论变形监测技术的现状与发展趋势

张欢　马杰

[摘要]水库大坝作为国民经济重要的基础设施，其安全性备受瞩目。变形监测是大坝安全监测重要的一部分，可以较为直观地反映水库大坝的变形位移情况，但有些水库大坝运行期间，变形监测系统会出现各种问题。文章阐述水库大坝变形监测技术的现状以及发展趋势，以期可以为相关人士提供一定的参考和帮助。

[关键词]变形；监测技术；现状；发展趋势

一、常规的变形监测系统及方法

（1）水平位移监测：对水工建筑物的顺水流方向或顺轴线方向的水平位移变化进行监测。常用观测方法分基准线法、大地测量方法两大类。

基准线法是通过一条固定的基准线来测定监测点的位移，常见的有视准线法、引张线法、真空激光准直法、垂线法。

大地测量方法主要以外部变形监测控制网点为基准，以大地测量方法测定被监测点的大地坐标，进而计算被监测点的水平位移。常见的方法有交会法、精密导线法、三角测量法、极坐标法、GNSS观测法等。

（2）垂直位移观测：对水工建筑物垂直方向的位移变化进行测量，用以了解水工建筑各个设计监测部位的垂直位移变化情况，进而确定水工建筑随着施工及蓄水等因素变化、基础的沉降抬升情况，从而掌握水库大坝的状态。

常用的方法有几何水准测量方法、三角高程测量法、液体静力水准法、双金属标法、水管式沉降仪法等。

（3）挠度观测：一般用于混凝土坝，以坝体内置的铅垂线（正垂线和倒垂线）为基准，测量坝体不同高度相对于铅垂线的水平位置变化，从而确定坝体的挠曲变化。

（4）裂缝观测：对建筑物产生的裂缝或库岸边坡裂缝进行位置、长度、宽度、深度、错距等监测，以了解裂缝的变化情况。

一般采用丈量方式，可采用检定过的钢尺、铟钢尺等进行精密量距，也可在内部坝块接缝处埋设测缝计，在坝趾和混凝土面板接缝之间还需要埋设三向、双向测缝计，在山体或基础应力较大处埋设裂缝计，用于监测施工缝、周边缝等开合情况。

（5）滑坡及崩岸观测：滑坡体崩岸区应进行定期监测，并进行巡视检查，必要时进行预警，减少突发事件发生时的损失。

二、变形监测现状

（一）设计不足

水库大坝在初期勘测设计阶段，由于未考虑到运行期周边市政工程的影响，将部分控制网点、视准线工作基点、水准基准点、水准工作基点等布设在高边坡或公路旁边，以便不遭受人为破坏，也便于观测人员到达。但部分边坡在电站施工后期，因边坡出现塌方、道路进行拓宽等原因，造成基点及基准点破坏，需要进行测点重建和数据引测。

（二）维护不当

水库大坝监测人员缺少专业的监测知识，运行期间对变形监测设施仪器维护不当，保护措施不到位，导致部分仪器设备失效、自动化系统瘫痪，或存在缺陷却依然采集“正常数据”。

（三）管理不严

（1）水库大坝进入运行期后，一般管理单位仅投入较少的人员进行现场管理，安全监测专业技术人员缺失。大量的监测工作需要具备专业技术能力的人员来完成，主管人员经常身兼数职。（2）监测工作实施过程中极少能按照国家规范、行业标准来执行，导致采集到的监测数据粗差、误差较大，不能满足监测分析要求。（3）许多变形监测仪器设备需要定期检定，部分电站主管部门监测管理不严，导致监测仪器多年未进行检验、率定，其测量数据可信度不高。

（四）技术落后

随着社会的进步和技术的革新，安全监测技术也有了很大发展。新仪器、新方法、新软件等一系列新技术的出现，极大地减小了安全监测人员的工作强度，也有利于科学、高效地进行安全监测施工、实施以及最终分析。部分水库大坝管理方由于资金不足、观念落后等因素，至今仍采用老旧的设备、方法进行安全监测工作，不仅精度满足不了要求，有时受天气影响，甚至无法完成观测任务。

三、变形监测的发展趋势

（一）建立多导航卫星系统的实时变形监测分析系统

对于区域性桥梁或者是地壳的变形监测，可以采用多星实时变形监测系统能自动的分析和处理变形监测数据的能力，从而对变形体的监测做出科学合理的预测。未来卫星将不同卫星导航系统之间的融合用于变形监测。因此，研究GNSS实时动态的监测大型构筑物也是一个主要的研究方向。

（二）建立GNSS/GNSS集成的变形监测系统

当前变形监测技术不仅需要获取变形体的大小，还应该对变形体做出一定的预测和解释。虽然GNSS技术在变形监测中的观测精度较高，自动化水平较高以及数据处理软件也较完善。但是仍无法对变形体的信息做出合理分析，所以可以考虑将两者进行有效的融合。

总而言之，随着我国信息技术的不断发展，大坝变形监测技术逐步實现了信息智能化，对大坝变形监测资料分析提出更高的要求。为此，应进一步研究解决监测资料分析中存在的问题，为大坝安全建设及安全评估提供更有价值的科学依据。不断深化监测分析成果在水利工程中的应用价值，促进水电行业的发展。