馬新涌 楊德成

摘 要：本文在簡(jiǎn)要闡述水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行概括，并探究總結(jié)解決問(wèn)題，提供水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)質(zhì)量的具體策略，以期促進(jìn)水庫(kù)大壩安全管理的質(zhì)量水平提升。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)，大壩，安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.08.033

1 水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容

滲流監(jiān)測(cè)和變形監(jiān)測(cè)是水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的兩個(gè)主要工作內(nèi)容。其中，“滲流監(jiān)測(cè)”需要對(duì)滲透壓力、滲流量?jī)身?xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，“變形監(jiān)測(cè)”需要從垂直和水平兩個(gè)方向出發(fā)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水庫(kù)大壩整體結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)位移情況。此類監(jiān)測(cè)多用于大型或重要的水庫(kù)大壩，小型大壩則沒有硬性規(guī)定。作為一項(xiàng)復(fù)雜度較高的工作，變形監(jiān)測(cè)的實(shí)施質(zhì)量能夠直接影響水庫(kù)大壩的使用壽命[1]。

2 水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)存在的主要問(wèn)題

2.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能有待提升

從實(shí)際情況來(lái)看，現(xiàn)階段，很多水庫(kù)大壩所使用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，都存在系統(tǒng)功能單一、落后的問(wèn)題，常見表現(xiàn)為：系統(tǒng)只具備基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)采集、整理、儲(chǔ)存和傳輸功能，而沒有嵌入大壩結(jié)構(gòu)3D建模及可視化分析、安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及預(yù)警、基于人工智能技術(shù)的數(shù)據(jù)模擬分析等更為智能化的技術(shù)或功能，以至于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的價(jià)值未能得到充分挖掘，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)未能得到充分發(fā)揮，從而無(wú)法最大限度保證大壩安全管理工作的質(zhì)量和水平[2-3]。

2.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置有待完善

從實(shí)際情況來(lái)看，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備配備不完善，也是水庫(kù)大壩安全管理工作一個(gè)常見的問(wèn)題。主要表現(xiàn)有：未能及時(shí)對(duì)當(dāng)前配備的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行更新和升級(jí)，以至于部分監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備存在功能落后、年久失修的情況，導(dǎo)致儀器設(shè)備的精密度和可靠性無(wú)法滿足現(xiàn)階段的安全監(jiān)測(cè)要求?；蛘?，存在監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置數(shù)量和位置與實(shí)際要求不符的情況，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺乏全面性和代表性，從而影響水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的質(zhì)量和效果[4]。

2.3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的模式有待優(yōu)化

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)模式單一也是現(xiàn)階段水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作存在的一個(gè)主要問(wèn)題。從實(shí)際情況來(lái)看，很多水庫(kù)大壩在開展安全監(jiān)測(cè)工作時(shí)，過(guò)于依賴自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，未能構(gòu)建多種安全監(jiān)測(cè)方法整合運(yùn)用、多層面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相互印證和支撐的安全監(jiān)測(cè)模式，以至于無(wú)法最大限度保障水庫(kù)大壩安全性評(píng)估的全面性，存在一定的安全管理隱患。

3 提升水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)質(zhì)量的策略

3.1 注重自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能優(yōu)化

水庫(kù)管理部門可通過(guò)以下措施對(duì)水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用功能進(jìn)行優(yōu)化更新，以此改善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)層面存在的問(wèn)題，獲得更好的監(jiān)測(cè)效果：（1）在自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中嵌入基于人工智能技術(shù)開發(fā)的大壩安全分析評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠利用計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)開展壩體裂縫分析、浸潤(rùn)線分析、位勢(shì)分析、過(guò)程線分析等數(shù)據(jù)深度處理分析工作，并通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型、灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)模型等數(shù)字模型的構(gòu)建，對(duì)大壩安全性進(jìn)行智能分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)潛在安全風(fēng)險(xiǎn)后會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出的預(yù)警信息。（2）對(duì)系統(tǒng)通信形式進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)先采用光纖傳輸作為系統(tǒng)的主要通信方式，以此降低外界噪聲、電磁輻射等因素對(duì)數(shù)據(jù)信息傳輸過(guò)程的干擾，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院唾|(zhì)量性。光纖傳輸分為單模和多模兩種傳輸模式，前者適用在長(zhǎng)距離、大容量的傳輸系統(tǒng)中，后者在使用時(shí)需要通過(guò)降低傳輸數(shù)據(jù)率的方式來(lái)防止信號(hào)碼元串?dāng)_[5]。

3.2 注重自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備的科學(xué)配置

前端監(jiān)測(cè)設(shè)備的功能性、配置數(shù)量和設(shè)置位置能夠直接影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集速度、質(zhì)量以及全面性，因此，為進(jìn)一步提升水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的質(zhì)量，水庫(kù)安全管理部門應(yīng)通過(guò)以下措施來(lái)保證自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置合理性及工作效果：（1）科學(xué)選用傳感器。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)利用中央控制傳感器、位移傳感器、地下水位傳感器等多種類型的傳感器來(lái)獲取水庫(kù)大壩安全管理所需的各類數(shù)據(jù)信息，可見，傳感器的功能性及其數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性和及時(shí)性，對(duì)水庫(kù)大壩的安全性分析和安全管理具有決定性影響。為最大限度保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性，在傳感器選用方面應(yīng)優(yōu)先選用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、智能程度高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)的傳感器，如：振弦式傳感器、智能傳感器、靜力水準(zhǔn)儀等。與此同時(shí)，還應(yīng)確保所用設(shè)備的測(cè)量精度符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際監(jiān)測(cè)要求，如：若選用S10監(jiān)測(cè)接收機(jī)進(jìn)行表面位移監(jiān)測(cè)，則應(yīng)保證設(shè)備精度滿足水平±2 mm+1 ppm、垂直±4mm+1 ppm；若選用HSST-SYH跟蹤式滲壓遙測(cè)儀進(jìn)行滲壓監(jiān)測(cè)，則應(yīng)保證設(shè)備精度滿足變幅在0～25m之間、測(cè)量基本誤差≤±1 cm。（2）科學(xué)設(shè)定監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝位置。不同位置所獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在一定的差異性，為保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)符合安全性評(píng)估的需求以及數(shù)據(jù)本身的精準(zhǔn)性和代表性，必須要對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝位置進(jìn)行科學(xué)確定：一方面，根據(jù)水庫(kù)大壩的類型，嚴(yán)格按照《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（SL 551-2012）、《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5178-2008）等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)要求，做好監(jiān)測(cè)設(shè)備質(zhì)檢、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收等工作；另一方面，結(jié)合水庫(kù)大壩建筑結(jié)構(gòu)特征及實(shí)際監(jiān)測(cè)需求，合理設(shè)定監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝位置。例如：若要監(jiān)測(cè)流量，則應(yīng)將監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)置在基礎(chǔ)廊道以及壩體不同地段內(nèi)，使其能夠?qū)ε潘械呐潘头e水情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；若要監(jiān)測(cè)滲透壓，則應(yīng)將監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)置在壩體底部或水渠中等[6]。（3）加強(qiáng)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備功能和性能的把控，確保其滿足《大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件》（SL 268-2001）的要求，從而保證各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。以數(shù)據(jù)采集裝置為例：應(yīng)保證其具備蓄電池供電功能且供電持續(xù)時(shí)間≥3 d；通道數(shù)在8～32個(gè)之間；可通過(guò)定時(shí)、單檢、巡檢、選測(cè)等多種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；采樣時(shí)間≤30 s；平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）≥6300 h；平均維修時(shí)間（MTTR）≤2 h；數(shù)據(jù)儲(chǔ)存容量≥50測(cè)次；包含人工測(cè)量接口等。

3.3 注重自動(dòng)化監(jiān)測(cè)模式的完善創(chuàng)新

在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)模式方面，雖然自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有突出技術(shù)優(yōu)勢(shì)和使用效果，但水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)不應(yīng)完全依賴于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，而應(yīng)將多種監(jiān)測(cè)方法或模式整合運(yùn)用，以此實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相互印證，從而最大限度保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和安全評(píng)估結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。例如：將儀器監(jiān)測(cè)與巡視監(jiān)測(cè)相結(jié)合，前者側(cè)重監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、后者側(cè)重外觀表面的宏觀排查，將二者聯(lián)合運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)面上的相互兼顧和印證，從而一定程度上提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量，做到“盡早發(fā)現(xiàn)、盡早處理”。又如：將自動(dòng)監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)相結(jié)合，通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量，通過(guò)人工監(jiān)測(cè)驗(yàn)證監(jiān)測(cè)結(jié)果，避免因自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備或系統(tǒng)故障而獲取到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息，從而最大限度保證水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的質(zhì)量[7]。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，不難發(fā)現(xiàn)，二者在監(jiān)測(cè)結(jié)果的變化趨勢(shì)方面具有明顯的一致性，通常情況下，同一位置二者間監(jiān)測(cè)結(jié)果的誤差值在0～2 cm區(qū)間，但自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的觀測(cè)周期較短，能夠及時(shí)表現(xiàn)出水庫(kù)大壩的變形情況，從而具有實(shí)現(xiàn)大壩安全信息化管理、安全性快速分析及遠(yuǎn)程管理和咨詢等價(jià)值體現(xiàn)，能夠大幅度提升水庫(kù)大壩的安全管理質(zhì)量和水平。因此，新時(shí)期背景下，水庫(kù)管理部門應(yīng)通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能優(yōu)化、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備科學(xué)配置、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)模式完善創(chuàng)新等策略，改善當(dāng)前水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題，全面提升自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的質(zhì)量和水平。

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作者簡(jiǎn)介

馬新涌，本科，工程師，研究方向?yàn)楸谜具\(yùn)行與管理。

楊德成，大專，助理工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)電設(shè)備。

（責(zé)任編輯：劉憲銀）