浅述水电站大坝安全监测现状及其自动化动态

浅述水电站大坝安全监测现状及其自动化动态
杨志旭
（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南省长沙市410007）
1水电站大坝安全监测现状
1．1大坝安全监测的定义
大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对大坝坝体、坝基、近坝区岸坡及大坝周围环境所作的测量及观察。

1.2大坝在运用过程中的安全失事说明
现今我国已建成8.5万多座水库，基本上做到安全运行，尤其是大中型水库。

但由于种种历史原因，各种大坝中也存在不少隐患，其中有的成为病坝、险坝，甚至有的出现溃坝、倒闸、决口等安全事故，造成重大灾害。

对水库进行系统的观测，就能及时掌握水库的状态变化，在发生不正常情况时，及时采取加固补救措施，从而保证水库的安全运行。

2大坝安全监测
大坝监测工作贯穿于坝工建设和运行管理的全过程。

监测工作包括：观测方法的研究和仪器设备的研制、生产，监测设计，监测设备的埋设安装，数据采集、传输和储存，资料整理和分析，大坝实测性态的研究、评价等。

2.1主要监测项目
不同级别的大坝要求监测的项目不同。

仪器监测主要有以下项目：
2.1.1环境量监测
上下游水位、库水温、气温、坝前淤积、下游冲淤。

2.1.2渗流监测
渗流量、绕坝渗流、渗水透明度及化学分析、混凝土坝的扬压力，土石坝的浸润线、坝基渗水压力、导渗降压等。

2.1.3变形监测
水平位移和垂直位移，接缝和裂缝，混凝土坝的挠度和倾斜，土石坝的固结等。

2.1.4应力应变及温度监测
混凝土坝的混凝土应力、应变，钢筋应力，钢管、蜗壳的钢板应力，混凝土温度、坝基温度、土石坝的孔隙水压力、土压力。

其中变形和渗流观测是最重要的观测项目。

2.2主要检查项目
在施工期和运行期，除了仪器监测外，还要进行巡视检查。

混凝土坝有以下检查项目：
2.2.1坝体
相邻坝段间的错动情况，伸缩缝开合及止水情况，坝面、廊道壁、宽缝内表面的裂缝及漏水情况，混凝土有无破损、溶蚀及侵蚀现象，排水孔工作状态，渗水量和水质有无显著变化等。

2.2.2坝基和坝肩
基础岩体有无挤压、错动、松动、鼓出，坝体与基岩结合处有无错动、开裂漏水，坝肩有无裂缝、滑坡、溶蚀、绕渗，坝基排水设施工作是否正常，渗水水量及浑浊度有无显著变化等。

2.2.3引水和泄水建筑物
进水设施有无淤堵、损坏，泄水建筑物有无裂缝及损伤，消能设施有无磨损、冲蚀，下游河床及岸坡冲淤情况等。

2.3监测和检查次数
仪器监测的次数因项目和阶段而异。

第一次蓄水前及第一次蓄水后头五年运行中，一般每旬一次至每月一次；第一次蓄水期一般每天一次至每旬一次；经过第一次蓄水且运行超过五年后，一般每月一次至每季度一次。

各时期上下游水位及气温每日均需观测。

内部观测的传感器在埋设后头一个月内要加密测次，间隔从4h，8h，24h到5d，以后逐渐转入正常频次；巡视检查分为日常巡查、年度巡查及特殊巡查三类。

日常巡查在施工期宜每周一次；水库第一次蓄水或提高水位期间每1～2d一次，正常运行期间每月不少于一次，汛期特别是高水位期应加密检查次数；年度巡查应每年2～3次，在汛前、汛后及高水位、低气温时进行；特殊巡查在发生有感地震或大洪水以及其它特殊情况下立即进行。

3水电站大坝渗流渗压的监测
水电站大坝的渗流渗压监测也是水电站大坝安全监测的一个十分重要的项目，水库蓄水后，在上、下游水位作用下，坝体和坝基出现渗流。

渗流对坝体和坝基稳定有重要影响，影响水库蓄水效益，设计中把渗流作为重要内容，渗流计算和防渗导渗措施不十分完善。

据统计，由于渗流问题而失事的大坝占事故的40%。

大坝渗流观测项目有：混凝土坝扬压力、土石坝坝体和坝基渗流压力观测、绕坝渗流观测、渗流量观测、渗流水质观测等。

通常会在大坝坝基设置测压管，在大坝两岸设置绕渗测孔，通过对测压管、绕渗测孔内水位和水压变化的监测，实现对大坝渗流状态的监测。

混凝土坝一般在基础廊道设置扬压力观测孔，每个坝段至少一个测点。

渗流量测点要根据排水沟集水情况确定，一般能测出分区流量和总渗流量。

4水电站大坝安全监测自动化的监测设备
4.1水平位移自动化监测设施
随着现代科技特别是微电子技术和通信技术的巨大进展，世界各国均着力发展遥测仪器，逐步推广监测自动化。

变形监测的遥测装置有：步进电机式、光电式、感应式和激光式。

目前，我国在水电站大坝安全监测应用较广的水平位移自动化监测设施主要是垂线和引张线。

（见图1、2）
常用的垂线、引张线坐标仪有感应（电容）式和步进电机式两种，步进电机式垂线坐标仪利用步进电机带动红外探头跟踪垂线，通过对驱动步进电机的电压脉冲计数而获得垂线的位移；感应式仪器是利用电感原理或电容感应原理研制。

其中电容式测读速度快，但对环境要求很高，且线体太长时中间极易
摘要：水电站大坝安全监测自动化的资料是大坝安全管理的重要信息，是评价大坝安全状况的基础资料。

水电站安全监测自动化能够快速、准确获得监测资料，为大坝安全状态评价提供辅助决策的有效手段，能够确保水电站大坝的安全，避免安全事故的发生。

通过回顾水电站大坝安全监测自动化近些年的发展过程，客观评价水电站大坝安全监测的现状，总结自动化监测的发展动态。

关键词：水电站大坝；安全监测；现状；自动化动态
水利建设
58
广东科技２０１３．１．第２期
偏离。

然而步进电机测读速度慢，但对环境的要求不高，长期稳定性较好。

近几年随着科技的快速发展，电荷耦合元件式引张线仪或垂线坐标仪也在一些大型工程中得到应用，并且防潮、抗干扰等方面的性能也有所提高。

真空激光准直系统近几年发展也十分的迅速，已在很多的工程中得到应用，效果很好，但其造价相对较高，运行维护要求也高，很多水电厂还很难运用这种系统。

4.2垂直位移自动化监测设施
水电厂大坝垂直位移大多采用静力水准系统进行自动化监测，观测水平位移的真空激光准直系统还能同时监测垂直位移。

光电式坐标仪是利用物镜将垂线图形投射在一光电二极管集成块上，通过电子线路转换成垂线位移。

激光式仪器是利用激光进行监测的仪器。

在实际的监测中，应用较多的静力水准仪有差动变压器式、电容式和CCD式，还有很多，例如：弦式、步进电机式等只在个别工程中得到应用。

近年来，已有一些工程尝试过对监测土石坝内部分层沉降的水管式沉降仪采用增设自动充水装置，并设液压传感器的方式实行自动化监测，也有一些工程尝试用进口弦式液压沉降计和固定式水平测斜仪结合布置来实现土石坝内部沉降的自动化监测，但从应用情况看，效果并不是十分的理想。

4.3扬压力和地下水位
水电站大坝的扬压力和地下水位的观测一般采用渗压计和测压管，现在很多的水电厂应用的是国外生产的弦式渗压计，这种弦式渗压计的耐久性和稳定性都比较好，但测值受大气压变化影响较大。

所以在小量程监测时，可采用通气式弦式渗压计，但在潮湿的环境中，很难保证通气管干燥，这时就要采用增设气压计等方法对测值进行修正。

压阻式渗压计在一些水电站也有应用，它首先要通过变送器，然后输出的是标准电流或电压信号，这样会使监测精度提高很多，但其并不能长期稳定的运行，所以首先要加强它的长期稳定性。

（见图3）
5水电站大坝安全监测自动化的发展动态我国水电厂要结合我国水电站大坝安全管理现状，不断提升大坝安全监测系统，应用现代技术最新成果，结合我国大坝安全监测自动化的实际情况，开发研制一套大坝安全在线监控管理系统。

在线监控包括在线监测数据采集、在线检验与计算、在线快速安全评估等三个主要部分。

其基础是实现在线数据采集，主要核心是在线快速安全评估，即一次数据采集完成后，利用该次实测数据与监控指标或监控模型进行对比、检验，若实测值超限，则进行复测和再次对比、检验，最终对实测值是否异常作一个简便、快速的评估、判断。

这样不但减少监测员工的工作量，还能实现快速、准确地获得大坝运行实测资料。

6总结
随着科技的快速发展，水电站大坝安全监测自动化不断引进先进的技术和方法，使得大坝安全监测能力也有了较大幅度的提升，不但提高了监测精度，还改善了监测条件，同时还减轻了劳动强度。

虽然大坝安全监测自动化取得了很大成绩，但仍存在不少的问题，例如：系统的可靠性、稳定性、有效性、针对性等都有待加强，并且随着社会科技进步的加快，预计将有大量自动化监测新技术和新产品将会被推广应用，水电站大坝监测自动化必将会在实用化的基础上朝着功能更强大、性能更可靠、测量更准确和维护更方便的智能化方向发展。

参考文献：
[1]方卫华.大坝安全监测自动化中几个概念的新含义和标准化探讨[J].水电自动化与大坝监测，2003，27（2）.
[2]李民，柳杨，汪海平.监测自动化的发展及网络技术对其的影响[J].中国农村水电及电气化，2005（2）.
[3]董志荣.NA3003电子水准仪在三峡工程安全监测中的应用[J].水电自动化与大坝监测，2002（2）.
（a）正垂线；（b）倒垂线
1-垂线；2-观测仪器；3-重锤；4-油箱；5-支点；6-观测墩；7-浮体组；8-锚固点。

图1垂线观测装置示意图
（a）平面图；（b）立体图
1-端点；2-引张线；3-位移测点及浮托装置；4-定滑轮；5-重锤。

图2引张线示意图
图3扬压力观测平面布置图
59
广东科技２０１３．１．第２期。