System zur Überwachung der Staudammsicherheit

Als kritische nationale Infrastruktur kann das strukturelle Versagen von Staudämmen zu katastrophalen Überschwemmungen führen. Moderne Überwachungssysteme dienen als integriertes „neuronales Netzwerk“, das in die Dammstruktur eingebettet ist und die traditionelle passive Verteidigung in ein proaktives Risikomanagement durch Echtzeit-Sensorik, Analyse und Warnung mit geschlossenem Regelkreis umwandelt. Dies ermöglicht eine frühzeitige Risikoerkennung (z. B. Rissausbreitung im 0,1-mm-Bereich, plötzliche Sickeranomalien) und ein rechtzeitiges Eingreifen, bevor strukturelle Instabilität auftritt, wodurch das Risiko eines Dammversagens minimiert und die Betriebssicherheit gewährleistet wird. Häufige extreme Wetterereignisse und eine alternde hydraulische Infrastruktur haben zu erhöhten Sicherheitsrisiken in Staudammbauwerken geführt. Die herkömmlichen manuellen Überwachungsmethoden sind durch schlechtes Timing, fragmentierte Informationen und verzögerte Warnungen eingeschränkt. Sie entsprechen nicht den modernen Managementanforderungen. Diese Lösung nutzt eine kollaborative Architektur, die Sensoren aus mehreren Quellen, intelligente Kommunikationsnetzwerke und cloudbasierte Analyseplattformen integriert, um ein Echtzeit-Überwachungssystem für den gesamten Prozess zu schaffen. Es verbessert die Fähigkeiten zur Notfallreaktion und zur Bewertung des Staudammzustands und kommt dem Ziel der „digitalen Wassereinsparung“ näher.

Subsysteme

1. Integrierte Niederschlags- und Wasserstandsstation

• Funktion: Überwacht den Wasserstand und Niederschlag des Reservoirs in Echtzeit. Löst abgestufte Warnungen aus, wenn Anomalien erkannt werden, und sendet Warnungen über ein selbstorganisierendes LoRa-MESH-Netzwerk an benachbarte Stationen.

2. Visual-Audio-Rundfunkstation

• Funktion: Stellt ein „integriertes visuelles und akustisches Überwachungsnetzwerk“ für den Remote-Videoabruf und die lokale Notfallübertragung über Bordlautsprecher bereit.

3. Sickerdruck- und Durchflussüberwachungsstation

• Funktion: Bewertet die Dammstabilität durch Analyse von Sickerdruck-, Durchfluss- und Verdrängungsdaten. Bietet Frühwarnungen vor Risiken wie Rohrleitungen und Erdrutschen.

4. Übertragungs- und Plattformschicht

   
   

Kernkomponenten von Systemen zur Überwachung der Staudammsicherheit

1. Überwachung der strukturellen Integrität

Verformungsverfolgung

• GPS-Positionierungs-Array: Wird entlang der Dammkrone und an den Hängen installiert und erreicht eine horizontale Genauigkeit von ±2 mm / vertikale Genauigkeit von ±5 mm (verbessert durch BeiDou-3).

• GNSS-Verschiebungsüberwachung: Verteilt entlang hochbeanspruchter Zonen, Erkennung von Rissöffnungen von 0,05 mm ( Alarmschwelle: 0,3 mm/s Ausdehnungsrate ).

2. Hydrologische Parameterüberwachung

Überwachung des Wasserstands im Reservoir

• Piezoresistiver Füllstandsensor/80-GHz-Radar-Füllstandsensor: Berührungslose Messung mit einer Reichweite von 0–40 m und einer Genauigkeit von ±1 mm ( Unterstützung angepasst ).

Sickerwassermessung

•  Wasserwehr: Wird in Entwässerungsstollen installiert und erkennt Durchflussschwankungen von 0,01 l/s.

Auftriebsdruckerkennung

• Piezometer-Psmometer-Array: Eingebettet hinter Trennwänden zur Überwachung des Porendrucks (0–2 MPa-Bereich, 0,1 % FS-Genauigkeit). ( Konstruktionskritisch: Wird während des Verfugens installiert, um die Verhinderungsleistung zu überprüfen .)

3. Frühwarnung vor Umweltrisiken

Niederschlagsüberwachung

• Regenmesser mit Kippschaufel: 0,2 mm Auflösung, löst Hochwasserschutzprotokolle bei einer Intensität von >50 mm/h aus.

Netzwerk meteorologischer Stationen

• Misst Windgeschwindigkeit/-richtung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit und integriert hydrologische Modelle, um die Auswirkungen der Reservoirverdunstung vorherzusagen.

Systemfunktionen und Vorteile

1. Synergie der Multi-Source-Sensorik

• Integriert mehrdimensionale Daten (Wasserstand, Niederschlag, Sickerdruck, Verdrängung, Video) zur Kreuzvalidierung und umfassenden Analyse und verbessert so die Warngenauigkeit.

• Ruft automatisch Video-Feeds aus den entsprechenden Zonen ab, wenn Versickerungsanomalien erkannt werden, und erleichtert so die manuelle Überprüfung.

2. Hochzuverlässige Kommunikation und Edge Computing

• Intelligente Terminals unterstützen die Datenwiederaufnahme und die lokale Speicherung und stellen sicher, dass zwischengespeicherte Daten nach der Wiederherstellung der Kommunikation erneut übertragen werden.

• Edge-seitig eingebettete Algorithmen (Kalman-Filterung, Erkennung abrupter Änderungen) eliminieren Sensorrauschen in Echtzeit und reduzieren so Fehlalarme.

3. Intelligente abgestufte Alarmierung

• Dreistufige Schwellenwerte (Hinweis, Warnung, Kritisch) lösen synchronisierte lokale Alarme (audiovisuell), Plattform-Popups und SMS-Benachrichtigungen aus.

• Anpassbare Alarmlogik zur Anpassung an die Risikomanagementanforderungen verschiedener Reservoirs.

4. Umweltanpassungsfähigkeit und stromsparendes Design

• IP68-zertifizierte Gehäuse und Betriebstemperaturen von -40 °C bis 85 °C gewährleisten die Funktionalität unter rauen Bedingungen (Feuchtigkeit, Staub, extreme Hitze).

• Solar- und Lithiumbatterien ermöglichen einen 30-tägigen Dauerbetrieb bei Regen und minimieren so die Wartungshäufigkeit.