引言

随着我国水电行业的快速发展，传统的水电工程运维模式已经不能满足当前日益增长的生产运行管理需求。基于此，本文结合智慧监测技术在水电工程中的应用，将智慧监测技术应用于水电站设备状态监测与故障预测、水质与环境参数实时监测、运行效率优化与能耗管理、安全风险预警与应急响应等方面，提高水电工程运维管理效率，提升运行管理水平。

一、智慧监测技术概述

智慧监测技术是以物联网、大数据、云计算等信息技术为基础，结合现有的监测系统，将监测对象作为感知层、网络层、平台层和应用层4个层次。感知层利用传感器等采集设备将监测对象的信息进行收集，通过网络传输至网络层；网络层主要负责信息的传输；平台层负责信息的处理与应用，主要包括数据存储与分析、故障诊断、预测等功能，同时还可以对监测数据进行展示；应用层主要用于实际监测过程中的业务管理及分析。通过对上述4个层次的有机融合，构建一个具有感知能力、传输能力、计算能力和分析能力的智慧化监测系统。

二、水电工程运维现状分析

随着我国水电行业的快速发展，水电站数量越来越多，规模越来越大，目前已有近700座水电站运行。在运行的水电站中，每年产生的水能资源有很大一部分用于发电，但同时也产生了大量的工程管理和运行维护的相关信息，包括大坝安全监测、设备状态监测、水质与环境参数实时监测、运行效率优化与能耗管理、安全风险预警与应急响应等方面的信息。

三、智慧监测技术在水电工程运维中的应用

1.设备状态监测与故障预测

传统的水电工程设备监测技术主要是通过人工巡检和定期检修的方式，采用定期检修方式的监测数据具有一定的滞后性，难以满足水电工程运行的及时性要求。对水电工程运行数据进行智慧化运维，通过传感器设备实时获取数据，能够保证监测数据的实时性和准确性，提升监测效率。采用状态监测技术，能够对水电工程设备进行实时监测，将设备运行过程中产生的各类数据进行收集、整理和分析，通过对状态信息进行统计和分析，对设备运行状态进行评估。

2.水质与环境参数实时监测

传统水电工程运维中，往往以人工巡检为主，工作量大、效率低，难以及时发现重大质量问题。智慧监测技术能够实时在线监测设备运行状态、采集数据并传输至云平台，当出现异常时，运维人员能够及时做出反应，并通知设备维保单位进行设备维护。以水电站为例，其运行水头和流量较大，水质和环境参数的监测非常重要。传统方式是通过人工巡检方式进行监测，工作人员需在现场完成对水质和环境参数的测试，然后通过电话或者短信的方式将数据发送至运维管理人员处。

3.运行效率优化与能耗管理

通过水电工程监测系统对大坝的运行效率进行分析，及时发现并消除影响大坝安全运行的隐患。监测系统可对大坝运行中的大坝渗漏、坝体位移、坝基变形等进行监测，及时发现问题，并根据问题类型实时报警。智慧监测技术在水电工程中的应用，可根据实际需要实现对坝体变形、渗漏、坝基变形等状况进行实时监控，从而发现大坝运行过程中存在的问题，并及时进行调整，保证大坝运行安全。此外，在水电工程建设中，还需对机组的效率进行监测。

4.安全风险预警与应急响应

智慧监测系统可通过对智能传感器的信息采集、分析，实现对结构安全风险的识别和预警，有效地保障水电工程运行安全。例如，利用自动化监测系统，实现对大坝、地下厂房、混凝土坝等结构物的实时状态监测与预警。采用基于深度学习技术的人工智能算法，构建基于建筑物历史运行数据、历史灾害数据和建筑物当前运行状态数据的智能模型，实现建筑物安全风险预测及预警。同时，结合水文气象、地质环境等多源异构数据，实现对工程灾害风险的综合评估与预警。此外，可构建应急预案与响应系统，并将其嵌入监测系统，实现预警信息快速发送和应急预案快速制定等功能

5.案例分析：典型水电站智慧监测应用实例

以三峡水电站、小湾水电站为代表，介绍了智慧监测技术在水电站安全运维中的应用案例。以三峡水电站为例，依托智能化远程运维平台，融合大坝变形、渗流、安全监测等多源信息，实现对大坝安全的监测和预警；通过全过程动态监控大坝变形，实现对大坝安全状态的预测预报。小湾水电站位于金沙江下游，工程规模巨大，主要建筑物有混凝土双曲拱坝、挡水坝、泄洪洞等，属于高风险水电工程。针对小湾水电站的特点和需求，通过在坝体布置监测点，实时采集坝体变形数据，通过先进的智慧监测技术手段开展大坝变形安全监测预警与应急响应，实现了小湾水电站安全稳定运行。

四、智慧监测技术应用中存在的问题与挑战

1.数据安全与隐私保护

随着物联网技术的发展，大量传感器设备部署在大坝、水库、公路、铁路等各种大型基础设施中，这些传感器设备产生的数据是工程安全监测的重要数据源。然而，大型基础设施的分布范围广、数量多、结构复杂，如果在其部署过程中，不能有效保护数据安全，就可能导致数据泄露。因此，智慧监测在数据安全与隐私保护方面面临巨大挑战。需要在物联网环境中使用安全可靠的物联网设备和解决方案，同时也需要制定数据安全和隐私保护策略。此外，还需建立一套统一的数据管理和应用标准体系，以便在不同系统中进行无缝集成和集成。

2.技术集成与系统兼容性

随着智慧监测技术的不断发展，部分技术开始逐渐进入应用阶段，例如在大坝监测中应用的水工金属结构监测、坝基监测、环境监测等，以及在大坝安全监控中应用的在线视频监控、水库大坝安全监测系统、水工视频监控系统等。这些系统在使用中，由于厂商、业务类型等方面的不同，其数据接口、协议可能存在差异，同时智慧监测系统与各平台之间也可能存在不兼容性，因此需要结合项目的实际情况和具体需求进行定制开发。目前智慧监测技术还处于不断发展完善阶段，需要加强对智慧监测技术与平台之间的兼容性研究，促进技术集成，保证智慧监测数据的有效传输。

3.投资成本与经济效益分析

智慧监测技术在水电工程中的应用，可提高运维工作的效率，实现信息资源共享，提高工程管理水平和信息服务能力。但智慧监测技术在水电工程中的应用，还存在较大的不确定性和风险性。首先，智慧监测技术在水电工程中的应用，会受到国家宏观政策、经济形势和业主需求等因素影响。其次，智慧监测技术在水电工程中的应用是长期投资决策过程。对于业主而言，建设智慧监测技术系统所需投入成本较大。再次，由于智慧监测技术在水电工程中应用时产生的经济效益和社会效益难以预测，因此在投资决策时应从国家、业主以及工程实际需求等方面进行综合考虑。

4.人员培训与管理机制

人员的培训与管理机制是智慧监测系统建设过程中需要重点解决的问题，涉及到人员的学习培训、知识储备、实践经验、设备维护等多方面，特别是对不同的人员需要有不同的培训内容与方式，以满足不同类型人员对知识与技术的需求。因此，开展针对性、实用性的培训至关重要。此外，智慧监测系统的管理机制也是智慧监测系统建设过程中需要重点解决的问题。首先，在智慧监测系统建设过程中应根据工程实际需求建立合理完善的管理制度，并保障其有效运行；其次，建立健全的管理机制有利于促进系统维护和改进工作，提高智慧监测系统运行效率。

结语

智慧监测技术作为一种新型的监测手段，在水电工程运维中发挥着越来越重要的作用。目前，智慧监测技术在水电工程运维管理中的应用还处于起步阶段，智慧化水平还有待提高。需要在深入了解水电工程运维现状和需求的基础上，结合当前科技发展水平，逐步推进智慧监测技术在水电工程运维管理中的应用。同时，智慧监测技术的应用要遵循先易后难、先简单后复杂的原则，逐步推进。

参考文献