管維欣

四川涼山水洛河電力開發(fā)有限公司 四川木里 615800

隨著我國水利建設(shè)步伐的加快，水工建筑物存在年久失修的問題，水工建筑物的安全問題頻發(fā)，對于水利建筑物的安全監(jiān)測非常重要，采用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行安全監(jiān)測，要確保測點(diǎn)的合理布置，確定測點(diǎn)數(shù)量，加強(qiáng)對于異?，F(xiàn)象的有效監(jiān)測，可以得到有價(jià)值的數(shù)據(jù)，通過對水工建筑物的監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)問題，并采取措施及時(shí)進(jìn)行修復(fù)加固，可以增強(qiáng)水工建筑物的防洪功能[1]。

1 水工建筑物故障的原因

水工建筑物出現(xiàn)故障的原因包括自然因素和人為因素，自然因素主要是山體滑坡、地震等自然災(zāi)害的影響，人為因素主要是前期設(shè)計(jì)時(shí)缺乏綜合考慮，有些水工建筑物在建設(shè)中沒有遵循施工標(biāo)準(zhǔn)和材料標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致水工建筑物不夠堅(jiān)固，過低的水位面無法應(yīng)對洪澇災(zāi)害和大規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害，水流的腐蝕會造成混凝土的脫落，導(dǎo)致鋼筋和基石裸露等問題，從而造成安全隱患。

2 自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢

水工建筑物出現(xiàn)問題后會造成重大損失，因此相關(guān)部門要重視水工建筑物的安全監(jiān)測工作，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法是人工巡查和攝像頭監(jiān)測。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了自動(dòng)化技術(shù)，自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)具有自身的優(yōu)勢，技術(shù)人員通過對于自動(dòng)化技術(shù)的掌握，可以進(jìn)行有效的監(jiān)測，國家頒布了自動(dòng)化安全監(jiān)測的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)人員在監(jiān)測中必須遵守自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的規(guī)范。自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)不受天氣限制，不論狂風(fēng)、雷雨、大霧、烈日等天氣，采用自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)都可以采集和分析數(shù)據(jù)，高質(zhì)量的監(jiān)測可以使水工建筑通過安全鑒定，可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，降低了人工工作強(qiáng)度，可以避免人為數(shù)據(jù)輸入中的操作失誤，通過自動(dòng)化的數(shù)據(jù)傳輸，可以更直接的掌控水工建筑物的運(yùn)行狀態(tài)，可以快速診斷水工建筑物存在的安全問題[2]。

3 自動(dòng)化監(jiān)測的原則

水工建筑物的自動(dòng)化監(jiān)測要遵循相關(guān)原則，由于自動(dòng)化監(jiān)測涉及的范圍比較大，要保證分階段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)分析水流量數(shù)據(jù)，可以針對問題及時(shí)采取維護(hù)措施。安全監(jiān)測使用的技術(shù)和設(shè)備要具有可靠性，對于突發(fā)狀況可以制定緊急預(yù)案，可以加強(qiáng)對于緊急安全風(fēng)險(xiǎn)的防控，由于各地區(qū)的自然環(huán)境不同，水工建筑物的功能和質(zhì)量也存在差異，水工建筑物會出現(xiàn)不同類型的故障，可以根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)衡量水工建筑物的各項(xiàng)指標(biāo)。

4 安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)

水工建筑物的安全監(jiān)測系統(tǒng)包括監(jiān)控中心站和各部位監(jiān)測站，可以形成監(jiān)測局域網(wǎng)，安全監(jiān)測系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、適應(yīng)性、可靠性，但是成本不高，因此這一系統(tǒng)的應(yīng)用比較廣，水工建筑物的安全監(jiān)測涉及多種項(xiàng)目，對于自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要確保實(shí)用、標(biāo)準(zhǔn)、通用、實(shí)時(shí)，可以采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)軟件，快速傳輸和分析數(shù)據(jù)，通過自動(dòng)化數(shù)據(jù)備份可以在斷電的情況下保存數(shù)據(jù)，對于監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要保證合理性，通過預(yù)警系統(tǒng)可以協(xié)助安全監(jiān)測[3]。

自動(dòng)化安全監(jiān)測系統(tǒng)可以長期、周期性的采集數(shù)據(jù)信息，安全監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、安全評價(jià)系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般構(gòu)成包括電源設(shè)施、傳感器、通訊介質(zhì)、測量控制裝置、數(shù)據(jù)采集工作站，信息管理系統(tǒng)包括錄入子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)預(yù)處理子系統(tǒng)、誤差分析子系統(tǒng)，安全評價(jià)系統(tǒng)包括計(jì)算工作站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等，不斷完善自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的功能，可以提高安全監(jiān)測水平。

5 自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的裝置

水工建筑物的安全監(jiān)測，采用自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)，需要的裝置包括：地下水位監(jiān)測裝置、水平和垂直位移傳感器、中央空調(diào)裝置等，通過不同的裝置可以發(fā)揮不同的功能。

地下水位監(jiān)測裝置包括弦式滲壓計(jì)，監(jiān)測過程比較穩(wěn)定，并且持久耐用，大氣會影響監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過輔助增設(shè)氣壓計(jì)，可以使?jié)B壓計(jì)內(nèi)部保持干燥，可以使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，智能傳感器的應(yīng)用將信息技術(shù)與感應(yīng)技術(shù)相結(jié)合，有利于科學(xué)選擇監(jiān)測點(diǎn)，可以避免人為電纜的鋪設(shè)，可以提升監(jiān)測效率。

水平和垂直位移傳感器包括電機(jī)式和電容式，電機(jī)式不論在何種環(huán)境都能監(jiān)測，具有較高的可靠性，但是監(jiān)測速度比較慢，電容式監(jiān)測對環(huán)境有要求，并且監(jiān)測速度比較快，過長的線路可能會造成偏離。激光垂直監(jiān)測成本比較高，但是監(jiān)測效果好，自動(dòng)化掃描儀可以高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測，采用遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)可以擴(kuò)大監(jiān)測范圍，但是成本比較高，對于技術(shù)操作具有較高的要求，保養(yǎng)維修要花費(fèi)較大的成本，實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測水平和垂直位移，可以確保水工建筑物的正常運(yùn)行。

中央控制裝置包括后備電源、任務(wù)主機(jī)、顯示裝置、監(jiān)控裝置等，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，中央控制設(shè)備逐漸被工業(yè)控制計(jì)算機(jī)取代，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性和適應(yīng)環(huán)境的能力比較強(qiáng)，在水工建筑物的安全監(jiān)測中應(yīng)用比較廣[4]。

6 科學(xué)設(shè)置測點(diǎn)

水工建筑物所處的環(huán)境比較惡劣，在惡劣的環(huán)境中要廣泛分布測點(diǎn)，測點(diǎn)可以布置在重要部位，并且測點(diǎn)要保證間距，可以保證全面監(jiān)測，可以防止重要數(shù)據(jù)信息的遺漏，因此測點(diǎn)必須要有代表性，選取的測點(diǎn)要能夠顯示最大的安全風(fēng)險(xiǎn)，可以在安全風(fēng)險(xiǎn)最大的部位設(shè)置測點(diǎn)，測點(diǎn)的設(shè)置要保證均勻性，對于安全風(fēng)險(xiǎn)比較高的部位，可以布置的比較密，安全風(fēng)險(xiǎn)小的部位可以布置的比較稀。

7 自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用

水工建筑物的安全監(jiān)測中，通過應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備，可以使數(shù)據(jù)采集更加準(zhǔn)確、快速，智能傳感器可以采集和存儲數(shù)據(jù)信息，通過自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，可以保證監(jiān)測質(zhì)量。監(jiān)測中設(shè)備的使用要進(jìn)行編號，可以用科學(xué)的規(guī)則進(jìn)行編號，從而方便使用，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了新型的監(jiān)測儀器，傳感器是光纖監(jiān)測儀器，可以將光纖上的物理量轉(zhuǎn)化為光信號，從而進(jìn)行分布式測量，智能監(jiān)測儀器可以將物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，可以增強(qiáng)抗干擾能力，可以方便信號的傳送，有些監(jiān)測儀器可以對多個(gè)物理量進(jìn)行監(jiān)測，技術(shù)人員要掌握自動(dòng)化設(shè)備的操作方法，通過正確的設(shè)備操作，可以確保高質(zhì)量完成安全監(jiān)測工作[5]。

8 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用

水工建筑物安全監(jiān)測中獲取的數(shù)據(jù)比較龐雜，有些數(shù)據(jù)可能存在偏差，在檢驗(yàn)的過程中可以篩選數(shù)據(jù)，要防止采集中出現(xiàn)錯(cuò)誤或記錄錯(cuò)誤等問題，監(jiān)測數(shù)據(jù)要保證完整性，對于采集的數(shù)據(jù)要進(jìn)行存儲和處理，通過數(shù)據(jù)備份可以防止丟失數(shù)據(jù)，采用智能化算法可以分析數(shù)據(jù)，智能化的分析計(jì)算可以避免人工誤差，可以使監(jiān)測結(jié)果更加可靠，發(fā)現(xiàn)安全隱患要及時(shí)進(jìn)行防范，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可以判斷水工建筑物的安全性。

建立數(shù)據(jù)庫可以保證數(shù)據(jù)信息的安全存儲，管理人員可以分析數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息，通過分析可以了解水工建筑物的運(yùn)行情況，對于數(shù)據(jù)可以進(jìn)行自動(dòng)化處理，可以進(jìn)行安全評價(jià)，安全評價(jià)要從結(jié)構(gòu)安全、工程質(zhì)量、金屬結(jié)構(gòu)安全、抗震安全等方面進(jìn)行評價(jià)，采用科學(xué)的評價(jià)方法可以確保評價(jià)的嚴(yán)謹(jǐn)性和合理性，可以評價(jià)水工建筑物的安全狀態(tài)，可以預(yù)測可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)并制定緊急預(yù)案，可以確保水工建筑物的運(yùn)行安全。

9 自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

水工建筑物的自動(dòng)化監(jiān)測要采集信息，要對水工建筑物進(jìn)行滲流、變形、水力學(xué)、水文、氣象、震動(dòng)等情況進(jìn)行全面監(jiān)測。通過監(jiān)測要保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)變形，要監(jiān)測垂直和水平面的位移情況，對于混凝土水工建筑物可以設(shè)置多個(gè)測點(diǎn)，通過自動(dòng)化監(jiān)測可以掌握水工建筑物的運(yùn)行情況，可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)制定水工建筑物的維護(hù)方案，通過維護(hù)可以提升水工建筑物對于自然災(zāi)害的應(yīng)對能力，可以避免自然災(zāi)害造成的損失，同時(shí)可以對農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)行調(diào)水，有利于防洪抗旱，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。以下具體分析自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用：

9.1 滲流監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

水工建筑物的滲流包括壩基和壩體滲流，滲流監(jiān)測中要對滲透壓力、滲漏量、地下水位、繞壩滲流等情況進(jìn)行分析，安全監(jiān)測的重點(diǎn)是對滲流量和滲透壓力的監(jiān)測，對于洪澇多發(fā)的地區(qū)可以進(jìn)行全天監(jiān)測，可以將壓力監(jiān)測孔設(shè)置在基礎(chǔ)廊道，可以將測點(diǎn)設(shè)置在壩體的不同地段，通過區(qū)域監(jiān)測的計(jì)算可以形成總滲流量，將測點(diǎn)設(shè)置在壩底的集水區(qū)可以監(jiān)測土石壩，可以將地下水測點(diǎn)安裝在大壩兩側(cè)，加強(qiáng)對于水位變化的監(jiān)測，土石壩的滲流監(jiān)測，可以對壩底部滲水匯集處進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，滲流監(jiān)測可以使用溫度監(jiān)測儀進(jìn)行監(jiān)測。

滲流量監(jiān)測可以對大壩的安全性進(jìn)行綜合評價(jià)，可以采用測壓管法、測流速法、容積法、量水堰法等方法進(jìn)行測量，根據(jù)不同的流量，可以采用不同的測量方法。測壓管法主要是對浸潤線、地下水位、繞壩滲流、滲壓壓力等情況進(jìn)行監(jiān)測，可以根據(jù)適用范圍科學(xué)運(yùn)用測量方法，測壓管的使用要確保對于管口的保護(hù)，要防止地面徑流和降雨影響管內(nèi)水位，要防止泥沙沉積造成的不良影響，對于測壓管要檢驗(yàn)靈敏度并加強(qiáng)定期維護(hù)，可以保證測壓管發(fā)揮正常功能。

9.2 變形監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

對于水工建筑物的監(jiān)測要對結(jié)構(gòu)形態(tài)是否存在變形進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)構(gòu)形態(tài)良好可以保證運(yùn)行的安全性，由于長時(shí)間的使用，大壩可能會出現(xiàn)水平或垂直位移，對于是否發(fā)生位移可以進(jìn)行變形監(jiān)測，可以防止出現(xiàn)嚴(yán)重問題，對于混凝土壩可以劃分壩段，可以將監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在各個(gè)壩段，一般監(jiān)測點(diǎn)在三個(gè)以上，土石壩可以在壩頂和后部設(shè)置位移監(jiān)測點(diǎn)，大中型水庫壩中要加強(qiáng)變形監(jiān)測，差動(dòng)電阻儀可以監(jiān)測內(nèi)部的變形，變形監(jiān)測要對位移、撓度、傾斜、裂縫等情況進(jìn)行監(jiān)測，可以采用全站儀的方法進(jìn)行監(jiān)測。

9.3 水力學(xué)檢測技術(shù)的應(yīng)用

水工建筑物的安全監(jiān)測要進(jìn)行水力學(xué)監(jiān)測，水力學(xué)監(jiān)測涉及水面線、流態(tài)、流速、動(dòng)水壓力、泄流量等方面的檢測，在安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范中已經(jīng)將水力學(xué)監(jiān)測納入規(guī)范中，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)分析和模型實(shí)驗(yàn)確定測點(diǎn)布置，通過監(jiān)測可以了解水工建筑物的水力情況。

10 結(jié)語

綜上所述，加強(qiáng)對于水工建筑物的安全監(jiān)控，可以保證水工建筑物的正常運(yùn)行，采用自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)，可以提升監(jiān)測質(zhì)量，通過監(jiān)測和維護(hù)可以確保水工建筑物的安全性，從而延長水工建筑物的使用年限。本文主要分析水工建筑物故障的原因、自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢、自動(dòng)化監(jiān)測的原則、安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)、自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的裝置、科學(xué)設(shè)置測點(diǎn)、自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用、自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，通過本文的研究，旨在提升水工建筑物安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用水平。