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剖析水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)

文檔作者：周自力文檔來(lái)源：中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年11月23日
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剖析水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)
周自力
中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司四川省610031
摘要:我國(guó)電力系統(tǒng)中，注冊(cè)大壩的數(shù)量逐漸增大，電力系統(tǒng)
中，水電站大壩在促進(jìn)電力傳輸?shù)确矫娑加兄匾饔?。目前，?
國(guó)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化還未實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)、全自動(dòng)監(jiān)測(cè)、精
細(xì)化監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)的結(jié)果還比較粗放，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用范圍還比較
狹窄。本次研究探討了水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的現(xiàn)狀和展望
問(wèn)題，提出的發(fā)展趨勢(shì)可作為水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化建設(shè)的
目標(biāo)。
關(guān)鍵詞:水電站;大壩;安全監(jiān)測(cè);自動(dòng)化
前言
大壩安全監(jiān)測(cè)是人們了解大壩運(yùn)行狀態(tài)和安全狀況的有效手
段和方法。目的主要是了解大壩安全狀況及其發(fā)展態(tài)勢(shì)，是一個(gè)
包括由獲取各種環(huán)境、水文、結(jié)構(gòu)、安全信息到經(jīng)過(guò)識(shí)別、計(jì)算、判
斷等步驟，最終給出一個(gè)大壩安全程度的全過(guò)程。此過(guò)程包括：通
過(guò)各種信息的獲取、整理和分析，給出大壩安全評(píng)價(jià)，控制大壩安
全運(yùn)行；校核計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確性和計(jì)算方法的實(shí)用性；反饋施工方
法的正確性，改進(jìn)施工方法和施工控制指標(biāo)；為科學(xué)研究提供現(xiàn)場(chǎng)
資料，檢驗(yàn)各種理論、校正各種模型和參數(shù)，協(xié)助找出實(shí)測(cè)規(guī)律和
輔助成因分析等。
一、水電站大壩概述
我國(guó)地緣遼闊，河流數(shù)量眾多，且河流自身的徑流量較為豐
富，水能資源較為豐富。水電屬于一種可再生的清潔性能源，在促
進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)安定上能夠發(fā)揮重要作用。我國(guó)水電站發(fā)
展歷史悠久，裝機(jī)容量上得到了明顯的提升，其在提供能源方面發(fā)
揮的作用越來(lái)越重要。我國(guó)的水利水電建設(shè)成績(jī)?yōu)榇龠M(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)
和社會(huì)的發(fā)展提供了重要幫助。我國(guó)在筑壩的技術(shù)上研究經(jīng)驗(yàn)十
分豐富，目前處在世界領(lǐng)先位置。其中，地質(zhì)勘探技術(shù)以及計(jì)算機(jī)
技術(shù)等都在水電站大壩領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用等方面占據(jù)重要地位。
二、水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的意義
做好水電站大壩安全監(jiān)測(cè)有非常重要的意義。它決定水電站
大壩建設(shè)是否具有經(jīng)濟(jì)效益，如果水電站大壩建設(shè)出現(xiàn)安全問(wèn)題，
其經(jīng)濟(jì)效益就會(huì)降低；它決定水電站大壩建設(shè)是否具備社會(huì)效應(yīng)，
水電站大壩如果出現(xiàn)安全問(wèn)題，波及的范圍將非常廣泛，其安全事
故會(huì)帶來(lái)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的問(wèn)題；它決定水電站大壩建設(shè)是否
具備環(huán)保效率，建設(shè)水電站大壩的前提是不能破壞當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，需
讓水電站建設(shè)具備環(huán)保效應(yīng)。目前我國(guó)應(yīng)用自動(dòng)化的方式進(jìn)行水
電站大壩安全監(jiān)測(cè)作業(yè)，它的自動(dòng)化發(fā)展的現(xiàn)狀決定水電站大壩
安全監(jiān)測(cè)的質(zhì)量。為此，本次研究探討了水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自
動(dòng)化的現(xiàn)狀和展望問(wèn)題，提出的發(fā)展趨勢(shì)可作為水電站大壩安全
監(jiān)測(cè)自動(dòng)化建設(shè)的目標(biāo)。
三、水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的現(xiàn)狀
1.大壩監(jiān)測(cè)內(nèi)容的現(xiàn)狀
目前我國(guó)除了巨型水電工程能實(shí)現(xiàn)全程安全監(jiān)測(cè)以外，其它
的工作只能在部分環(huán)節(jié)開(kāi)展自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)。當(dāng)前我國(guó)水電站大
壩安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)如下：
變形監(jiān)測(cè)。變形主要分為水平變形和垂直變形兩種。以觀測(cè)
大壩的某一段為例，通常監(jiān)測(cè)單位會(huì)在壩頂與壩后坡設(shè)轉(zhuǎn)傳感器，
監(jiān)測(cè)垂直變形；在內(nèi)部設(shè)置傳感器，監(jiān)測(cè)水平變形和沉降變形。
滲流監(jiān)測(cè)。滲流監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)為監(jiān)測(cè)滲透壓力和滲流量這兩個(gè)
參數(shù)。以監(jiān)測(cè)一段大壩的滲流參數(shù)為例，監(jiān)測(cè)單位通常每隔一個(gè)
壩段便設(shè)置一個(gè)傳感器，傳感器能采集排水溝積水?dāng)?shù)據(jù)，中央控制
系統(tǒng)可根據(jù)這類(lèi)數(shù)據(jù)分析大壩滲流的情況。
應(yīng)力監(jiān)測(cè)。目前我國(guó)只有巨型的水電站才監(jiān)測(cè)應(yīng)力參數(shù)，中
小型水電站已不再通過(guò)監(jiān)測(cè)這類(lèi)參數(shù)了解水電站大壩安全的
情況。
2.大壩監(jiān)測(cè)設(shè)備的現(xiàn)狀
我國(guó)的水電站大壩應(yīng)用自動(dòng)化的設(shè)備進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，其中最
主要的幾項(xiàng)設(shè)備如下：
傳感器。目前我國(guó)已經(jīng)在水電站大壩安全監(jiān)測(cè)中應(yīng)用了智能
傳感器，這種傳感器把數(shù)據(jù)收集和信息技術(shù)處理相接合，采集的數(shù)
據(jù)可成為中央集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。現(xiàn)在傳感器可采集的數(shù)
據(jù)范圍為水平位移、垂直位移、揚(yáng)壓力和地下水位、滲流量、應(yīng)力和
應(yīng)變等數(shù)據(jù)。
量測(cè)控制設(shè)備。它又被稱(chēng)為MCU，負(fù)責(zé)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)
設(shè)備的工作流程，比如它可控制傳感器、通信設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、電源
設(shè)備、輔助設(shè)備工作等設(shè)備的作業(yè)，使每個(gè)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，形
成程序化的作業(yè)。MUC內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片、自帶電源及蓄電設(shè)備、
自設(shè)防雷裝置。它兼容多種通信協(xié)議，能用無(wú)線和有線的方法傳
輸數(shù)據(jù)；自設(shè)人工比測(cè)模塊接口，可外接讀數(shù)設(shè)備。
其它外接設(shè)備。其它外接設(shè)備包括打印、繪圖設(shè)備、UPS設(shè)備
等，它們能拓展水電站大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能、優(yōu)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的
運(yùn)行。
3.大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀
硬件設(shè)備。水電站的中央處理器應(yīng)用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)主機(jī)，
服務(wù)器的運(yùn)行速度快，它能實(shí)現(xiàn)中央集成控制、分析海量數(shù)據(jù)、完
成數(shù)據(jù)管理的功能。
軟件系統(tǒng)。中央處理器的運(yùn)作目前使用WINDOWS 系列軟
件，該軟件為一種系統(tǒng)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。水電站大壩安全監(jiān)測(cè)控制軟件
使用MCU 自帶的軟件，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)應(yīng)用OFFICE 套裝系列軟件
中的EXCEL軟件，它與WINDOWS 系統(tǒng)同為微軟公司開(kāi)發(fā)的軟件，
兩種軟件能相互兼容，這種數(shù)據(jù)庫(kù)軟件也是目前被應(yīng)用得最廣泛
的軟件。通訊系統(tǒng)。水電站的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性
要求較高，為了提高通訊質(zhì)量，目前大壩應(yīng)用光纖設(shè)備作通訊設(shè)
備，通訊方式以有線數(shù)據(jù)傳輸為主，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸為輔，通訊協(xié)議
應(yīng)用IP/TCP 協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式為穩(wěn)定性較強(qiáng)的局域網(wǎng)絡(luò)。
四、水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的展望
1.監(jiān)測(cè)范圍的展望
目前，我國(guó)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)范圍的問(wèn)題為局限性的問(wèn)題，
即水電站大壩安全監(jiān)測(cè)需要哪些數(shù)據(jù)，就監(jiān)測(cè)哪些數(shù)據(jù)；出于成本
的考量，可以放棄一些不重要的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，僅監(jiān)測(cè)重要的數(shù)據(jù)。這
種安全監(jiān)測(cè)方法會(huì)漏掉一些監(jiān)測(cè)的細(xì)節(jié)，可能會(huì)埋下安全監(jiān)測(cè)的
隱患。未來(lái)，人們提出水電站大壩的建設(shè)要與監(jiān)測(cè)緊密結(jié)合，這是
指大壩在建設(shè)的時(shí)候，就要考慮到全程監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，把安全監(jiān)測(cè)納
入水電站大壩建設(shè)的體系。如果能實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想，未來(lái)的水電站
大壩就能采用以下的方法開(kāi)展安全監(jiān)測(cè)：全程化的安全監(jiān)測(cè)，即突
破目前局部監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)測(cè)；重點(diǎn)化的安全監(jiān)測(cè)，即對(duì)
部分重點(diǎn)位置采取精細(xì)化的監(jiān)測(cè)措施；動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)，即應(yīng)用數(shù)據(jù)
監(jiān)測(cè)優(yōu)化大壩建設(shè)，讓安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為大壩建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。
2.監(jiān)測(cè)設(shè)備的展望
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)施未來(lái)會(huì)向以下幾個(gè)方面發(fā)展：標(biāo)準(zhǔn)化的
方式發(fā)展，監(jiān)測(cè)設(shè)備需要大量的電氣自動(dòng)化產(chǎn)品，雖然在微軟公司
的提議下，目前電氣自動(dòng)化產(chǎn)品的接口已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，但是電氣設(shè)備
的型號(hào)、性能、參數(shù)等指標(biāo)還未實(shí)現(xiàn)全部統(tǒng)一化，未來(lái)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的
硬件設(shè)施會(huì)向統(tǒng)一化的方向發(fā)展。數(shù)字化的方向發(fā)展，水電站大
壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如果要全面實(shí)現(xiàn)集成化的監(jiān)控，就必須應(yīng)用數(shù)字
化的設(shè)備。智能化的方向發(fā)展，未來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)智能判斷、智
能控制，減少人力資源的干預(yù)。
3.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的展望
目前人們提出了集成化、智能化、精細(xì)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)想。以
集成化來(lái)說(shuō)，未來(lái)水電站大壩的中央處理系統(tǒng)能夠集成所有設(shè)備
的運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)作業(yè)的橫向聯(lián)系；集成數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)的全
面監(jiān)測(cè)管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的縱向監(jiān)測(cè)。未來(lái)，水電站大壩安全監(jiān)
測(cè)系統(tǒng)的作業(yè)幾乎不再需要人力資源的干預(yù)。
五、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，我國(guó)大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化發(fā)展雖然成績(jī)可見(jiàn)。但仍存
在不少問(wèn)題，系數(shù)的可靠性、穩(wěn)定性、有效性、針對(duì)性有待進(jìn)一步加
強(qiáng)，監(jiān)測(cè)人員的業(yè)務(wù)水平有待進(jìn)一步提高。隨著全社會(huì)科技進(jìn)步
的加快，預(yù)計(jì)將涌現(xiàn)出大量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)新技術(shù)和新產(chǎn)品，水電站大
壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化將在實(shí)用化的基礎(chǔ)上向智能化發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳世勇，陳建康，鄧建輝.水電工程安全監(jiān)測(cè)與管理[M].北京：
水利水電出版社，2009：224.
[2]毛良明，沈省三，肖美蓉.物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代來(lái)臨大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)
的未來(lái)思考[J].大壩與安全，2011（1）.
452

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