运行期大坝安全监测问题及对策

运行期大坝安全监测问题及对策

王宝佳

中国水电顾问集团正安开发有限公司 贵州 遵义 563400

摘要：大坝安全监测是水库运行管理过程中的一项重要工作，通过大坝安全监测能够及时发现水库运行过程中发生的各项安全隐患。为实时掌握水库的运行状态，就必须加强安全监测和事故预判。水库规模比较大，影响水库安全运行的因素又比较多，传统粗放式的安全监测，已经难以满足现代化水库安全运行的需求，需要加大新技术、新设备、新管理理念的应用，才能最大限度上保证水库运行的安全性。本文对目前运行期大坝安全的影响因素梳理总结,简单叙述大坝安全监测系统构建,并从体现监测的价值的角度对运行单位、外委单位及其他相关方提出了相应的建议,以期促进行业更加健康发展。

关键词：运行期大坝；安全监测；问题；对策

引言

水库大坝在灌溉、防洪、供水、改善生态等方面起到无可替代的作用，水库大坝安全运行和现代化管理，一直受到各方重视。大坝安全监测系统可动态监控水库大坝运行情况，及时发现异常，是工程安全运行的重要保障。为监控大坝的安全情况，需在设计阶段根据坝型、地质条件、水库规模等，参照相关规范设置与之对应的监测项目。在建设期，通过安装监测仪器、数据采集、整编分析，动态评估大坝施工期安全情况。在初蓄期及运行期，对安全监测仪器进行自动化采集集成，并采用专业软件实现数据的实时采集、动态分析、预测预报等，从而构成功能完整的大坝安全监测系统。

1运行期大坝安全的影响因素

在水利水电工程大坝运行观测工作中，内外环境对大坝的影响较大。其中，内部环境包括机械、设备、人为、材料、水温、水压、渗压等对大坝造成应力应变及温度的影响，使坝体造成不同程度的变形，倾斜，从而导致内部出现裂缝、渗漏等现象。外部环境包括坝前水位、坝外温度、绕坝渗流及地震等自然灾害对大坝安全的影响。因此，观测人员要充分了解大坝内外环境影响因素，要根据实际情况，区分不同部位、不同方式进行监测与诊断，及时处理和解决有关问题，切实保障大坝运行安全，避免一系列灾难的发生。

2大坝安全监测系统构建

2.1透彻感知

基于透彻感知的理念，采用不同类型的传感器实现了水库大坝内外观变形、大坝沉降、渗流渗压、应力应变的全方位监测。数据采集采用分层分布式方式，监测参数如位移、沉降、应力应变、渗流等通过传感器→数据采集模块→数据自动采集装置→中心监测站的路径实现实时采集。中心站服务器内的数据库内包含数据、采集参数和其他信息，可实现资源共享。管理主机或管理部门可通过Internet进行远程访问。

2.2数据传输

水库工程安全监测自动化系统采用全分布式智能节点控制开放型的全网络结构，数据自动采集系统通信网络采用以太网光纤网络。主要通过串口服务器将每台现场数据采集单元（MCU）标配的RS232/RS485接口转化为RJ45以太网接口，并在串口服务器设置相互独立且唯一的静态IP地址，使每台MCU可以通过TCP/IP协议进行网络寻址。为提高整个通信网络长距离传输的可靠性和抗干扰能力，测站之间以及测站到分中心的通信网络介质为单模光纤，集控中心的计算机设备和各测站MCU通过光纤收发器实现以太网电信号与光纤信号互转。

2.3数据资源

（1）专业数据资源管理。将监测数据分类存储与管理，包含专业知识库、数据原始库、整编库及模型库四库。（2）综合数据管理。汇聚水情、水库基础地理信息、文档等统一的信息管理数据库。（3）数据库管理及运维。数据库可实现异地备份，海量安全存储。

2.4数据处理

（1）数据预处理。软件可以选择不同的辅助判断粗差的方法，标记要处理的点。辅助分析的方法如统计分析3σ法，平滑算法如傅里叶平滑、小波去噪等。平滑数据将更新到数据库中替换原数据。（2）异常评判。对于渗流、温度、开合度等监测项目，基于仪器量程、历史极值、监控模型限值等参数，设定监控指标；对于位移，用经验最大值作为监控指标。在数据预处理、过程线分析、统计模型分析中用于测值异常的判断。当出现异常测值后，系统将出现预警提示，并生成异常数据日志。

2.5监测软件主要功能

安全监测软件应用领域驱动设计方法，构建具有丰富领域模型和自动化程度较高的管理系统。该系统通过深入分析大坝安全监测信息管理需求，抓住领域内的基础概念，实现了领域逻辑的解耦，能够适应新式仪器的添加和相应专业图表的设置，具有较强的扩展能力。基于对水库监测对象的施工期、运行期资料统一管理，综合专业理论知识及专家评判，辅以必要的技术手段，获得被监测对象历史及当前安全状态的基本认识，通过数学模型对特定工况、可能工况进行预测。

3运行期大坝安全监测优化对策

3.1对运行单位的建议

运行单位作为大坝的责任主体,肯定比其他单位更希望大坝能够安全、稳定地运行下去。因此,他们结合自己的特点和需要,在大坝安全监测方面,做了很多有效的工作。如,从水工技术监督的角度分级管理,单独委托技术监控管理服务单位,加强对外委单位的监督考核,是一种值得学习的模式；国家电投成立大坝中心,作为专业化监督和技术支持单位,组建专委会、专家库和工作网,以监控管理系统为支撑,对包括安全监测的全部工作进行管理,履行大坝运行全过程安全管理职责,管理理念先进,体系完善,值得推广。当然,每个单位、集团都有自己的管理体系和发展思路,不必模仿,但可以借鉴。从监测工作的特点来说,无论是自行管理,还是外委,建议运行单位都要建立一个以现场监测工人为基础、资料分析工程师为骨干、多专业大坝安全专家为支撑的技术团队,并设立考核、监督和约束机制,以PDCA的管理模式为导向,不断提高大坝安全管理水平。

3.2行业监督机构的建议

目前很多行业都取消资质许可,改为行业自律。大坝安全监测虽市场规模不大,从业单位不多,但仍鱼龙混杂,技术水平差异较大,很多中小型水电站在外委时以低价为选择标准。外委单位以低于成本价拿到项目后,为获得利润,节约成本,使用没有经验的工人,有些甚至连全站仪都不会操作,交出来的成果达不到要求,严重影响了行业的发展。鉴于此,建议相关行业监督机构建立健全从事大坝安全监测工作单位的监督考核机制,对于严重违反行业技术标准或不履行合同职责的单位定期公开通报,形成全国范围的信用管理体系。

3.3设计单位的建议

大坝设计单位拥有整个工程的勘测设计资料和熟悉各个专业的技术人才,有着其他单位不可替代的优势。但是,随着各设计单位在后水电时代的转型升级,很多熟悉工程的人员陆续转岗,优势将会逐渐消失。因此,建议设计单位可通过建立知识管理系统、总结技术优势等方式将工程的经验固化,也可与运行单位一起组建大坝安全专家库,定期对大坝进行回访,一方面保持和发挥自身的作用,另一方面做好技术的传承和缺陷修补、加固市场的铺垫。

结束语

运行期大坝安全监测虽大多为常规技术,工作量不大,预期产出激励性不高,条件相对艰苦,但对从业人员的综合能力要求高,工作烦琐,考验耐心,考量职业道德,体现管理水平,需要参与各方通力协作,在维系自身利益的同时,更要以大坝的安全为共同目标,以体现监测的价值为共同追求,以促进行业的健康发展为首要选择。

参考文献

[1]强发赟.探究水利水电工程中的大坝工程安全监测控制[J].水电站机电技术,2021,44(4):49-51.

[2]强发赟.探究水利水电工程中的大坝工程安全监测控制[J].水电站机电技术,2021,44(4):49-51.

[3]杨泽煌.基于BP-S混合模型的大坝安全监测技术研究[J].江西水利科技,2020,46(1):46-50.