大壩安全監測的現狀與發展趨勢

朱 俊

(安徽省龍河口水庫管理處，安徽 六安 231300)

大壩是我國水利事業及水運交通的重要組成部分，是調節水資源時間、空間配置的重要手段，當然，也是江河防洪工程中的重要一環，從各國修筑的大壩來看，功能越來越全，發揮的作用也越來越大，除了傳統的蓄水、調節水位以實現水利灌溉之外，更多的諸如水利發電、水路航行、防洪等功能也被愈來愈加的受到重視。然而，大壩是人類征服自然的一種行為方式，在滿足人們各種需求的同時，也存在在諸多的安全隱患，一旦大壩出現崩塌、潰退的情況，也會對人們生產、生活乃至財產安全帶來重大的危害。

1 大壩安全的影響因素

為了更好的確保大壩的安全，了解和完善大壩安全監測體系，首先我們必須清楚影響大壩安全的主要因素有哪些。從國際大壩會議公布的相關數據來看，影響大壩安全的主要因素體現在3個方面，如表1所示。

表1 大壩事故原因及概率

1)大壩設計、論證時不夠嚴謹，對大壩可能影響的地質原因分析不夠透徹，導致大壩本身就存在缺陷和隱患，比如對河道流域的降水量估計不充分，大壩的高度和蓄水量遠遠不能負荷流域內降水，最終導致大壩漫頂而出現安全事故，從數據上看，57%的事故是由此導致的。

2)大壩本身運營時的折損，大壩由鋼筋混凝土建造而成，鋼筋的老化和生銹，加上水流對大壩的侵蝕、沖刷，金屬材料腐蝕，這些由日積月累的量變，最終會對大壩產生破壞性的安全影響，這類事故占比也高達31%.

3)大壩本身管理的不嚴謹，缺乏科學的大壩管理辦法，如在施工中偷工減料，使用劣質材料，日常管理中對大壩的安全隱患不聞不問，對存在的問題不做任何的修正和完善，聽之任之，最終導致大壩安全事故的發生，這類事故產生的比重甚至超過大壩本身的損耗風險，高達12%。

2 大壩安全監測的必要性

大壩的安全事關重大，對大壩安全建立相應的監測體系：從各種水文環境、地質條件、大壩結構、安全信息等各方面數據進行搜集，并加以分析，通過不斷反復的數據累積和分析，得出大壩運行的安全系數，對大壩進行安全等級管理。建立大壩安全監測體系主要是基于以下3個方面：

1)能夠更為清晰、準確并及時的了解大壩運行情況，對其安全進行實時監控，確保大壩的日常運行安全。大壩的安全監控主要包含2個方面：①監測；②安全評級。從這可以看出，通過對大壩進行諸如水位、壩體、設備運行等方面進行監控，能夠對大壩的運行安全情況有清晰的了解，同時也提供了大壩的安全評級數據，通過對這些數據進行分析，也就能夠較為準確的評估大壩的運行安全狀況。

2)有助于我們進行數據模擬，對大壩的運行規律進行探索和研究。在進行大壩安全監控時，我們可以對收集到的數據進行工程建模，對大壩的運行狀況進行模擬，在模擬的過程中通過改變各種條件，提升大壩運行的效率和期限，最終實現大壩建設的綜合效益，也能夠為大壩的建設和維護探尋到寶貴的經驗和規律[1]。

3)能夠提高大壩的建設技術和管理水平。通過對大壩安全監測，能夠獲得很多的大壩建設、運行數據，這些數據對大壩建設具有極大的價值，通過對數據進行分析研究和論證，給大壩的設計、施工提供指導，使其更有效率的進行日常運行管理。

3 大壩安全監測的現狀

大壩安全的重要性從20世紀20年代開始逐漸被人們所重視，相應的理論、學科、技術逐步成型，相關的專家和工程技術人員在大壩設計、建設、運行的各個環節對大壩安全監測進行研究、論證和實踐，但受限于技術的發展，取得的效果極為有效。20世紀70年代，隨著電子、計算機和通訊技術的發展和完善，大壩安全監測取得了極大的突破和成果，形成了較為科學的大壩安全監測體系，隨著技術的不斷進步和更新，到20世紀90年代初，自動監控技術有了實質性的發展，并在實踐中得到了使用，使得大壩安全監測進入了自動化監測的階段，到本世紀，技術不斷完善、更新和成熟[2]。

我國的大壩安全監測起步較晚，開始于新中國成立后的20世紀50年代，跟隨著時代的腳步，到20世紀80年代，也逐步的實現了大壩的自動化遙測監控，到20世紀90年代，重點的大壩工程都完成了自動化監測系統的安裝和改造，大大完善并提高了大壩安全監測體系。

從當前的現狀來看，大壩安全監測體系在技術上已經能夠做到緊跟技術發展，隨著技術的更新而更新監測技術和設備；在管理上也有了一定的進步，能夠從大壩整體的角度監控大壩運行的安全；從一定程度上講，當前的大壩安全監控已經達到了較高的水平，大壩的安全運行已經有基本的保障。但是，在大壩的設計時，我們還是無法改變客觀地質水文條件對大壩安全的威脅，在安全預警和日常管理中，還是存在著一定的問題，對壩體的細節監控還略有忽視。

4 大壩安全監測的發展趨勢

從大壩安全監測的現狀來看，監測的范圍、內容和采用的技術方式是大壩安全監測的主要構成，同時，對大壩運行規律和管理也是重要方面，因此數據分析和大壩安全思維就顯得極為重要，因此，當前大壩安全監測的發展趨勢也是圍繞這3個方面來進行[3]。

1)從監測的范圍和內容上來看，國家和行業的相關規定主要還是集中于大壩壩體及周邊相關建筑和設備的監測。但從大壩安全的影響因素來看，遠遠不止這些，從勘探、設計、施工、運行等各個階段都會影響到大壩的安全，隨著人們對大壩安全研究的深入，對大壩安全監測的范圍和內容已經有所擴大：在勘探設計時，會對大壩的地質、水文、環境等相關因素進行認證的論證，對影響到大壩安全或對大壩安全具有重大影響的情形進行重點關注，必要時，也需要進行一定時期的監測，獲得相關數據，對大壩的相關物理條件因素進行再次確認，最終確定大壩設計方案；在建設施工階段，需要對施工的用材、質量進行重點監控，并對施工中遇到的問題進行仔細、科學論證，對影響到大壩安全的，進行設計研討甚至修改，以確保大壩高質量建設完成；在日常的運行階段，除了對壩體和相關建筑設備的監控，對大壩的水文、電路等監控也應該納入大壩安全監測范圍之內。

2)監控技術是大壩安全監測的主要方式，也是大壩安全監測發展趨勢研究的主要內容。大壩安全監測從最早的人工方式，到傳感設備的進入，在發展到目前的自動化監測，這些都是基于技術的進步而逐步發展并完善的，如表2所示。從當前的技術發展和運用情況來看，大壩安全監測的技術發展趨勢會有如下3種：

a)光纖傳感技術。光導纖維技術是一項新興的技術，它能將光和圖像曲折傳遞到任何地方和角落，我國在此理論應用上取得較大成果，特別是在大壩安全監測上，也有自己的專利。通過這一技術，能夠準確的監測出壩體的溫度、裂縫、應力變，水平和垂直方向的位移情況，能夠對壩體各個部位的形變進行有效監控，尤其在高雷區、高磁場區域的大壩運用此技術監控大壩安全，具有很強的適用性。

表2 大壩檢測技術發展一覽表

b)CT(計算機層析成相)技術。CT技術在醫學領域運用較廣，它是在不破壞物體物理結構的前提下，通過周邊某種物理量形成其ID物影成像，并通過計算機和相關數學算法，形成2D乃至3D影像，這對大壩的選址、勘探階段會有較強的實際作用，能夠對壩體的地質條件，包括斷裂情況，其分布和情況如何，都能夠獲得實際的數據；同時，對壩體的監測也可以采取此辦法，可以減少其他設備的投入，此技術運用于日常監測的問題在于無法實時獲得數據。

c)激光技術。激光技術以其簡便、高效，成為廣受歡迎的測量方式，它將勘測的靈敏度大大提高了，同時對大壩所處的環境限制也更加寬松，減少了作業的限制和客觀條件的干擾，科學性大大提高。將激光技術運用于大壩安全監測中，較為成功做法是：在大壩分段設立準直激光，射向相應的壩段，實現激光準直度的自動校驗，這能夠很好的解決長壩體(特別是800m以上的)的監測難題，而且精確度極高。

3)在大壩安全監測數據分析和其思維方面，其發展趨勢體現在兩個方面：①從數據分析角度來看，誤差處理和監測資料的分析是其重點，發展的趨勢與數學分析理論的進步息息相關，在數學處理方法上的創新對大壩安全監測數據分析而言也是巨大的推動；②在大壩安全監測的思維上，大壩整體環境的綜合分析、壩體微觀監測以及壩體安全預警、預案制定都是大壩安全監測的重要方面，在安全監測的思維上，大小兼顧，統籌發展。

5 總 結

隨著水利事業的發展和大壩技術的不斷進步，大壩對社會和經濟的發展意義重大，因此，必須重視其發展，但因其對社會安全有較大的潛在危機。因此，對其安全監測必須狠抓不放，通過加大對大壩安全監測的理論研究與論證，深入探討和專研，爭取獲得大壩安全監測在技術、管理方法、數據分析等各個方面更大的突破和進步，從而最大程度地保障大壩安全。

[1]馬靜洲，方朝陽.大壩安全監控指標綜述[J]，中國農村水利水電，2009(06)：137-139.

[2]趙志仁，徐銳.國內外大壩安全監測技術發展現狀與展望[J]，水電自動化與大壩監測，2010，34(05)：52-57．

[3]陳文燕，朱林，王文韜.大壩安全監測的現狀與發展趨勢[J]，電力環境保護，2009(12)：38-42．