水电站大坝安全监测技术与管理策略研究

引言

大坝是现今水利水电工程的重要组成部分，除发挥了水库蓄水、调蓄以及发电的作用之外，其结构的稳定对于整个流域的安全稳定来说也是至关重要的。除此之外，水电站大坝由于长期处在高水压、高负荷及恶劣地质条件以及天气环境作用下，面临着渗流变形、应力集中和结构老化等诸多问题。另外伴随着工程服役时间的增长以及极端天气气候频发等，大坝安全风险逐渐凸显出来，对相关监测技术与风险控制有更高的要求。目前仅靠人工巡检和基本的监测仪器无法满足如今对实时性、高精度以及全方位的要求，急需以信息化、感知化、智能化的现代信息技术、传感技术和智能控制技术为基础的系统化、智能化安全监测系统。在制度层面上也应建立一套行之有效的管理体系，对大坝从使用到退役的全过程进行动态的监控。本文将针对水电站大坝的关键风险识别路径和重要监测点进行相关的论述，将现有的监测系统的技术构成和功能特点进行总结归纳，分析目前存在问题，并结合自身工作经历就今后监测系统的优化作出有益探索。

一、水电站大坝安全监测的基本框架

1.1 监测对象与指标体系

大坝监测的主要目的是获得大坝运行和结构响应，其对象是坝体变形、渗流渗压、应力应变、基础沉降、温度梯度等，这些都需通过布设物理传感器来实时进行采集，反映大坝整体或局部稳定的状态，指标要针对不同的坝型、地质环境及运行工况确定，因此要建立有针对性的监测布置方案，监测系统的完整性可以决定整个采集数据是否全面，在此基础上再开展相关的大坝健康评价和预警工作。

1.2 常用监测技术手段

目前大坝的安全监测主要是运用位移计、渗压计、测缝计、测斜仪等设备配合自动采集系统来实施长期监测，随着光纤光栅、北斗定位、无线传感网络的发展，最近几年来大坝安全监测的手段逐步趋向精准化和信息化。利用无线通信与网络平台进行远程传输，可以达到远距离跟踪坝体的作用，进一步降低了人为因素的干扰，提高系统的稳定性和实时性。

1.3 数据采集和初级处理

监测系统采集的原始数据需要经过预处理才能投入使用，在此过程中需要经历去噪、归一化、异常识别和数据校验等过程，这是为保证后续分析工作基础的真实可靠。基于系统预设阈值判断检测到的突变信号，并采用边缘计算实现初步诊断以达到前端预警信息快速传递。

二、监测系统运行中存在的关键问题

2.1 传感网络稳定性不高

同时，因为水电站大坝监测系统存在着大量的传感器节点长时间处在高湿、高压、强干扰等复杂环境下，所以需要能够满足其对密封、耐腐蚀以及供电等方面的要求，部分传感器节点封装老化、或者电池耗尽寿命或者布设位置有限导致断点较多或者部分数据参数漂移，影响系统的连续采集能力；一部分无线网络节点之间通信协议不同，信号衰减较为严重，容易导致出现数据丢包或者时延的问题，最终会引起监控点之间数据不能够及时处理和同步更新。

2.2 数据冗余和信息孤岛问题

现阶段多数大坝监测系统都是由不同厂家研制、集成的多个子系统组成的，各个子系统间的数据格式及接口协议不一，导致无法直接共用和整理。因无统一的数据规范及融合的平台架构，存在大量的重复性数据采集行为，很多重复采集的监测数据区分度不大，占用了较多的存储空间以及网络通信带宽；且一部分监测数据由于采集格式、采集命名或者采集时间不同步等原因，无法做到横向对比及纵向的趋势分析，其支撑大坝安全风险预警的能力较弱。

2.3 报警机制响应迟缓

现在的大多数大坝监测预警采用固定阈值进行静态判定，不能适应大坝复杂运行条件下的多变量联动变化；对于单个指标略微越线、或短时间内异常波动的现象，监测预警系统的响应不够合理、频繁出现误报或漏报，严重影响了管理者的判断决策；有的系统仅仅依靠人工的值班和判别，工作效率和准确率都不高；同时一旦遇到突发状况，报警链条较长，需要多级进行传递之后才能到达现场，容易造成延迟。

三、安全监测系统的优化与管理策略

3.1 加强感知终端的智能和稳定

监测终端在恶劣水工环境下的运行稳定性是重点。积极采用自供能型传感器，增加感知密度及长期部署能力，对监测终端的设备封装进行防水、防蚀、抗震设计；将感知模块集成本地计算单元后，能在终端上完成实时数据预处理、异常识别及故障告警，把压力分散给中心端；带远程自诊断功能的传感器可以提高系统的持续工作时间并使重要的监测点不被中断。

3.2 打造统一的数据汇聚和管理平台

对多源监测数据进行集成，必须首先建设统一标准的融合平台，将采集的各种传感器的数据进行接收，完成清洗、存贮、建模等工作；接入流式数据处理引擎，实现状态信息的动态分析及展示，提供给运维人员参考；各平台之间需要对外接口更加开放、标准化，对于以后要增加的一些监测模块开放对接口，可以继续往后添加监测模块进行相互配合，形成综合监控系统，并进行多模块数据关联分析。

3.3 改进监测预警和响应链条

预警系统的重心是在风险等级模型上，并且实时更新预警阈值。预警系统具有能够对异常信号快速识别的能力以及能在数据出现异样时能立即进行发出相应指令，压缩数据到指令之间的链条长度。并且要建立分级处方法案，也就是将预警分为不同级别，对不同的级别的预警做出不同的响应。从而达到提高效率的目的。优化通道信息、精简指令流程，在加快现场响应速度的同时提升系统联动性，达到高效的闭环管控流程。

3.4 推动智能管控系统和制度协同建设

从技术层面和制度体系建设两手抓出发，加强信息系统整体治理能力建设。对于管理过程要求细化到如监测数据上报周期、设备维护周期、故障处理时限等内容；监测平台和工程调度平台联网，通过监测数据变化来动态调度运行工况；管理流程嵌入技术平台，以制度+技术相结合的形式开展标准化作业及责任追究制度化；由制度和技术实现统一指挥，统一调度、信息互通共享的智能联动一体化运行格局。

结束语

水电站大坝安全是确保水利工程长周期稳定的中心环节，面对日益强化的监测需求和拓展的技术路径，传统监测体系已经无法满足现阶段的需求。将数据融合、实时感知、动态响应等新型化手段应用于生产实践中去，全面建立新的监测体系，为提升大坝安全治理能力提供了新的途径；与此同时，在管理上配套技术发展步伐，建立相匹配的制度框架和协调机制，从感知到决策全过程融合在一起，形成全新的大坝运维新模式。

参考文献

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