馬偉華

【摘要】大壩不僅能夠防災(zāi)減害，還提供著重要的水電資源，是國家發(fā)展中的重要工程。伴隨著我國筑壩技術(shù)和水電事業(yè)的發(fā)展，大壩的安全監(jiān)測技術(shù)也得到了相應(yīng)的發(fā)展。本文將選取幾種當(dāng)今大壩安全監(jiān)測常見的新技術(shù)進(jìn)行工作原理和技術(shù)優(yōu)越性的分析，并展望我國大壩監(jiān)測的新技術(shù)、新理論和新方法，以期對我國水電事業(yè)發(fā)展有所幫助，在此亦與各位專家、同行交流、探討。

【關(guān)鍵詞】大壩；監(jiān)測；新技術(shù)；幫助；交流

1. 前言

大壩不僅能夠防災(zāi)減害，還提供著重要的水電資源，是國家發(fā)展中的重要工程。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的水利工程設(shè)施建設(shè)也越來越受到重視，隨著筑壩技術(shù)的不斷提高，大壩的建設(shè)越來越具有施工強(qiáng)度大、庫容大、壩高、監(jiān)測難度大等特點(diǎn)，隨之而來的便是如何使用現(xiàn)代化的監(jiān)測手段來及時準(zhǔn)確的掌握大壩工作中的各類數(shù)據(jù)，以確保大壩的工程安全，安全監(jiān)測新技術(shù)的作用在當(dāng)前看來就顯得尤為突出。我國對大壩的安全監(jiān)測要追溯到上個世紀(jì)50年代，經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，計算機(jī)、人工智能等技術(shù)已替代了傳統(tǒng)的監(jiān)測儀器，并建立起了較為完整的大壩安全監(jiān)測體系[1]。下面我們將在大壩安全監(jiān)測的新技術(shù)中選取大壩CT技術(shù)，光纖技術(shù)的應(yīng)用，以及水下監(jiān)測技術(shù)來進(jìn)行分析，以期對我國大壩監(jiān)測的概貌有一個清晰的了解。

2.當(dāng)前大壩安全監(jiān)測中的新技術(shù)

2.1 大壩CT技術(shù)

自1994年開始，國內(nèi)首次將CT成像技術(shù)引入到了大壩混凝土缺陷的診斷中來，伴隨著該軟件系統(tǒng)的不斷修正和完善，目前大壩CT軟件系統(tǒng)已經(jīng)建立。這種技術(shù)具體是根據(jù)某種波在大壩壩體中傳播的射線束，在探測區(qū)域內(nèi)部構(gòu)成切面，根據(jù)切面上的初至信號通過計算機(jī)的數(shù)學(xué)處理，定量反應(yīng)壩體材料的性質(zhì)、病害、老化程度，確定缺陷部位，以達(dá)到監(jiān)測目的。

大壩CT技術(shù)所能監(jiān)測到的波主要為電磁波和聲波。因為電磁波的強(qiáng)度、波形和路徑與它所通過的介質(zhì)的幾何形態(tài)和電性質(zhì)密切關(guān)聯(lián)，電磁波型大壩CT利用兩個天線發(fā)射和接受電磁波，據(jù)接受波的幅度、雙程走時以及波形變化來推算出壩體的材料性質(zhì)和老化缺陷分布。聲波型的監(jiān)測是在大壩上布置若干個震源和震波檢測器，根據(jù)接收器所記錄的聲波走從發(fā)射點(diǎn)到接受點(diǎn)行程的時間算出波速，再依據(jù)波速來了解壩體的材料性質(zhì)和老化缺陷的分布。根據(jù)實際工作中的經(jīng)驗，我們認(rèn)為聲波法具備較高的精度，能達(dá)到理想的監(jiān)測效果，但其工作量大，成本也較高，在壩體上布置相應(yīng)的監(jiān)測布點(diǎn)也受到了實際條件的限制。相比較而言，電磁波法的操作簡單，但由于電子波的功率不能夠足夠大，限制了有效的檢測深度，也有其弊端。因此要根據(jù)實際情況相應(yīng)的選取。

總體來說，大壩CT技術(shù)能對大壩內(nèi)部材料的彈模、強(qiáng)度等特性分布狀況、病害和裂縫的部位、內(nèi)部材料老化的程度進(jìn)行檢測，還能對內(nèi)部預(yù)埋構(gòu)件如金屬埋件、鋼筋等狀態(tài)進(jìn)行檢測，對施工爆破對大壩的結(jié)構(gòu)影響也能檢測，還能對施工質(zhì)量的補(bǔ)強(qiáng)加固效果進(jìn)行檢測[2]。除了這些對大壩自身結(jié)構(gòu)和性能的監(jiān)測外，也可把CT成像的技術(shù)與其它現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，展開更廣泛領(lǐng)域的監(jiān)測。

2.2光纖技術(shù)監(jiān)測

光纖不僅能夠起到傳光的作用，還可以起到傳感的作用，利用光纖自身的這些特性，可以利用分布式傳感光纖系統(tǒng)來進(jìn)行大壩的監(jiān)測。分布式傳感光纖監(jiān)測系統(tǒng)會以連續(xù)函數(shù)的形式測算光纖的變化，這樣光纖的任意一點(diǎn)都成了傳感器，再將這些光纖按照網(wǎng)格來鋪設(shè)，就可以提供大量的信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對大壩全方位的監(jiān)測，提高監(jiān)測有效性。又由于光纖自身柔軟易放置，其傳感器重量也輕，體積很小，這樣一來，布設(shè)安裝的工序簡易，可以做到無損埋設(shè)，使用很方便。另外，光纖具有抗電磁干擾，防雷擊，耐腐蝕，潛在故障較少，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性很高，加之價格不貴，性價比也極高，是大壩監(jiān)測新技術(shù)中較為實用的一種技術(shù)。如目前景洪水電站、坦肯水電站、拉西瓦水電站等國內(nèi)諸多水電站都采用了光纖監(jiān)測系統(tǒng)。

2.3 水下監(jiān)測技術(shù)

對于大壩的水下部分，常規(guī)的監(jiān)測手段不容易對其進(jìn)行監(jiān)測，我們可以采用光學(xué)水下工程監(jiān)測設(shè)備和聲學(xué)水下工程監(jiān)測設(shè)備來進(jìn)行彌補(bǔ)。如水下閉路電視、水下激光掃描等設(shè)備在日常的工作中都已應(yīng)用，這些設(shè)備因為圖像的因素觀察效果直觀，但觀察的距離也有限，水下環(huán)境千變?nèi)f化，圖像也不能始終保持清晰。相應(yīng)的，如測探聲吶、地貌聲吶、掃描聲吶等依據(jù)水聲原理開發(fā)的水下探測設(shè)備的缺點(diǎn)則是，圖像分辨率太低并且解讀需要專業(yè)的人員花費(fèi)大量時間。

還有以水下機(jī)器人為載體的水下安全監(jiān)測設(shè)備，它是通過控制臺上的前后、進(jìn)退、下沉、轉(zhuǎn)彎、攝像頭焦距等旋轉(zhuǎn)按鈕來操縱機(jī)器人的行動，。目前，這些水下機(jī)器人可攜帶輻射傳感器、金屬測厚計等多種設(shè)備進(jìn)行水下檢測，他們小巧靈活，操作方便，并且可以達(dá)到其他儀器無法到達(dá)的深度，在我們的實際工作中已經(jīng)廣泛應(yīng)用到排沙口，船閘，攔污閘的檢查和監(jiān)控中[3]。

3. 大壩安全監(jiān)測新技術(shù)的趨勢

大壩安全監(jiān)測新技術(shù)當(dāng)前正在發(fā)展中，其前景廣闊。總體上未來的大壩安全監(jiān)測趨勢要符合以下幾點(diǎn)：一是實現(xiàn)集約化的管理。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得以省或以流域為中心的大壩安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可以建立起來，這樣便于全面的監(jiān)控和集約管理；二是可以實現(xiàn)無人值守的在線監(jiān)控。安全監(jiān)測系統(tǒng)建立起來后，自動采集的數(shù)據(jù)會準(zhǔn)確存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)會進(jìn)行相應(yīng)的分析，整個過程將快速，簡潔；三是可以適應(yīng)各種環(huán)境進(jìn)行工作。安全監(jiān)測系統(tǒng)常年布置在潮濕環(huán)境中，又即系受到雷電和高壓強(qiáng)電的干擾，自動化的安全監(jiān)測系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種環(huán)境來進(jìn)行全面監(jiān)測。

4.結(jié)語

綜上所述，水利工程不僅能夠防災(zāi)減害，還提供著重要的水電資源，是國家發(fā)展中的重要工程。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的水利工程設(shè)施建設(shè)也越來越受到重視，相信廣大的大壩安全監(jiān)測工作人員能夠利用現(xiàn)代化的大壩安全監(jiān)測技術(shù)為我國的水利工作做出更大貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李珍照.大壩安全監(jiān)測【M】.北京：中國電力出版社，2009.

[2]張進(jìn)平.大壩安全監(jiān)測資料分析方法及信息處理技術(shù)的若干進(jìn)展[J].大壩與安全，2003，（6）：19—23.

[3]黃成業(yè).李梅鳳. 大壩安全監(jiān)測工程質(zhì)量管理論析[J]-中國科技博覽2012（6）.