水庫大壩安全監測存在的問題與對策

張 濤

(新疆水發水務集團有限公司，新疆 烏魯木齊 830057)

目前我國大多數地區都已經開始對水庫大壩實行自動化監控，這對于保障人民群眾的生命財產安全具有重要意義[1-3]。運用安全監測技術于水庫大壩的安全管理中，不僅可實現對大壩的實時監測，還可全面掌握其各方面情況，以避免事故的發生[4-6]。水庫大壩是現代社會中重要的水資源調控和利用工程，承擔著防洪、供水、灌溉等多種功能。然而，由于水庫大壩的特殊性質和巨大的工程規模，其安全問題一直備受關注。近年來，隨著科技的進步和信息化的發展，水庫大壩安全監測技術得到了廣泛應用和研究，為確保水庫大壩的安全穩定運行提供了有力支持[7-9]。

水庫大壩安全監測技術的研究與應用涉及多個領域，包括結構監測、地質勘探、水文監測、遙感技術、數據分析等。結構監測是水庫大壩安全監測的核心，通過安裝傳感器對大壩結構進行實時監測，獲取關鍵參數如位移、應力、振動等信息，從而及時發現潛在的安全隱患。地質勘探技術則用于對水庫大壩周邊的地質條件進行詳細研究，以評估壩址的穩定性和抗震性能[10]。水文監測則通過對水庫水位、流量等指標的連續監測，預測洪水來臨時水庫的應對能力。遙感技術則通過衛星影像和航空遙感數據，提供水庫周邊環境變化的信息，以輔助監測和預警。數據分析技術則通過對大量監測數據的收集、存儲和處理，提供對水庫大壩安全狀態的評估和預測。

盡管水庫大壩安全監測技術取得了顯著進展，但仍然存在一些問題和挑戰。首先，水庫大壩的復雜性和巨大規模導致監測系統的建設和運維成本高昂。其次，監測數據的獲取、傳輸和處理存在一定技術難題，如數據實時性、準確性和可靠性等方面的挑戰。此外，監測數據的分析和解讀也需要專業知識和經驗，需要建立科學的模型和算法，以實現對潛在風險的準確評估和預測，研究人員和工程師們正積極探索各種對策和應用研究。一方面，通過引入新的傳感器技術、數據傳輸和存儲技術，提高監測系統的實時性、準確性和可靠性。另一方面，結合人工智能、大數據分析等技術手段，建立更加智能化和自動化的監測與預警系統，提升對潛在風險的識別和應對能力。此外，加強跨學科的合作與交流，推動水庫大壩安全監測技術的創新和應用，也是提升水庫大壩安全的重要途徑。基于此，本文首先介紹了水庫大壩安全監測建設意義及必要性，然后分析了目前我國水庫大壩安全監測體系建設中所面臨的主要問題，最后提出了相應的解決對策。此外，借助安全監測技術，能夠高效地收集水庫運行數據，并在此基礎上制定出更加貼合實際的大壩維護方案，從而提升大壩運行的安全性和穩定性。

1 水庫大壩安全自動化監測存在的主要問題

1.1 自動化監測系統的功能有待提升

水庫大壩在受到人類活動或其他因素的影響下，可能會發生多種地質災害。一旦這些問題得不到有效解決，不僅會導致整個工程無法正常開展，還會造成嚴重的經濟損失和社會危害，需實施嚴格的運行監測措施。因此，研究如何運用科學方法來提高水庫大壩安全監控水平是十分有必要的。圖1所呈現的是水庫大壩安全監測技術的實際應用情況。為確保水庫大壩的安全穩定運行，除定期進行修復和加固工作外，還需要實施嚴格的運行監測措施。因此，研究如何運用科學方法來提高水庫大壩安全監控水平十分必要。

圖1 水庫大壩安全監測示意圖

1.2 自動化監測設備的配置有待完善

水庫大壩安全管理工作中，自動化監測設備的配置存在缺陷，是普遍存在的難題。在目前水庫大壩安全管理中，由于自動化監測設備配備不全或使用不當等原因，往往會出現一些故障現象。此外，還需要加強日常維護管理力度，確保自動化監控設施運行穩定。監測設備的配置數量和位置與實際要求存在偏差，導致監測數據缺乏全面性和代表性，從而對水庫大壩安全自動化監測的質量和效果產生負面影響。

1.3 自動化監測的模式有待優化

目前，水庫大壩安全自動化監測工作所面臨的主要挑戰之一是缺乏多樣化的監測模式。隨著社會經濟發展水平的不斷提升，人們對于水庫大壩的運行質量要求越來越高，而傳統的水庫大壩安全監測技術已經難以滿足當前時代下水庫大壩運行管理工作需求。

2 水庫大壩安全監測相關技術

2.1 智能監測結構，保證大壩穩定

如果水庫大壩出現問題，整個工程將面臨著嚴重的安全隱患。因此，一旦水庫大壩開始使用，就必須對其各個方面進行全面的安全監測，包括但不限于結構變形和內在構造損壞等問題。同時，在水庫大壩竣工之后還要定期地開展內部檢查工作，從而確保其整體質量處于良好狀態下。在水庫大壩施工建設之初，相關人員可以運用安全監測技術，將監測系統安裝于大壩結構內，以確保監測過程的安全性。

同時，在大壩竣工之后，特別是對于那些容易發生形變的區域，應盡快安裝相應的監測設備，以確保其穩定性和安全性。對于一些較為薄弱部位，也可根據實際情況及時地調整或加固，從而確保大壩的穩定與正常使用。在大壩的安裝過程中，需要對其進行垂直和水平方向的監測，以確保其安全可靠。對于大壩的整體穩定性來說，這其中最為重要的一個方面就是壩體內部的水位變化情況。監測水庫大壩時，相關人員應基于大壩在橫向和縱向方向上的數據進行分析，以確定是否存在任何位移等問題。通過這樣的方式能夠及時有效地發現水庫大壩可能存在的隱患，并采取適當措施加以控制和處理。

對水庫大壩位移的監測目前尚未得到廣泛推廣，因為目前大多數大型水利工程都是通過人工方式進行操作完成，而由于受人為因素影響較大，使得其工作質量很難得到保障。在這種情況下，即使小型水庫大壩出現位移問題，也很難及時發現，將導致水庫遭受嚴重經濟損失。另外，對于一些大型水庫而言，其自身壩體高度較高，而且受到外界因素影響較大，因而極易發生變形或者是裂縫等現象。因此，在所有的水庫大壩中，必須根據實際情況，每隔約50m設置監測點，以確保對水庫大壩的所有結構和構造進行嚴格監測。此外，還要不斷提高工作人員對于監測技術應用的重視程度，并通過各種方式提升技術人員自身專業素養和技術水平，這樣才可以為整個工程提供更好地支持和幫助。

2.2 自動測試滲透，提高安全性能

在對水庫大壩進行安全監測的過程中，除對其結構進行監測外，還須對大壩實時滲透狀態進行嚴格監測。由于水庫大壩本身具有較多因素影響其自身安全性，因此在進行水庫大壩建設時，必須要保證各項指標符合相關規范標準，這樣才能確保大壩的質量和穩定性。由于我國大多數水庫大壩屬于中小型水利工程，且其運行年限較長，這就使得這些小型水庫大壩存在著諸多安全隱患問題，其中較為突出的就是滲漏現象。因此，政府有必要為那些經濟狀況較為困難的企業提供必要的支持，以使其能夠在大壩工程中采用更為精準的滲流器，從而更加準確地對水庫大壩在不同時間段內的滲流量進行統計。

此外，為了更好地保障水庫大壩的運行安全性，工作人員還應該根據當地具體環境以及條件來合理選擇適合于該區域內的滲流器。通過這樣的方式，不僅可以顯著提升滲流量測試人員的工作效率，同時也能夠進一步確保各地區滲流量監測的科學性和準確性。同時，工作人員還應該通過科學的方法對水位等重要信息進行記錄和管理。同時，經過及時的數據分析，相關人員能夠更加迅速地掌握當前地下水流量的狀態。

2.3 采用智能傳感，有效減少風險

目前，智能傳感器在水庫大壩中廣泛應用，其中包括測量位移的傳感器和監測地下水的傳感器。其中，水位傳感器屬于一種較為先進且常用的監測技術。監測大壩位移狀況的位移傳感器，可為相關監測人員提供判斷大壩使用壽命的有力支持。同時也可以將大壩發生形變情況及時反饋給工作人員進行分析與處理。然而，在利用該設備進行相關數據監測的過程中，獲取監測結果的速度并不盡如人意。因此，需要將一些特殊的技術運用其中，以達到更好的效果。盡管其對監測環境的要求并不苛刻。為了解決這一問題，就需要采用一種新型的監測技術——遠程監控傳感設備，以保證整個監測工作可以順利展開，從而確保大壩運行穩定性。

2.4 結合人工智能，提高自動化水平

隨著科技的不斷進步，智能傳感技術在水庫大壩中的應用前景日益廣闊，其核心在于將大壩的安全監測技術與人工智能技術有機融合，從而實現更加高效的大壩監測。在我國現階段水庫大壩之中，運用到的最多的一種便是智能化監控系統，可以對各種信息進行收集和處理。在水庫大壩中，智能傳感是由多個傳感器協同作用而成的，這些傳感器需要對相關數據進行深入分析，而人工智能在這一過程中具有顯著的優越性。

從目前來看，我國大多數水庫大壩都已經開始使用智能化設備進行監測工作，但是由于這些智能化設備并沒有真正運用起來，導致其無法充分發揮出應有的效果。因此，為了提高水庫大壩的自動化水平，必須深入挖掘其安全監測技術與人工智能之間的內在聯系，并結合實際情況進行優化。另外，在智能化程度逐漸提升的背景下，也會使得水庫大壩運行起來更具有穩定性和安全性。同時，將人工智能技術充分應用于水庫大壩，有望進一步促進其整體發展，從而實現水庫大壩人工成本的顯著降低。

3 應用分析

3.1 統計分析

以某縣水庫大壩為背景，在工程建設過程中，將進行雨水情測報、工程視頻監控、大壩安全監測以及監測平臺等多項工作。建設單位在前期設計中充分考慮了雨洪管理需求，將水文與防汛抗旱工作緊密結合，建成集觀測、預警預報、信息服務于一體的現代化水文氣象綜合服務平臺，實現“天人”互動和資源共享。

3.2 平臺建設與雨水情測報

按要求，小(1)型水庫應設壩上自動雨量監測站1座，流域面積20km2以上可設流域自動雨量監測站1座，小(2)型水庫應設壩上自動雨量監測站1座。在山區中小河流及支流布設自動雨量計時應注意測流斷面選擇、測點布置等問題。目前，全國已建成運行的中小型水庫中，有相當一部分已經建立了自動化雨量站系統，部分地區還將新建或改建自動雨量站系統。在洋縣，水庫均已完成雨水情一體化監測站的建設，以實現對庫區的降雨量和庫水位進行實時監測。通過布設測報設備、建立遙測系統以及與雨量器相結合等手段提高了數據采集精度，為防汛指揮決策提供科學依據。該監測站位于大壩迎水坡，采用立桿和支臂相結合的安裝方式，以實現水位和雨量的一體化監控。

3.3 工程視頻監控

按要求設置小(1)型水庫視頻監視點1～3個，小(2)型水庫視頻監視點1～2個，壩長1km以上可以增加視頻監視點。視頻監視點要有固定位置和數量。為了滿足實時查看的需求，視頻圖像必須具備每日至少一次上傳的能力，即使無法實時查看也不能例外。對監控內容和范圍有特殊要求時，可以考慮通過人工巡查或遠程遙控等手段來完成。視頻監視應該是自動連續循環存儲的，視頻存儲時間不低于15d。

為方便遠程監測，視頻監控系統與互聯網連接，以覆蓋庫區壩面的監視范圍，監測人員通過手機、平板電腦等終端對攝像頭拍攝的現場視頻數據和圖片資料進行處理分析。大壩迎水坡上的視頻監控站站，采用立桿方式進行安裝。

3.4 大壩安全監測平臺

根據觀測數據進行分析處理，對壩體的整體穩定性做出評價。在大壩的迎水坡上，我們采用了立桿的安裝方式。

該綜合監測系統提供了兩種電子地圖，分別為二維和三維，涵蓋了水庫、水情、雨情、工情和視頻監測等5個主要方面。通過對數據進行采集并傳輸到服務器，由服務器端軟件將其轉換為相應格式后發送給手機客戶端，供用戶查看或下載。在監控中心可對各監測點進行數據統計并顯示其變化狀況，實現了多要素全方位自動監視與控制。水庫管理APP與監測平臺相輔相成，為用戶提供實時預警接收和處置等全方位服務。

3.5 平臺應用

截至2022年9月底，某縣卡房水庫工程建設已圓滿完成，平臺已成功上線運行，34座中小型水庫的監測場景數據展示、統計分析以及智能感知監測預警服務也已圓滿完成。

4 結語

水庫大壩安全監測是維護水資源安全和社會穩定的重要任務。技術創新可以提高水庫大壩安全監測的精確度和實時性，為風險預警提供有力支持。自動化監測觀測周期短，能及時顯示水庫大壩變形情況，具有實現大壩安全信息化管理，安全快速分析以及遠程管理與咨詢的價值體現，可大大提高水庫大壩安全管理質量與水平。在新時代的背景下，水庫管理部門應當通過優化自動化監測系統的功能、科學配置自動化監測設備、完善創新自動化監測模式等策略，以全面提升水庫大壩安全自動化監測的質量和水平。總之，水庫大壩安全監測是一個復雜而重要的領域，需要多方面的努力和創新，以確保水庫大壩的安全運營，維護社會的和諧與穩定。