大壩安全監測技術探討

李清華 蔣衛國

摘要：大壩安全監測系統作為一種新型技術，在大壩原型中通過利用觀測儀器來進行現場測量，以此方式來獲取大壩結構變化。本文作者探討了大壩安全監測技術。

關鍵詞：大壩;安全監測技術;觀測儀器

0、引言

大型水電站壩址地質條件復雜，多處于高震區和高地應力區，一旦失事，將會給下游人民的生命和財產帶來重大損失，因此，對大壩進行安全監測非常必要。為了保障大壩建設以及全生命周期運行過程中的長久安全，100多年以來，人們一直在探索建設更好大壩的相關理念和技術，大壩的施工與運行管理模式經歷了簡易工具時代，大型機械化時代，直到今天的自動化、數字化、智能化時代。所謂智能大壩（Idam），是基于物聯網、自動測控和云計算技術，實現對結構全生命周期的信息實時、在線、個性化管理與分析，并實施對大壩性能進行控制的綜合系統;其基本特征是施工、監測數據智能采集進入數據庫，監測數據與仿真分析一體化、施工管理和運行控制實時智能化，減少在大壩結構建設運行過程中的人為干預。

1、工程概況

某水庫建立于1985年，水庫的占地總面積為160.3平方公里，并且水庫的容量為4780萬立方米。同時這個水庫自從建成到至今，給附近的很多省份和市做出了很大的貢獻。但是水庫在運行的過程中，也出現了很多方面的問題，例如：在2005年，就發生了比較嚴重的管涌和集中滲漏，這樣就很大程度的影響了水庫運行的安全，倘若其發生安全事故，不僅會直接影響本市的供水情況，還會造成嚴重的經濟損失。針對這樣的現狀，水利工作人員對水庫進行了排險加固，并且完善了水庫安全監測設施，與此同時還采用了比較先進的監測方式對大壩進行監測，這樣就可以有效的滿足水庫大壩的安全監測要求，從而就能確保工程項目的順利實施和開展。

2、大壩的監測內容

2.1 檢查觀測

檢查監測是利用人員本身通過觀察、手摸或者利用一些簡單的工具對建筑物進行簡單的觀測。使用儀器觀測雖然可以得到更為準確的信息，但一個建筑物的儀器安設點 數是有限的，太多的儀器設備不利于經濟方面的考慮，另外水工建筑物裂縫、滲水等缺陷部位也不一定反生在儀器設備的觀測點上，所以人員的檢查觀測具有相當重要的地位。有利于及時的彌補儀器的不足，及時的發現異常情況的發生。檢查觀察主要檢測建筑物有無裂縫，在壩腳、迎水坡部位有無塌陷、流土和沼澤化的現象，在伸縮縫部位是否有滲漏，混凝土表面有沒有松軟、侵蝕的危害，有泄水作用的部位檢查有無磨損、剝落金屬部位的焊縫、鉚釘等是否生銹變形。

2.2 儀器的量測

儀器量測既是在相應的建筑部位預設儀器設備，通過規律性的采集數據，來判定建筑物的工作狀態。

（1）變形觀測

變形觀測是原型觀測中較為重要的一部分，要對土工、混凝土、土壩等建筑物觀測水平位移和垂直位移、地基的固結沉降情況、伸縮縫的變形等 。

（2）滲透觀測

對于土壩類的滲透觀測，浸潤線的位置變化情況可以通過孔隙水壓力儀來確定，根據結構形式、工程等級以及施工方法和地質情況等定出觀測斷面，觀測斷面要能夠反應出主要的滲流情況和問題可能發生的地點，根據斷面的大小確定測量點數。其他還包括滲流量的觀測、繞壩滲流觀測、壩基滲壓觀測、土壩孔隙水壓力觀測以及滲水透明度觀測。對混凝土建筑物的滲透觀測還要包括壩基場壓力觀測和混凝土內部滲透滲透壓觀測。

（3）應力與溫度觀測

以混凝土壩的觀測為例，通過在混凝土內部埋設應力應變計和無應力計，來觀測混凝土內部因為溫度、濕度、化學變化以及應力引起的總應變。無應力計主要用來量測溫度、濕度以及化學變化引起的應變，總應變減去這一部分就可以得到有荷載引起的應變，換算成應力，既可得出想要的結果。溫度對混凝土壩體也有重要的影響，溫度觀測要在壩體內布設溫度計，在靠近壩體表面、在壩體鋼管、寬縫、伸縮縫等附近要加大測點的布設密度，和壩體周圍的水文地質條件結合起來，對壩體內部溫度的出合理的觀測處理。

（4）水流的觀測

主要對水流形態觀測，從而得出水流帶給建筑物的作用力，避免不利的水流影響。水流平面形態包括水流的流向、回流、旋窩、折沖水流、翻滾。觀測時從泄水建筑物開始向上下游兩端一直到水流正常的地方。對于高速水流，要著重觀測水流引起的振動、壓力以及負壓進氣量等，觀測數據可以提供寶貴的經驗資料，為維修維護建立有效的依據。

3、大壩安全監測技術

水庫大壩的安全監測，首先應該設計科學的大壩安全監測網絡系統，選擇合適的測點定時定點對大壩壩體和周邊地區進行監測，在洪澇季節，還應該加強人工的觀察和巡查。對大壩安全監測進行科學的管理，及時對所測得的數據進行分析，及時發現大壩存在的安全隱患。

3.1大壩安全監測系統的設計

水庫大壩的安全問題往往比較隱蔽，如果沒有科學的監測系統和相關的儀器設備，有些細微隱變難以及時發現，因此，建立一個科學合理的大壩安全監測自動化網絡系統，顯得尤為重要。大壩安全監測系統首先應該擁有相關的監測儀器和設備，利用儀器對大壩進行變形監測、滲流監測、應力監測和氣象水文監測，同時，還應充分利用現代網絡技術，利用大壩安全監測軟件和計算機網絡技術，將所監測到的相關數據及時自動化反饋到計算機平臺上，為專家分析相關數據和資料提供方便。

（1）雨水情數據采集

前端RTU采集降水、庫水位等數據，并按整點或超限上報等方式上報給中心，中心的平臺軟件將數據匯入到水庫群監測數據庫

（2）圖片拍照

前端RTU可通過攝像頭對現場定時拍照，并將圖片上報中心，中心平臺可將圖片、雨水情監測量關聯查看，以準確了解現場實情

（3）數據展示與分析

平臺可提供GIS地圖綜合數據展示、測站綜合數據管理、測站詳細監測量管理等多種數據分析與展示方式，便于用戶快速了解相關信息，也可對某測站進行深入分析

（4）通迅方式

中心與前端設備的通信以GPRS/CDMA通迅方式為主，短信備份為輔（北斗衛星可定制）

（5）數據報表

庫水位、降水量等數據可以生成曲線及報表，支持打印輸出

（6）監測站管理

中心平臺可對監測站進行遠程管理，包括在線管理、自動校時、參數配置、程序升級、日志查詢、歷史數據查詢、招測、蓄電池電壓告警等

3.2智能傳感器

這是一種將傳感器與微型計算機集成在一起的裝置，使其具有感知本能外，還具有認知能力。這種儀器具有復合敏感功能，即能同時測量多種物理量和化學量，如美國加州大學智能傳感器可同時測量液體溫度、流速、壓力和密度;此外，傳感器還具有自補償和計算功能，自檢、自校、自診斷功能以及信息存儲和 傳輸功能。

3.3嚴格科學的管理

在大壩安全監測的過程中，應該建立合理的安全監測管理系統。包括對測點的管理、儀器設備的管理、數據采集的管理、數據分析和安全診斷的管理、檔案資料的管理以及對大壩人工巡視的管理。不僅要加強人員的管理，還應建立科學的網絡管理系統。只有嚴格科學的管理，才能保證安全監測程序的有效進行，才能更好的保證大壩的安全。

3.4資料分析與安全診斷

首先應該將儀器設備所監測到的數據進行及時的整編，對數據進行計算、審查、報表和繪圖，再根據數據和資料，進行大壩的表面沉降、深層沉降、裂縫和周邊縫等變形分析，以及滲流壓力、滲流量等滲流分析，利用大壩的安全分析評價系統，對大壩的安全性進行診斷。

3.5利用視頻圖像監控

視頻圖像作為大壩安全監測的重要輔助手段，可以更好地了解和檢查大壩的工作狀態和運行情況。建議有條件的工程建立大壩圖像監視系統，主要是對大壩、地基、岸坡的關鍵部位及監測設施建立圖像觀測點進行實時監控，并將圖像傳輸到監測分站、總站或管理中心，進行圖像監視、顯示、錄制、回放，并對攝像設備進行遠控。

4、結束語

從目前的現狀來看，在我國水庫大壩中，采用的自動化技術，已經有一套比較完善和成熟的開發建設模式，這樣不僅可以全面的指導安全監測和除險加固改造，還可以很大程度的提高安全監測的水平和防洪和供蓄水能力，從而就能夠促進水庫的健康穩定發展。

參考文獻：

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