人类的生命离不开水,长久以来,对水利基础设施的需求一直存在。为了控制河流和其它水域的水流,人们建起了各种类型的水坝。然后,直到十九世纪,水坝建设才真正发展成为一门科学。而促成这一改变的,是人类在水文学和固体力学研究上所取得的不断进展。今天,水坝根据建筑材料的不同主要分成三种类型,分别是:土坝、石坝和混凝土坝。在选择筑坝材料时,需要综合考虑地质、地形和气候等方面的因素。

据估算,全世界有超过50000座高15米以上的水坝。大小不一的水坝数不胜数,在中国就有大约87000个。大约有85%的水坝、水库和堤坝的年龄已经达到了30至50岁,不少都需要整修。此外,无论是在发达国家还是中国、巴西这样的发展中国家,每天都有更多的水坝正在建设中。

世界上85%的水坝的年龄已经达到了30至50岁,需要整修。

不幸的是,历史上水坝崩溃的事故时有发生,给人类和自然环境带来灾难性的后果。相比起来,中小规模水坝损毁的风险更大一些,因为它们多数位于边远地区,不易监控。最近,来自瑞典的海克斯康公司(Hexagon)研发了一套综合监控系统,可以监控水坝的运作和安全情况。

让水坝更安全

这套被称为海克斯康水文H2O解决方案(海克斯康水文整体解决方案,Hexagon Hydrology Overall Solution)是一套为水利基础设施服务的综合系统。它能够监控水坝和水库的运作和安全情况。在紧急情况下,这套系统能确保周边地区和居民的安全。

整套系统集成有传感装置,监控技术,全球导航卫星系统(GNSS)技术,扫描仪以及应急管理和预警措施等相关技术。实时开展的监控能够有效降低灾难和事故发生的几率。这套系统还能够提前发布警示信息,为可能的救援行动提供决策支持。

长江勘测规划设计研究院是海克斯康公司在水坝安全领域的战略合作伙伴。该研究院参与建设的中国长江三峡水库大坝是人类历史上最大的水坝工程之一。海克斯康的切入点,是作为三峡水库一部分的陆水大坝(三峡试验坝)。当时,年迈的陆水大坝缺乏风险防控的监控系统,正面临一系列的问题,应急准备工作也有待完善。

对于海克斯康公司下属的鹰图公司来说,陆水大坝是一个机会难得的试点项目。在这里,他们可以充分测试用于风险防控的传感器装置、软件以及其他设备,来应对由人为因素引发的灾害和危机,或是大坝自身问题所带来的风险。这一项目从2010年正式启动,最终建成了一整套由三大部分组成的水利基础设施管理系统,并且已经正式取代测试系统。海克斯康希望整个H2O解决方案的所有模块都能被安装在陆水大坝上。

在H2O解决方案的工作中,鹰图公司得到了海克斯康集团旗下其他公司的配合,包括徕卡测量系统公司(Leica Geosystems)和Z/I公司(Z/I Imaging)。这套系统不仅能保护大坝的安全,还能为坝区周边的居民、财产、生态、道路及其他基础设施提供保护。H2O解决方案由一系列模块组成,包括:

  • 水利基础设施的运作和维护
  • 风险分析与风险管理
  • 教育与培训
  • 安全检查
  • 事件记录与应急管理
  • 基于事件和事故经验的知识重构及传播

海克斯康水文H2O解决方案由12个不同的模块构成,能够全面把握水坝的状况。

这套管理系统的核心,是对不同信息来源产生的信息进行整合利用,包括测量工具、传感装置、卫星追踪系统(地理信息系统GIS)、视频摄像头、天气雷达以及其他技术设备。

H2O解决方案一共包含了12个不同的模块,下面我们就来看看其中的几个:

H2O解决方案智能仪表盘

水坝的管理人员可以通过网页浏览器上显示的仪表读数和地理空间图像,迅速对大坝的情况进行实时分析。当测得的数值超出了预先设定的正常范围时,系统会向管理人员发出警报,同时系统还能提供当前数据和历史数据的比对。系统提供的二维和三维地理空间图像能让管理人员很方便地找到出现状况的位置,可利用资源的位置,维修情况以及传感装置和摄像头的位置。点击摄像头图标后,管理人员可以通过预装的视频摄像头查看水坝内部和周边的图像,了解情况进展。

智能H2O移动设备

移动设备能为负责评估水坝工作和安全状态的巡视人员提供帮助,方便他们向上级提交报告。使用这一设备,可以将电子数据(传感器的读数)与巡视人员目测得到的大坝信息有机结合起来。智能H2O移动设备还有助于对大坝及类似设施的日常维护和紧急维护工作。所有即时的传感器读数和历史数据都被储存在某个地点,并且可以通过智能H2O移动设备访问获取。移动设备的使用者可以很快地读取某个或某几个传感器的读数,并且能查看过去某个时间点的历史读数,或是用图表的形式查看某段时间内的读数情况。

不容小视的监控需求

水利基础设施在给人类提供机遇的同时,也带来了不容忽视的风险。据估算,为了避免可能产生的巨额经济损失和严重的环境破坏,在未来25年全球水坝、河堤及其它相关设施的总体维护费用需求将达到大约4000亿美元。

H2O水坝管理体系不仅可以远程监控像中国三峡水库坝区陆水大坝这样的大型水坝,也能监控人迹罕至的边远地区的水坝。海克斯康公司表示,他们的这套系统具有独特的性能,该集团看好这一产品在全球的市场潜力。

本文于2013年12月发布