□李佳宇（廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院）

0 引言

改革開放以來，我國水利事業(yè)發(fā)展迅速，建設(shè)了諸多的水利工程，并且工程規(guī)模也在不斷地擴大，為社會經(jīng)濟的發(fā)展做出了較大的貢獻。但是水利工程規(guī)模的擴大，增加了大壩安全運行的復(fù)雜程度，對大壩管理提出了更高的要求。因此，為了促使水利水電工程能夠安全穩(wěn)定的運行，就需要重視大壩的安全監(jiān)測技術(shù)。

1 大壩安全監(jiān)測的重要意義

大壩建造受到水文、地質(zhì)等眾多方面的影響，在運行過程中承受到巨大的環(huán)境荷載和地震荷載，包括水壓力、溫度等。同時，還會受到其他因素的影響，如材料性能、人為影響等，在長期的使用過程中，很容易有滲漏、裂縫、變形等問題出現(xiàn)，如果無法及時的診斷和解決這些隱患，那么大壩的安全運行就會受到嚴重影響，甚至還會帶來較大的災(zāi)難性事故。

2 大壩安全監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

在近幾十年內(nèi)，逐漸新興了一門邊緣學(xué)科，就是大壩安全監(jiān)測。在20世紀70年代初，大壩安全監(jiān)測也被稱之為大壩原型觀測，指的是將觀測儀器設(shè)置于大壩原型中，進行現(xiàn)場測量，獲得一些特征量，來反映大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)變化。20世紀末，開始進行大壩安全監(jiān)測。這些監(jiān)測主要是對大壩的實際變形、溫度、滲漏以及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進行研究，以便對壩工理論進行改進，提升大壩安全管理水平。我國經(jīng)過不斷地努力，如今在較大程度上提升了主要安全設(shè)備的研制和工藝水平，在大壩安全監(jiān)測中，也開始廣泛應(yīng)用一系列高精尖技術(shù)和儀器設(shè)備，如全球定位系統(tǒng)、電荷耦合元件等都是比較典型的，這樣就對大壩安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展起到了較大的推動作用。

在20世紀90年代后期，國外公司將一些進口儀器引進國內(nèi)，并最終實現(xiàn)了管理自動化。此后，開始逐步完善大壩安全監(jiān)測自動化設(shè)備，并且推動了水利水電工程安全監(jiān)測自動化技術(shù)的發(fā)展。如今，在新建大型水利工程的設(shè)計過程中，就開始應(yīng)用自動化的方式，并且將自動化監(jiān)測實施于施工階段。

3 水利工程安全監(jiān)測項目

3.1 安全監(jiān)測

通過實時監(jiān)測大壩的安全狀況，主要是對大壩運行過程中的安全狀況進行了解，收集大壩安全監(jiān)測資料，以便科學(xué)的評估大壩工作性態(tài)，進而將一系列針對性的措施給應(yīng)用過來，促使大壩的安全得到保證。只要及時的監(jiān)測，獲得可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行科學(xué)的分析，就可以避免出現(xiàn)重大災(zāi)害事故。在施工過程中，可以獲得不斷地反饋，以便對設(shè)計的合理性進行驗證，并且對水工設(shè)計進行有效修正。總之，借助于大壩安全監(jiān)測，可以對大壩安全性態(tài)進行了解，以便將實施科學(xué)管理措施。

3.2 儀器檢測和日常巡視檢查

為了了解大壩的安全程度，通常將日常的例行巡視檢查和儀器監(jiān)測結(jié)合起來。如今越來越多管理單位充分重視日常人工例行巡視檢查，并且將其普遍實施下去，將其作用充分發(fā)揮了出來。儀器監(jiān)測指的是借助于相關(guān)的規(guī)范和要求，依據(jù)工程實際情況，將各類安全監(jiān)測儀器和設(shè)備布置于水工建筑物上，以便采集大壩安全運行的各類性態(tài)信息。通過處理和整編分析這些信息，結(jié)合人工例行檢查的結(jié)果，就可以科學(xué)客觀地評價大壩的運行和安全狀況，以便更好進行調(diào)度指揮。具體來講，有很多的項目都需要進行安全監(jiān)測，如變形、滲流、壓力、應(yīng)力應(yīng)變等。其中，最為重要的監(jiān)測項目就是變形和滲流監(jiān)測，這些監(jiān)測比較直觀，可以將各種荷載作用下大壩的安全形態(tài)給充分反映出來。

4 水利工程安全設(shè)備監(jiān)測革新

4.1 水利工程安全監(jiān)測設(shè)備現(xiàn)狀分析

隨著時代的進步和發(fā)展，開始興建了一大批新型水工建筑物，人們在對水工建筑物的性態(tài)進行觀測時，開始安裝埋設(shè)了將一些專門的儀器設(shè)備。美國專家將差動電阻式儀器發(fā)明了過來，在工程中成功運用，人們可以更好了解混凝土的應(yīng)變、徐變以及自身提及變形等情況，這樣就構(gòu)建了一套完善的方法，借助于應(yīng)變計觀測值來對混凝土應(yīng)力進行計算。實踐研究表明，差動電阻式儀器有著較好的穩(wěn)定性，可以有效監(jiān)測大體積混凝土建筑物的變形、應(yīng)力等情況，同時，還可以對測點的溫度進行監(jiān)測。因此，在長期發(fā)展過程中，一直改進本類儀器設(shè)備，如今依然得到了較為廣泛地應(yīng)用。在水工建筑物中也開始大量應(yīng)用振弦式儀器，這類儀器有著較為簡單地結(jié)構(gòu)，測量起來比較的穩(wěn)定，對于自動化和長距離測量，非常的有利。

如今研制出來了很多的儀器來監(jiān)測大壩變形，包括遙測垂線坐標(biāo)儀和遙測引張線儀等，前者有電磁感應(yīng)式、電容感應(yīng)式以及步進馬達跟蹤式等，后者有電容感應(yīng)式、CCD 等多種類型。借助于遙測靜力水準(zhǔn)儀可以有效觀測壩體沉降，包括電容感應(yīng)式、CCD 等，借助于多點位移計，可以監(jiān)測基巖不同深度變形情況，如壩體、基礎(chǔ)廊道、廠房等。我國有較多的水利工程，隨著施工技術(shù)的不斷完善和改進，促使安全監(jiān)測的需求得到滿足，國內(nèi)自行研制成功了各種監(jiān)測儀器，比如借助于差動電阻式、電位器式測縫計可以對面板周邊施工縫進行監(jiān)測；利用引張線配合倒垂線和水管式沉降儀配合雙金屬標(biāo)可以對大壩水平及垂直變形進行監(jiān)測，并且可以有效實現(xiàn)自動化采集。不管是從技術(shù)性能、品種還是數(shù)量等多個角度上分析，大部分監(jiān)測儀器都可以促使工程需求得到滿足。

4.2 水利工程安全監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展方向

如今，傳統(tǒng)的安全監(jiān)測技術(shù)逐漸的完善，但是還需要大力開發(fā)新型監(jiān)測技術(shù)，部分新技術(shù)還處于理論研究階段。比如，在各種類型的新型監(jiān)測儀器開發(fā)及完善的同時，由于監(jiān)測儀器需要通過電纜的傳輸，在復(fù)雜的條件下儀器、電纜容易受到電氣一次、電氣二次的電磁場、輻射場等（比如廠房發(fā)電機組、高壓電纜、變壓器）的干擾，造成監(jiān)測數(shù)據(jù)的失真，從而影響水工建筑物監(jiān)測分析成果的判斷。

要解決這一問題需要從三方面入手：第一、提高儀器設(shè)備本身（包括一種監(jiān)測儀器、MCU 數(shù)據(jù)采集模塊等）在各種惡劣情況下的抗干擾能力。第二、針對不同的環(huán)境條件選用不同類型的儀器設(shè)備。第三、監(jiān)測儀器電纜保護管選用鋼管進行保護，并與地網(wǎng)充分連接，最終確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實可靠。在位移監(jiān)測過程中，固然可以采用固定測斜儀進行自動化監(jiān)測，但造價成本較高，可以研制活動式測斜儀，利用單點探頭進行自動化監(jiān)測。在一機多天線等方面，快速發(fā)展GPS 監(jiān)測技術(shù)，但是因為其具有較高的造價成本，存在著較大的局限性，需要進一步的開發(fā)，降低造價成本。在結(jié)構(gòu)損傷檢測以及力學(xué)特性測試的方面，大壩CT 技術(shù)取得了一些成績，但是其傳播和圖像重構(gòu)方面還需要進一步努力，只能夠在小范圍內(nèi)應(yīng)用。在溫度、滲流以及裂縫監(jiān)測方面，光纖光柵技術(shù)取得了不錯的成績，但是需要進一步提升它的多元化和智能化程度。如今在變形監(jiān)測自動化技術(shù)方面，只有較少的手段和方法，需要進一步的深化研究。我國的大壩安全監(jiān)測技術(shù)逐漸的完善，很多已經(jīng)達到國際先進水平，但是在未來發(fā)展過程中，還存在著諸多的不足，需要進一步完善，構(gòu)建一個完整的儀器系列，能夠促使大壩及工程安全監(jiān)測需求得到滿足，將一系列具有較高精度和可靠性的智能化系統(tǒng)給應(yīng)用過來，形成一個完善的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，在線監(jiān)測、離線分析以及安全評判、風(fēng)險評估等諸多功能都可以得到實現(xiàn)，能夠?qū)Υ髩伟踩O(jiān)測的有用信息充分挖掘，促使大壩更加安全穩(wěn)定的運行。

5 結(jié)語

通過上文的敘述分析可以得知，大壩安全監(jiān)測技術(shù)對于水利工程的正常安全運行有著較大的意義；經(jīng)過不斷地發(fā)展，我國水利工程大壩的安全監(jiān)測技術(shù)日趨成熟，很多達到了世界先進水平，為水利事業(yè)的發(fā)展做出了較大的貢獻。但是在未來發(fā)展過程中，還存在著諸多的不足，很多技術(shù)都處于理論研究階段，相關(guān)工作人員需要進一步努力，深化研究，更好地進行水利工程大壩的安全監(jiān)測工作。

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