大坝监测与安全评估技术在水电项目中的应用

张变梅 范靖

摘 要： 当前，CT、GPS、光纤等技术已在各大水电项目中得到应用。各种监测与安全评估技术相互配合，可实现对水电项目建设过程的全方位监测，为项目建设提供可靠保障，帮助水电建设施工队伍全面掌握项目进展，促进工程质量的提升。围绕水电项目建设展开讨论，分析大坝监测与安全评估在水电项目建设中的重要性，结合A水电站项目建设情况，阐述项目建设期间各类技术的应用情况。

关键词： 水电项目 大坝监测 安全评估技术 项目周期

中图分类号： TP393文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）05-0010-03

Application of Dam Monitoring and Safety Assessment Technology in Hydroelectric Projects

ZHANG Bianmei FAN Jing

Sanmenxia Yellow River Mingzhu （Group） Co.， Ltd.， Sanmenxia， Henan Province， 472000 China

Abstract： At present， CT， GPS， fiber optic and other technologies have been applied in various hydropower proj‐ects. The cooperation of various monitoring and safety assessment technologies can achieve the all-round monitor‐ing of the construction process of hydropower projects， so as to provide reliable guarantees for project construction， help the construction team of hydropower construction fully grasp the progress of the project and promote the im‐provement of project quality. This article focuses on discussing the construction of hydropower projects， analyzes the importance of the monitoring and safety assessment of dams in the construction of hydropower projects， and combines the construction of the A hydropower station project to explain the application of various technologies during the construction of the project.

Key Words： Hydropower project； Dam monitoring； Security assessment technology； Project cycle

水电项目的施工环境比较恶劣，规模较大，项目周期较长，因此做好项目监测与安全评估非常重要。利用大坝监测与安全评估技术可实现对水电项目建设各环节的动态化监测与评估，全方位监测机械、温度、水压、材料等多种因素对项目建设的影响，提高水电项目建设的安全性。目前大坝监测与安全评估技术较多，水电项目施工过程中应根据实际情况合理选择技术类型，协调各项技术进而维持项目建设的稳定推进。

1 大坝监测与安全评估技术的作用

水电项目建设过程中，可使用的大坝监测与安全评估技术较多，包括变形、动力、静力、渗流、地质等多项监测技术，各类技术相互配合共同提高水电项目建设的安全性。

1.1 及时发现隐患

水电项目大坝建造期间的施工隐患较多，渗流、地下结构变化等隐患会严重影响项目建设进程，甚至降低水电项目建造质量。加强大坝监测与安全评估技术的应用，有助于水电项目建设单位及时发现潜在隐患，提前做好对各项隐患的防范，进而降低自然灾害导致项目建设的损失。

1.2 预测灾害风险

自然灾害对水电项目建设的影响较大，洪水、地震、台风等都属于自然灾害。利用水下监测、光纤等多元化的检测与安全评估技术，有助于水电项目建设单位提前预测可能发生的自然灾害，提前防范灾害，进而有效减少灾害对项目建设造成的损失[1]。

1.3 保障项目安全

水电项目工程与群众民生关系密切，做好大坝监测与安全评估工作，深化各类技术在项目建设中的应用，能最大程度保证水电项目建设的安全性。各项监测与安全评估技术相互配合，渗透到每个建设环节，有效保障水电项目建设全过程的施工安全。

2 水电项目大坝监测与安全评估的主要技术

2.1 CT技术

CT技术可将探测波在大坝内分解为若干射线，通过波传输探测坝体内部的各个切面，CT机采集并整理波信号，利用计算机对波信号数据进行的分析，得到坝体内部结构、强度分布情况，评估坝体内部结构的稳定性，起到监测大坝强度的作用。

声波、电磁波是现阶段大坝监测常用的两项技术。（1）声波检测系统主要由计算机设备、检测设备组成。计算机负责处理声信号，获取最终的检测结果；检测设备由发射、接收与记录3个单元构成。发射单元由动能源、驱动装置组成，发射波信号后由接收单元检测瞬时波，检测过程由记录单元进行记录。（2）电磁波技术主要是发射高频宽带电磁波与接收坝体反射形成的电磁波，通过反射电磁波的接收时间、强度与波形绘制坝体内的结构形态，帮助项目建造单位及时发现坝体材料的老化情况。

2.2 GPS监测技术

水电大坝项目施工期间的高边坡变形、大坝变形、基坑支护等都可使用全球定位系统（GPS）技术进行监测。在水电大坝项目建造中，GPS技术采用以下3个系统实现对项目的全方位监测：（1）空间星座系统，在水电项目推进期间用于监测大坝水平面以上的空间数据，帮助施工方及时预防空中落石、扬尘等情况；（2）地面监控系统，重点监测大坝表面的建造情况，包括坝体坡度、表面材料强度等指标监测；（3）大坝监测用户设备，用户系统需根据大坝监测的实际需求进行开发，内置符合用户需求的子模块，保证操作用户系统就能实现对大坝水电项目建造的全方位监控。GPS技术监测到的数据经计算机自动整合处理，通过无线网上传处理结果至终端，帮助项目建造方及时处理隐患[2]。

2.3 光纤监测技术

水电项目大坝监测与安全评估过程中应用光纤监测技术，能获得较为准确的内测与评估结果。入射光纤、出射光纤、光源、光探测器与调制器共同构成光纤监测系统，其优势如下：（1）光纤传感器由二氧化硅组成，二氧化硅具有较强的抗干扰、耐腐蚀性，以光纤为载体传递信号很少会发生信息丢失情况；（2）光纤柔软程度高，纤细的光纤体积小且重量轻，按照大坝水电项目施工需求安装光纤的难度低，也不会对坝体关键部位力学参数产生影响；（3）光纤技术具有高灵敏度、高准确率的优势，加上光纤寿命长、故障率低等特点，是大坝监测与安全评估的首选技术。

2.4 水下监测技术

水电大坝部分坝体长期在水面之下，加强施工期间水下的监测，能保证坝体结构的稳定性与安全性。水下监测技术依赖水下照相设备、闭路电视等光学设备或剖面声呐、扫描声呐等声学设备进行相关操作，水电大坝项目建造方应根据水流、水温、水下环境等因素科学选择水下监测设备[3]。可使用水下机器人对坝体隐患部位进行重点监测，为大坝建造与后续检修提供依据。

3 大坝监测与安全评估技术的应用：A水电站项目

3.1 工程概况

本文选取A水电站项目为研究对象，A水电站项目为低闸饮水式电站，项目计划水库修建后的容量>23万m3，蓄水位保持在1 270 m左右，同时预留7～8万m3的调节库容。A水电站项目为Ⅲ级工程，拟建成后的水库总装机容量>100 MW。在施工方案拟订时，项目建造方必须实地考察施工区域的地质、土层结构、河流等情况，为建造期利用各类监测与安全评估技术排除施工隐患，提高工程质量。

3.2 项目中大坝监测与安全评估技术

3.2.1 渗流监测

渗流监测的主要内容为基础扬压力监测、绕渗观测与坝基渗压监测。首先，监测基础扬压力。通过纵向观测断面（1个）、横向观测断面（2个）完成监测，监测点设置在闸坝部位，纵向断面监测点共设置9个，位于0+004.50 m的位置，左侧、右侧挡水坝段分别设置6个、2个观测点。横向观测点设置6个，冲沙闸与1#泄洪闸之间设置3个观测点，1#泄洪闸与2#泄洪闸之间设置3个观测点，分别为UP5、UP6、UP7、UP8、UP9、UP10。其次，绕渗监测，共安设10个绕渗监测孔。左侧灌浆平洞处设置1个绕渗孔，左侧下游设置4个，命名为RK1、RK2、RK3、RK4、RK5；右侧灌浆平洞设置2个绕渗孔，右侧下游设置3个，命名为RK6、RK7、RK8、RK9、RK10。最后是坝基渗压的监测。1#泄洪闸设置2-2监测断面，同时在防渗墙后侧高1 200 m左右安装2个渗压计，渗压计分别设置于1 245 m、1 255 m位置；在1#与2#泄洪闸坝段设置3-3监测断面，同时在防渗墙1 200 m左右安装3个渗压计，高度分别为1 255 m、1 256 m、1 246 m。

3.2.2 安全巡检制度与监测数据控制

（1）安全巡检过程中应抓住重点。仔细对坝顶、迎水坡、坝肩等易渗水或变形部位进行检查，排查是否存在渗水隐患。排查大坝的防水防护、启闭系统是否正常运行，排查泄洪通道是否有残留杂物，排查电路线是否存在老化情况。（2）监测数据应全面化。利用CT、水下监测、光纤监测等多项技术实现对水电大坝工程环境、安全、坝体、水下等情况的全面监测，计算机接收各类监测系统上传的数据后立即进行分析与分类，生成监测分析报告，并将数据存储于数据库，方便后期查阅[4]。在大坝监测系统中搭建三维模型，对大坝监测数据进行三维建模分析，得出科学的监测结果。

3.2.3 安全应力应变监测、温度监测

应力应变监测依赖CT技术完成，在坝体不同位置安装CT机器，实时向计算机传输，通过计算分析找到可能导致大坝坍塌、应力值变化的薄弱点，调整大坝设计与施工方案以获得最佳的应力数据。温度监测通过内外部温差监测系统来完成，在水电大坝项目的水下、坝体、室内等多个区域安装温度监测器，温度器连接总控制台，项目建造人员监测到超出施工规定范围的温度时立即停工，当温度符合施工条件后再开工。

3.2.4 水位与降水量监测

水位监测时在大坝安全水位线放置感应器即可，当水位超过大坝安全线时感应器会自动报警。在安装水位感应器的同时，在下游安装雷达自报设备，帮助水电大坝项目施工者实时了解水位变化，进而及时处理水位过高的情况。感应器与雷达自报设备连接到控制中台，日常24 h开启设备对大坝及下游水位进行监测，保留每日的水位与降水量监测数据，传输到数据库中，为后续工程建设与水位调整奠定基础[5]。

3.3 分析监测与安全评估技术的结果

3.3.1 首部枢纽

大坝渗流监测结果显示：绕渗孔基本上无较大变化，只有RK10点发生最大变化，RK10观测点水位高度达到1 262.35 m，与同一时期的其他水位较低。除RK10观测点外，其他观测点的水位未发生较大变化，整体绕渗孔的水位变化不大，在可控范围内。UP3观测点的测压孔变化较大，UP3孔水位持续上升，最高达到1 262.92 m，与其他正常测压孔相比，UP3观测点水位偏低，偏低8.23 m。除UP3孔外其他压力观测孔的水位无较大变化，扬压力监测发现UP8孔堵塞，清除堵塞后UP8孔的水流正常，恢复到正常水位。

3.3.2 饮水系统

A水电大坝项目建造过程中，在进水处设置3个斜侧管，命名为VE1、VE2与VE3，同时观察3个位置，进而观察边坡变形状况：VE1数据监测结果显示处于长期稳定状态，边坡挠度变形的最大值、最小值分别为27.4 m、0.68 m，根据水流方向进行监测，最大挠度高度、具体变形量分别为1 m、-3.95 m，不影响坝体的稳定性；VE2监测点结果显示未出现明显的变形变化，监测点一直处于稳定状态，边坡挠度变形的最大值、具体变形达到6 m与27.24 m，此处水流量最大挠度值出现在4.5 m，实际变形量接近27 mm；VE3监测点结果显示与前两个观测点类似，同样未出现突变与跳跃等问题，该处挠度变形最大值处于28.5 m的位置，具体变形量达到1.71 mm，同时水流变形量达到3.14 mm。综合分析发现，项目所设置的3个斜测孔所监测到的数据信息全部正常，均未出现异常状况，边坡结构稳定。

4 结语

本文以A水电站项目为案例，分析大坝施工中的安全监测技术要点，搭配光纤技术、水下监测技术、CT技术、GPS监测等技术，由监测分析结果可知，应用大坝监测与安全评估技术能保证水电工程的顺利推进，提高施工质量。尽管本次A水电站项目在大坝监测与安全评估技术指导下顺利完成，但水电项目施工受外部环境的影响较大，水电项目的监测与安全评估技术选择存在个体化差异。因此在水电项目施工期间，需要因地制宜、因时制宜，合理搭配与调整安全监测技术，才能保证水电项目的施工质量。

参考文献

[1]李小伟，冯永祥.GNSS多基站数据融合技术在水电站大坝精密变形监测中的应用[J].大坝与安全， 2021（1）：28-32.

[2]刘彤.充填混凝土超前支护在三四沟水电站隧洞塌方处理中的应用[J].四川水力发电，2023，42（S2）： 58-61，86.

[3]项才德，谢东辉.水库大坝安全监测中物联网技术的应用思考[J].工程技术研究，2023，8（8）：98-100.

[4]何欣.水电站大坝安全监测自动化的现状及应对措施分析[J].数码设计， 2021，10（（7）：1.

[5]王霄清.水库大坝安全监测自动化技术在水库安全中的应用[J].河北农机， 2022（3）：121-123.