水利工程大坝的安全监测技术与发展

□李佳宇（广东省水利电力勘测设计研究院）

0 引言

改革开放以来，我国水利事业发展迅速，建设了诸多的水利工程，并且工程规模也在不断地扩大，为社会经济的发展做出了较大的贡献。但是水利工程规模的扩大，增加了大坝安全运行的复杂程度，对大坝管理提出了更高的要求。因此，为了促使水利水电工程能够安全稳定的运行，就需要重视大坝的安全监测技术。

1 大坝安全监测的重要意义

大坝建造受到水文、地质等众多方面的影响，在运行过程中承受到巨大的环境荷载和地震荷载，包括水压力、温度等。同时，还会受到其他因素的影响，如材料性能、人为影响等，在长期的使用过程中，很容易有渗漏、裂缝、变形等问题出现，如果无法及时的诊断和解决这些隐患，那么大坝的安全运行就会受到严重影响，甚至还会带来较大的灾难性事故。

2 大坝安全监测技术现状

在近几十年内，逐渐新兴了一门边缘学科，就是大坝安全监测。在20世纪70年代初，大坝安全监测也被称之为大坝原型观测，指的是将观测仪器设置于大坝原型中，进行现场测量，获得一些特征量，来反映大坝结构性态变化。20世纪末，开始进行大坝安全监测。这些监测主要是对大坝的实际变形、温度、渗漏以及应力应变状态进行研究，以便对坝工理论进行改进，提升大坝安全管理水平。我国经过不断地努力，如今在较大程度上提升了主要安全设备的研制和工艺水平，在大坝安全监测中，也开始广泛应用一系列高精尖技术和仪器设备，如全球定位系统、电荷耦合元件等都是比较典型的，这样就对大坝安全监测技术的发展起到了较大的推动作用。

在20世纪90年代后期，国外公司将一些进口仪器引进国内，并最终实现了管理自动化。此后，开始逐步完善大坝安全监测自动化设备，并且推动了水利水电工程安全监测自动化技术的发展。如今，在新建大型水利工程的设计过程中，就开始应用自动化的方式，并且将自动化监测实施于施工阶段。

3 水利工程安全监测项目

3.1 安全监测

通过实时监测大坝的安全状况，主要是对大坝运行过程中的安全状况进行了解，收集大坝安全监测资料，以便科学的评估大坝工作性态，进而将一系列针对性的措施给应用过来，促使大坝的安全得到保证。只要及时的监测，获得可靠的监测数据，进行科学的分析，就可以避免出现重大灾害事故。在施工过程中，可以获得不断地反馈，以便对设计的合理性进行验证，并且对水工设计进行有效修正。总之，借助于大坝安全监测，可以对大坝安全性态进行了解，以便将实施科学管理措施。

3.2 仪器检测和日常巡视检查

为了了解大坝的安全程度，通常将日常的例行巡视检查和仪器监测结合起来。如今越来越多管理单位充分重视日常人工例行巡视检查，并且将其普遍实施下去，将其作用充分发挥了出来。仪器监测指的是借助于相关的规范和要求，依据工程实际情况，将各类安全监测仪器和设备布置于水工建筑物上，以便采集大坝安全运行的各类性态信息。通过处理和整编分析这些信息，结合人工例行检查的结果，就可以科学客观地评价大坝的运行和安全状况，以便更好进行调度指挥。具体来讲，有很多的项目都需要进行安全监测，如变形、渗流、压力、应力应变等。其中，最为重要的监测项目就是变形和渗流监测，这些监测比较直观，可以将各种荷载作用下大坝的安全形态给充分反映出来。

4 水利工程安全设备监测革新

4.1 水利工程安全监测设备现状分析

随着时代的进步和发展，开始兴建了一大批新型水工建筑物，人们在对水工建筑物的性态进行观测时，开始安装埋设了将一些专门的仪器设备。美国专家将差动电阻式仪器发明了过来，在工程中成功运用，人们可以更好了解混凝土的应变、徐变以及自身提及变形等情况，这样就构建了一套完善的方法，借助于应变计观测值来对混凝土应力进行计算。实践研究表明，差动电阻式仪器有着较好的稳定性，可以有效监测大体积混凝土建筑物的变形、应力等情况，同时，还可以对测点的温度进行监测。因此，在长期发展过程中，一直改进本类仪器设备，如今依然得到了较为广泛地应用。在水工建筑物中也开始大量应用振弦式仪器，这类仪器有着较为简单地结构，测量起来比较的稳定，对于自动化和长距离测量，非常的有利。

如今研制出来了很多的仪器来监测大坝变形，包括遥测垂线坐标仪和遥测引张线仪等，前者有电磁感应式、电容感应式以及步进马达跟踪式等，后者有电容感应式、CCD 等多种类型。借助于遥测静力水准仪可以有效观测坝体沉降，包括电容感应式、CCD 等，借助于多点位移计，可以监测基岩不同深度变形情况，如坝体、基础廊道、厂房等。我国有较多的水利工程，随着施工技术的不断完善和改进，促使安全监测的需求得到满足，国内自行研制成功了各种监测仪器，比如借助于差动电阻式、电位器式测缝计可以对面板周边施工缝进行监测；利用引张线配合倒垂线和水管式沉降仪配合双金属标可以对大坝水平及垂直变形进行监测，并且可以有效实现自动化采集。不管是从技术性能、品种还是数量等多个角度上分析，大部分监测仪器都可以促使工程需求得到满足。

4.2 水利工程安全监测设备的发展方向

如今，传统的安全监测技术逐渐的完善，但是还需要大力开发新型监测技术，部分新技术还处于理论研究阶段。比如，在各种类型的新型监测仪器开发及完善的同时，由于监测仪器需要通过电缆的传输，在复杂的条件下仪器、电缆容易受到电气一次、电气二次的电磁场、辐射场等（比如厂房发电机组、高压电缆、变压器）的干扰，造成监测数据的失真，从而影响水工建筑物监测分析成果的判断。

要解决这一问题需要从三方面入手：第一、提高仪器设备本身（包括一种监测仪器、MCU 数据采集模块等）在各种恶劣情况下的抗干扰能力。第二、针对不同的环境条件选用不同类型的仪器设备。第三、监测仪器电缆保护管选用钢管进行保护，并与地网充分连接，最终确保监测数据的真实可靠。在位移监测过程中，固然可以采用固定测斜仪进行自动化监测，但造价成本较高，可以研制活动式测斜仪，利用单点探头进行自动化监测。在一机多天线等方面，快速发展GPS 监测技术，但是因为其具有较高的造价成本，存在着较大的局限性，需要进一步的开发，降低造价成本。在结构损伤检测以及力学特性测试的方面，大坝CT 技术取得了一些成绩，但是其传播和图像重构方面还需要进一步努力，只能够在小范围内应用。在温度、渗流以及裂缝监测方面，光纤光栅技术取得了不错的成绩，但是需要进一步提升它的多元化和智能化程度。如今在变形监测自动化技术方面，只有较少的手段和方法，需要进一步的深化研究。我国的大坝安全监测技术逐渐的完善，很多已经达到国际先进水平，但是在未来发展过程中，还存在着诸多的不足，需要进一步完善，构建一个完整的仪器系列，能够促使大坝及工程安全监测需求得到满足，将一系列具有较高精度和可靠性的智能化系统给应用过来，形成一个完善的监控网络管理系统，在线监测、离线分析以及安全评判、风险评估等诸多功能都可以得到实现，能够对大坝安全监测的有用信息充分挖掘，促使大坝更加安全稳定的运行。

5 结语

通过上文的叙述分析可以得知，大坝安全监测技术对于水利工程的正常安全运行有着较大的意义；经过不断地发展，我国水利工程大坝的安全监测技术日趋成熟，很多达到了世界先进水平，为水利事业的发展做出了较大的贡献。但是在未来发展过程中，还存在着诸多的不足，很多技术都处于理论研究阶段，相关工作人员需要进一步努力，深化研究，更好地进行水利工程大坝的安全监测工作。

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