大坝安全监测技术研究廖嘎
发表时间：2019-06-21T11:06:56.980Z 来源：《电力设备》2019年第1期作者：廖嘎
[导读] 摘要：保证大坝安全运行的重要手段就是对大坝进行安全监测，并确保大坝安全监测系统能长期稳定、实时、精确及可靠地进行数据的采集。
（广西桂东电力股份有限公司合面狮水力发电厂广西省贺州市 542800）
摘要：保证大坝安全运行的重要手段就是对大坝进行安全监测，并确保大坝安全监测系统能长期稳定、实时、精确及可靠地进行数据的采集。国家在大坝安全监测自动化设备的研制和生产方面投入了大量的人力、物力和财力，从而使我国的大坝安全监测技术得以飞速发展。在发展的同时也暴露了一些问题，传统的大坝安全监测技术仍有待于发展，比如要对传感器的可靠性以及稳定性等方面进行优化，要做到因地制宜地选取适合于大坝的安全监测系统。本文就此展开了论述，以供参阅。
关键词：大坝安全；监测技术
1大坝安全监测的重要意义
大坝建造在复杂的水文地质和工程地质环境中，运行中的大坝不仅承受着巨大的水压力和温度等环境荷载，有时还会受到地震荷载的冲击，工作条件极为复杂。同时，由于材料性能、施工过程中造成的人为影响等因素，随着使用年限的增长，大坝也会出现不同程度的老化、病变和裂缝等问题。这些缺陷或隐患若不能及时被诊断发现并解决，将随时可能影响到大坝的安全运行，严重时还会造成灾难性事故。目前，国内已建成大坝8．6万多座，其中大部分是20世纪50～60年代修建的中小型土石坝，这些大坝或没有布设安全监测设备，或设备仪器落后，其病害十分严重。此外，随着时间流逝，一些早年布置了监测设备的大坝也出现了老化和安全问题。大坝安全监测问题已不容忽视，令人欣慰的是：近年来已得到国家的高度重视。造成大坝失事的原因很多，主要有：（1）坝体泄水能力不足或遭遇超标准的洪水；（2）坝体质量和基础存在问题；（3）其他运行管理方面引发的问题。土石坝失事的主要原因是渗透破坏和坝坡失稳，表现为坝体渗漏、坝基渗漏、塌坑、管涌、流土及滑坡等现象。据统计，在失事大坝中，仅有35%是由于其自身泄洪能力不足，也就是勘测设计中存在洪水计算和防洪能力方面的问题；大部分大坝失事仍是由于其他工程原因或运行管理问题造成的，而这些问题却是可以通过加强安全监测及早发现问题并及时处理解决的。因此，建设和完善大坝安全监测设施重要且必需。
2大坝安全监测系统结构
2.1集中式监测数据采集系统
集中式监测数据采集系统只有一台测控单元，安放于远离测点现场的监控室内，测点现场安装切换单元（集线箱、开关箱），由电缆将传感器信号通过切换单元接入到测控单元中。测量时由测控单元直接控制切换单元，对所有测点的传感器进行逐个测量。这种系统在传感器-切换单元-测控单元之间传送的是电模拟量，且连接电缆一般较长，易于受到干扰，所以对连接电缆的要求较高（芯数、阻抗特性、屏蔽、绝缘电阻等）。集中式系统虽然结构简单，但其可靠性较低，且测量时间长，不易扩展等。当测控单元发生故障时，整个系统运行即告中断。
2.2分布式数据采集系统
分布式数据采集系统由计算机、测控单元及传感器组成。这种系统将集中式测控单元小型化，并和切换单元集成到一起，安放于测点现场，每个测控单元连接若干个传感器，测控单元将监测量变换成数字量，由"数据总线"直接传送到监控微机中。分布式数据采集系统与集中式数据采集系统相比，有下列优点：（1）可靠性得到了提高，因为每台测控单元均独立进行测量，如果发生故障，只影响这台测控单元上所接入的传感器，不会使系统全部停测。（2）抗干扰能力强，分布式数据采集系统的数据总线上传输的是数据信号，因此采用一般的通讯电缆即可，接口方便，抗干扰能力强，目前普通采用的通讯制式有RS-232/RS-485/RS-422。（3）测量时间短，每台测控单元可同时进行测量，系统测量时间只取决于单台测控单元的时间，因此测量速度快，特别适合于那些物理量和效应量变化较快的水工建筑物，能够满足实时安全监控的需要。同时，测量速度快，保证了各测点各类监测量在一个几乎相同的短时间内测完，使监测参数基本同步，便于比较分析。（4）便于扩展，只需在原有系统上延伸数据总线，增加测控单元，就可以在不影响原有系统正常运行的情况下扩展系统，将更多的传感器接入。目前在国内已建成的大坝安全监测数据采集系统中绝大部分是分布式监测数据采集系统。
2.3现场总线式数据采集系统
现场总线技术于80年代初提出，经过近二十年的发展，技术上越来越成熟。现场总线是用于现场仪表与测控系统和监控中心之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、多变量、多点、多站的分布式通讯系统，按ISO的OSI标准提供网络服务，其可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，通讯速率快，造价低，维护成本低。现场总线的基本内容是在测控现场建立一条高可靠性的数据通讯线路，实现传感器之间及传感器与监控计算机之间的数据交换。这条数据通讯线路在传输方面不追求商业计算机网络那种高速度，而把注意力集中在系统的可靠性方面。在可靠性方面，不是简单采用传统的多机冗余方式，而是试图提高网络自身的可靠性。在这种网络中，引入自带测量、状态检测、控制器和数据通讯能力的智能传感器，组成现场总线监测网络，原来前置机的测控功能和数据通讯功能，被下装到传感器中，而原来的系统管理、后台数据处理、系统组态等功能被上装到管理级计算机中。在这种系统中，系统监测功能和监测点可根据需要在网络上的任何一点灵活设置，实现动态组态功能。
3针对大坝安全监测采取的有效措施
3.1加强组织管理工作
部分管理层对大坝的安全监测问题不够重视，他们将工作重心放在了投资建设方面，不能意识到大坝安全监测的重要性。因此，为了防患于未然，需要大力提高管理层对大坝安全性的认识，使其意识到组织管理工作的重要性。管理人员要制定好相关的规章制度，做好考核与监督工作，通过管理使大坝安全监测工作顺利进行，这样才能尽可能避免因人为因素而导致大坝安全监测方面发生的意外情况。
3.2提高水利工程大坝安全监测技术人员的专业素质
目前，我国水利工程大坝的安全监测技术人员都存在专业素质不高的问题，为了加强对我国水利工程大坝的安全监测控制，水利部门要提高安全监测技术人员的专业素质。首先，要定期地对安全监测技术人员进行培训，加强对安全监测技术人员的操作培训，特别是在引进相关的安全监测计算机系统和信息系统等技术的情况下，要保证这些先进系统的运行，就必须提高安全监测技术人员的专业素质，保证技术人员能熟地练操作这些系统，从而更好地对水利工程大坝开展安全监测，保证水利工程大坝的安全运行。
