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剖析水电站大坝安全监测自动化技术

文档作者：周自力文档来源：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司		点击数：	更新时间： 2024年11月23日
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剖析水电站大坝安全监测自动化技术
周自力
中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川省610031
摘要:我国电力系统中，注册大坝的数量逐渐增大，电力系统
中，水电站大坝在促进电力传输等方面都有着重要作用。目前，我
国水电站大坝安全监测自动化还未实现全面监测、全自动监测、精
细化监测，其监测的结果还比较粗放，监测数据的利用范围还比较
狭窄。本次研究探讨了水电站大坝安全监测自动化的现状和展望
问题，提出的发展趋势可作为水电站大坝安全监测自动化建设的
目标。
关键词:水电站;大坝;安全监测;自动化
前言
大坝安全监测是人们了解大坝运行状态和安全状况的有效手
段和方法。目的主要是了解大坝安全状况及其发展态势，是一个
包括由获取各种环境、水文、结构、安全信息到经过识别、计算、判
断等步骤，最终给出一个大坝安全程度的全过程。此过程包括：通
过各种信息的获取、整理和分析，给出大坝安全评价，控制大坝安
全运行；校核计算参数的准确性和计算方法的实用性；反馈施工方
法的正确性，改进施工方法和施工控制指标；为科学研究提供现场
资料，检验各种理论、校正各种模型和参数，协助找出实测规律和
辅助成因分析等。
一、水电站大坝概述
我国地缘辽阔，河流数量众多，且河流自身的径流量较为丰
富，水能资源较为丰富。水电属于一种可再生的清洁性能源，在促
进我国经济发展和社会安定上能够发挥重要作用。我国水电站发
展历史悠久，装机容量上得到了明显的提升，其在提供能源方面发
挥的作用越来越重要。我国的水利水电建设成绩为促进国民经济
和社会的发展提供了重要帮助。我国在筑坝的技术上研究经验十
分丰富，目前处在世界领先位置。其中，地质勘探技术以及计算机
技术等都在水电站大坝领域的技术应用等方面占据重要地位。
二、水电站大坝安全监测自动化的意义
做好水电站大坝安全监测有非常重要的意义。它决定水电站
大坝建设是否具有经济效益，如果水电站大坝建设出现安全问题，
其经济效益就会降低；它决定水电站大坝建设是否具备社会效应，
水电站大坝如果出现安全问题，波及的范围将非常广泛，其安全事
故会带来人民生命财产安全的问题；它决定水电站大坝建设是否
具备环保效率，建设水电站大坝的前提是不能破坏当地的环境，需
让水电站建设具备环保效应。目前我国应用自动化的方式进行水
电站大坝安全监测作业，它的自动化发展的现状决定水电站大坝
安全监测的质量。为此，本次研究探讨了水电站大坝安全监测自
动化的现状和展望问题，提出的发展趋势可作为水电站大坝安全
监测自动化建设的目标。
三、水电站大坝安全监测自动化的现状
1.大坝监测内容的现状
目前我国除了巨型水电工程能实现全程安全监测以外，其它
的工作只能在部分环节开展自动化安全监测。当前我国水电站大
坝安全监测的重点如下：
变形监测。变形主要分为水平变形和垂直变形两种。以观测
大坝的某一段为例，通常监测单位会在坝顶与坝后坡设转传感器，
监测垂直变形；在内部设置传感器，监测水平变形和沉降变形。
渗流监测。渗流监测的重点为监测渗透压力和渗流量这两个
参数。以监测一段大坝的渗流参数为例，监测单位通常每隔一个
坝段便设置一个传感器，传感器能采集排水沟积水数据，中央控制
系统可根据这类数据分析大坝渗流的情况。
应力监测。目前我国只有巨型的水电站才监测应力参数，中
小型水电站已不再通过监测这类参数了解水电站大坝安全的
情况。
2.大坝监测设备的现状
我国的水电站大坝应用自动化的设备进行安全监测，其中最
主要的几项设备如下：
传感器。目前我国已经在水电站大坝安全监测中应用了智能
传感器，这种传感器把数据收集和信息技术处理相接合，采集的数
据可成为中央集成系统数据分析的依据。现在传感器可采集的数
据范围为水平位移、垂直位移、扬压力和地下水位、渗流量、应力和
应变等数据。
量测控制设备。它又被称为MCU，负责水电站大坝安全监测
设备的工作流程，比如它可控制传感器、通信设备、存储设备、电源
设备、辅助设备工作等设备的作业，使每个监测环节紧密联系，形
成程序化的作业。MUC内设数据存储芯片、自带电源及蓄电设备、
自设防雷装置。它兼容多种通信协议，能用无线和有线的方法传
输数据；自设人工比测模块接口，可外接读数设备。
其它外接设备。其它外接设备包括打印、绘图设备、UPS设备
等，它们能拓展水电站大坝安全监测系统的功能、优化监测系统的
运行。
3.大坝监测系统的现状
硬件设备。水电站的中央处理器应用最先进的计算机主机，
服务器的运行速度快，它能实现中央集成控制、分析海量数据、完
成数据管理的功能。
软件系统。中央处理器的运作目前使用WINDOWS 系列软
件，该软件为一种系统平台标准。水电站大坝安全监测控制软件
使用MCU 自带的软件，数据管理系统应用OFFICE 套装系列软件
中的EXCEL软件，它与WINDOWS 系统同为微软公司开发的软件，
两种软件能相互兼容，这种数据库软件也是目前被应用得最广泛
的软件。通讯系统。水电站的安全监测系统对数据传输的稳定性
要求较高，为了提高通讯质量，目前大坝应用光纤设备作通讯设
备，通讯方式以有线数据传输为主，无线数据传输为辅，通讯协议
应用IP/TCP 协议，网络构成方式为稳定性较强的局域网络。
四、水电站大坝安全监测自动化的展望
1.监测范围的展望
目前，我国水电站大坝安全监测范围的问题为局限性的问题，
即水电站大坝安全监测需要哪些数据，就监测哪些数据；出于成本
的考量，可以放弃一些不重要的数据监测，仅监测重要的数据。这
种安全监测方法会漏掉一些监测的细节，可能会埋下安全监测的
隐患。未来，人们提出水电站大坝的建设要与监测紧密结合，这是
指大坝在建设的时候，就要考虑到全程监测的问题，把安全监测纳
入水电站大坝建设的体系。如果能实现这一构想，未来的水电站
大坝就能采用以下的方法开展安全监测：全程化的安全监测，即突
破目前局部监测的现状，实现全程监测；重点化的安全监测，即对
部分重点位置采取精细化的监测措施；动态化的监测，即应用数据
监测优化大坝建设，让安全监测数据为大坝建设提供科学依据。
2.监测设备的展望
监测系统的硬件设施未来会向以下几个方面发展：标准化的
方式发展，监测设备需要大量的电气自动化产品，虽然在微软公司
的提议下，目前电气自动化产品的接口已经标准化，但是电气设备
的型号、性能、参数等指标还未实现全部统一化，未来，监测系统的
硬件设施会向统一化的方向发展。数字化的方向发展，水电站大
坝安全监测系统如果要全面实现集成化的监控，就必须应用数字
化的设备。智能化的方向发展，未来监测设备能实现智能判断、智
能控制，减少人力资源的干预。
3.监测系统的展望
目前人们提出了集成化、智能化、精细化监测系统的构想。以
集成化来说，未来水电站大坝的中央处理系统能够集成所有设备
的运作，实现监测作业的横向联系；集成数据采集、分析、存储的全
面监测管理，实现数据通讯的纵向监测。未来，水电站大坝安全监
测系统的作业几乎不再需要人力资源的干预。
五、结束语
综上所述，我国大坝监测自动化发展虽然成绩可见。但仍存
在不少问题，系数的可靠性、稳定性、有效性、针对性有待进一步加
强，监测人员的业务水平有待进一步提高。随着全社会科技进步
的加快，预计将涌现出大量自动化监测新技术和新产品，水电站大
坝监测自动化将在实用化的基础上向智能化发展。
参考文献：
[1]吴世勇，陈建康，邓建辉.水电工程安全监测与管理[M].北京：
水利水电出版社，2009：224.
[2]毛良明，沈省三，肖美蓉.物联网时代来临大坝安全监测技术
的未来思考[J].大坝与安全，2011（1）.
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