河海大学大坝安全监测课程论文

课程名称：大坝安全监控理论与应用任课教师：年级专业：2013级水利工程学院：水利水电学院姓名：学号：二零一四年五月大坝安全监测自动化摘要：随着电子设备和计算机技术的发展，大坝安全监测逐渐走向自动化过程。本文总结大坝监测自动化的发展历史，评述了大坝监测自动化的现状，并预测了大坝安全监测自动化的发展方向。关键词:大坝监测自动化0引言大坝的安全运行，不仅直接影响水电站的经济效益，而且关系到库区下游的生命、经济、社会财产安全。对于大坝安全的监测，从大坝发展之初，就受到坝工建设者的深切关注。在坝工技术发展过程中，大坝安全监测技术也随之发展进步。中华人民共和国成立之前，我国坝工事业发展缓慢，大把检测技术落后。解放后，从新安江水电站，到小浪底、三峡等一大批水电工程建设、运营过程中，坝工事业取得长足发展，大坝安全监测技术也取得了巨大的进步。1国内外大坝监测历史水利工程的开始远早于计算机和电子技术的开端。早期的大坝监测只能依靠人工进行，主要采用二次仪表，对一支或几支传感器进行测量，人工记录，整理编档，以供分析。人工方法进行大坝安全监测费时费力，精度较低。1914年德国的瓦尔捷克尔坝,1919年瑞士的曼特萨尔文斯坝等都进行了坝体内部以及周围介质的温度观测。国外从60年代末开始大坝监测自动化工作。法国电力公司开发的大坝监测数据处理系统,对监测数据采用简单的统计模型进行分析;意大利开发的MIDAS系统以使用混合模型及确定性模型进行在线监控而著称。这2类系统均以大坝安全监测领域内的三大模型为基础,对运行正常的大坝可用于预测,而当测值出现异常时将导致模型精度严重降低。Radkervioh等人吸取其他领域专家系统开发的经验,结合大坝安全监控的特点,设计了一套大坝安全监控专家系统,将其初步应用于土石坝的诊断。。国内大坝安全监测自动化工作开始于20世纪70年代。由于经济、技术、政治等原因，起步之初，发展十分缓慢。80年代中期，我国对大坝安全监测工作开始重视，大部分大坝都埋设了渗流、变形等监测设施,但仍多以人工监测为主。理论研究方面，80年代中期，吴中如等从徐变理论出发，模拟温度等周期荷载，把坝体顶部时效位移的表达式用周期函数表示，并用非线性最小二乘法进行参数估计。邓聚龙于80年代首次在国际上提出灰色系统理论，李珍照等于1991年将灰色理论引用到大坝安全监控的资料分析领域。90年代以后，尤其是21世纪到来以后，伴随着监控理论的成熟和高精度设备制造能力的产生和大坝安全监测理论的成熟，大坝安全监测自动化才真正大规模应用起来。2大坝安全监测内容及自动化监测方法2.1监测内容从监控阶段来讲，大坝安全监测主要包括三控一管。三控，即:大坝安全监测的设计控制、大坝安全监测的施工控制、大坝安全监测的验收控制;一管,即:大坝安全监测的运行管理。从监控项目上讲，主要包括变形、渗流、应力、地震监测和环境量。通常变形监测包括表面变形、内部变形、裂缝。渗流监测主要有渗流量、坝基渗压、坝体渗压和绕坝渗流。压力有坝体特殊部位压力监测、坝基坝趾、坝踵处应力等。地震监测一般用强震仪监测。环境量主要有温度、水流速度、水质等监测项目。2.2自动化监测技术21世纪以前，我国自动化监测技术主要采用以单片机为前置机核心的监测方法。21世纪以来，网络技术迅速发展，电子技术的成熟使得PC机以可靠性更高，操作性、扩展性更强，价格更低的优势逐渐取代单片机成为前置机核心。现今，PC机已成为事实上的监测网核心。数据和信息通过网络在传感器与PC之间、PC与分析决策层之间传输。对于大坝变形的监测自动化通常采用激光准直的方法。其基本过程如下。在陆地上固定点设置光源室，因为通常测量范围较长，故光源一般选用方向性好、单色性强的氦氖激光器。坝体上设置光学系统。因大坝上环境一般比较恶劣，极易损坏光学元件，并且大坝变形精度要求高，考虑坝体上。安置真空管道.这样既可以使激光束免受大气影响,又可保持光学元件少受损害,从而使光路受环境因素的影响减少。光电探测器用CCD摄像机,输出的光信号送入微机,通过软件进行计算处理。对渗流量的监测可以采用基于InGaAs光谱成像技术的光纤光栅传感器、基于Zigbee技术的无线大坝渗流监测系统等方法。下面对后一种方法做简要介绍。系统通过由无线传感器采集终端采集数据，通过无线路由中继，传送至中心控制室。中心控制室由工业计算机、UPS不间断电源、打印机、避雷系统以及通讯设备和应用分析软件等组成。它是渗流监测系统的终端，具有数据采集监测、显示、存储、分析、设备自检、电源管理、通讯控制以及系统防雷等功能。对于环境量的监测，目前技术都比较成熟。水位、温度等项目自动化监测技术在目前水文站等场所已经规模化使用。常用信息采集设备有水位计、气压计、温度计等。在大坝安全自动化监测过程中需要对已经成熟的技术进行整合，并进行信息采集设备与分析处理设备之间的适配工作。3大坝安全监测自动化发展趋势3.1监测理论更新，监测项目变化。大坝安全监测是一门古老而又年轻的学科范畴。随着人类认识能力的发展，大坝监测理论在不断发展和进步之中。新的大坝监测实践和监测理论的提出，必将带来更具体的探测目标，更全面的监测项目和更完善的监测流程。大坝监测内容将更加细致化、专业化。监测活动并将向着更大的广度和深度拓展。同时，监测过程也会向着大坝整个生命周期延伸。未来伴随着现代技术的日新月异，新的监测方法和技术也将层出不穷。3.2高度集成的自动化信息采集。电子技术和传感器技术的发展，使人类进行大坝监测自动化活动能力进一步增强。未来技术普及带来电子设备集成化、智能化增高，成本下降，在大坝监测中应用能力增强。大坝监测技术也将越来越专业化，在专业化过程中，必然带来信息采集工具的集成化、复合化。3.3大规模数模运算。超级计算机的发展和云计算的普及，使得大规模数据运算成为可能。对采集得到数据的处理方面，将更多运用涉及大规模运算的数学模型。监测结果分析的精度将得到提高。同时，预测、分析结果与监测得到实测结果不断对比分析，修正模型，从而得到更加完善的模型。模型精度得以提高，监测分析预测结果更加精确、可靠。3.4科学预警、决策系统在科学分析、计算基础上判断大坝安全状态，确定大坝风险概率，评估可能产生的损失。在此基础上，自动进行预警，在工作人员授权情况下完成相关调度，采取包括自动开启闸门泄洪等措施降低风险，并重新实时评估。在安全监测过程中，设置科学、合理的调度机制需要大量的经验、较长的时间和伟大的智慧。智能化的预警和决策、调度平台不是一蹴而就的，还将需要大量的努力和研究。参考资料[1]何心望,马福恒.大坝安全预警系统架构初探[J].水电自动化与大坝监测,2006,(5).[2]黄传建,黄天戌,任清珍,黎江.基ISA总线的卡尔逊传感器监测模板设计[J].电子技术应用,1999,(1).[3]黄红女,周琼,华锡生.大坝安全监控理论与技术研究现状综述[J].大坝与安全,2005,(2).[4]全书海,毕常青,柴苍修,周南心.水电站大坝变形自动化监测系统的研制[J].计算机应用研究,1998,(6).[5]方卫华.国内大坝监测自动化的现状与发展[J].水利水文自动化,2000,(3).[6]大坝安全监测系统及新技术应用[A].杨启贵,刘宁,孙役,熊泽斌.中国水利水电出版社[C].中国水利水电出版社,20101]韩哲.中小型水库土坝安全监测系统及预测分析[D].湖南大学,2011.[7]朱煜,朱日宏,聂守平,钟猛.激光准直自动化监测大坝变形方法的研究[J].光子学报,1998,(2).[8]陶珺,穆磊,杜平.基于InGaAs光谱成像技术的光纤光栅传感器在大坝渗流监测系统的应用[J].光子学报,2010,(1).[9]郭强,马涛,赵越,高峰.基于Zigbee技术的无线大坝渗流监测系统的设计与实现[J].水利科技与经济,2011,(4).