大坝安全监测的现状与发展趋势研究

大坝安全监测的现状与发展趋势研究

发表时间：2018-11-09T18:04:54.480Z 来源：《防护工程》2018年第19期作者：张亚兵

[导读] 在水利工程建设管理中非常重要的一个方面就是大坝的安全监测。

甘肃电投大容电力有限责任公司甘肃省兰州市 730046

摘要：在水利工程建设管理中非常重要的一个方面就是大坝的安全监测。随着科学技术的进步，如今除了传统的监测仪器，又有一大批新型监测技术涌现出来，并且取得了不错的效果。文章简要分析了水利工程大坝的安全监测技术与发展，希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：水利工程；大坝基础；安全监测

众所周知，大坝是调控水资源时空分布、优化水资源配置的重要工程措施，也是江河防洪工程体系的重要组成部分[3]。随着世界各国水利、水电事业的发展，水库大坝的安全问题也越来越突出。据水利部统计数据，我国大中型水库大坝安全达标率仅为64.1%，病险率约占36%，其中大中型水库的病险率接近30%，小型水库的病险率则更高[4]。因此，大坝安全监测受到了高度的关注和重视。

一、大坝安全监测的内涵及意义

大坝安全监测是人们了解大坝运行状态和安全状况的有效手段和方法。它的目的主要是了解大坝安全状况及其发展态势，是一个包括由获取各种环境、水文、结构、安全信息到经过识别、计算、判断等步骤，最终给出一个大坝安全程度的全过程。此过程包括:通过各种信息的获取、整理和分析，给出大坝安全评价，控制大坝安全运行;校核计算参数的准确性和计算方法的实用性;反馈施工方法的正确性，改进施工方法和施工控制指标;为科学研究提供现场资料，检验各种理论、校正各种模型和参数，协助找出实测规律和辅助成因分析等。大坝安全监测的意义在于:

（1）水库大坝监测与安全评价相辅相成，是水库大坝安全评价中不可分割的两部分。大坝安全监测通过对坝体、周岸及相关设施的巡视审查和仪器监测，可以为大坝的安全评价提供基本资料和数据。通过对这些监测资料的可靠性分析，就可以完成坝体与坝坡的稳定性分析、渗流稳定分析、工程运行评价等大坝安全评价工作。

（2）有助于认识各种观测量的变化规律和成因机理，确保大坝安全。延长大坝寿命，提高大坝运行综合效益。对大坝安全监测资料及大坝的结构与基础性态进行分析计算和模拟，有助于认清各种观测量的变化规律以及各种变化的物理成因，从而能及时发现隐患并采取相应措施，以确保大坝安全，延长大坝运行时间，提高效益。

（3）有助于反馈大坝设计、指导施工和大坝运行，推动坝工理论的发展。由于大坝及其坝基的工作条件比较复杂，相关荷载、计算模型及有关参数的确定总是带有一定的近似性，因而现有的水工设计还难以与工程实际完全吻合。因此，利用大坝安全监测资料进行正、反分析，及时评价大坝和坝基的工作性态，依据设计、施工方案，对在建或拟建大坝提出反馈意见，以达到检验和优化设计、指导施工的目的。

二、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。

三、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