；感應(yīng)式儀器是利用電感原理或電容感應(yīng)原理研制。其中電容式測讀速度快，但對環(huán)境要求很高，且線體太長時中間極易偏離。然而步進電機測讀速度慢，但對環(huán)境的要求不高，長期穩(wěn)定性較好。

4.2垂直位移自動化監(jiān)測設(shè)施

水電廠大壩垂直位移大多采用靜力水準系統(tǒng)進行自動化監(jiān)測，觀測水平位移的真空激光準直系統(tǒng)還能同時監(jiān)測垂直位移。光電式坐標儀是利用物鏡將垂線圖形投射在一光電二極管集成塊上，通過電子線路轉(zhuǎn)換成垂線位移。激光式儀器是利用激光進行監(jiān)測的儀器。在實際的監(jiān)測中，應(yīng)用較多的靜力水準儀有差動變壓器式、電容式和CCD式，還有很多，例如：弦式、步進電機式等只在個別工程中得到應(yīng)用。近年來，已有一些工程嘗試過對監(jiān)測土石壩內(nèi)部分層沉降的水管式沉降儀采用增設(shè)自動充水裝置，并設(shè)液壓傳感器的方式實行自動化監(jiān)測，也有一些工程嘗試用進口弦式液壓沉降計和固定式水平測斜儀結(jié)合布置來實現(xiàn)土石壩內(nèi)部沉降的自動化監(jiān)測，但從應(yīng)用情況看，效果并不是十分的理想。

4.3揚壓力和地下水位

水電站大壩的揚壓力和地下水位的觀測一般采用滲壓計和測壓管，現(xiàn)在很多的水電廠應(yīng)用的是國外生產(chǎn)的弦式滲壓計，這種弦式滲壓計的耐久性和穩(wěn)定性都比較好，但測值受大氣壓變化影響較大。所以在小量程監(jiān)測時，可采用通氣式弦式滲壓計，但在潮濕的環(huán)境中，很難保證通氣管干燥，這時就要采用增設(shè)氣壓計等方法對測值進行修正。壓阻式滲壓計在一些水電站也有應(yīng)用，它首先要通過變送器，然后輸出的是標準電流或電壓信號，這樣會使監(jiān)測精度提高很多，但其并不能長期穩(wěn)定的運行，所以首先要加強它的長期穩(wěn)定性。

5　結(jié)束語

經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，水電站大壩安全檢測自動化系統(tǒng)的也有了質(zhì)的突破，在這方面引進了國外先進的管理與技術(shù)，使得大壩安全檢測能力有了大幅度的提升，不僅改進了檢測條件，而且還利用自動化系統(tǒng)，提高了監(jiān)測的精讀，另一方面，還實現(xiàn)了系統(tǒng)的自給自足，減輕了勞動強度，當然，這些優(yōu)點的背后，也存在著不少的問題，比如說，系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性和有效性有待加強，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，預(yù)計將有大規(guī)模的自動化監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)，新的產(chǎn)品必然會更加強大，更加可靠，測量也會更加準確，維護等其他方面也必然會向著智能化方向發(fā)展，所以，本文主要就水電站大壩安全檢測自動化系統(tǒng)進行了分析與討論，并對他的發(fā)展前景進行了講述，希望廣大讀者可以引起共鳴。

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TM622[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-178-2