大坝安全监测的现状与发展趋势

朱 俊

(安徽省龙河口水库管理处，安徽 六安 231300)

大坝是我国水利事业及水运交通的重要组成部分，是调节水资源时间、空间配置的重要手段，当然，也是江河防洪工程中的重要一环，从各国修筑的大坝来看，功能越来越全，发挥的作用也越来越大，除了传统的蓄水、调节水位以实现水利灌溉之外，更多的诸如水利发电、水路航行、防洪等功能也被愈来愈加的受到重视。然而，大坝是人类征服自然的一种行为方式，在满足人们各种需求的同时，也存在在诸多的安全隐患，一旦大坝出现崩塌、溃退的情况，也会对人们生产、生活乃至财产安全带来重大的危害。

1 大坝安全的影响因素

为了更好的确保大坝的安全，了解和完善大坝安全监测体系，首先我们必须清楚影响大坝安全的主要因素有哪些。从国际大坝会议公布的相关数据来看，影响大坝安全的主要因素体现在3个方面，如表1所示。

表1 大坝事故原因及概率

1)大坝设计、论证时不够严谨，对大坝可能影响的地质原因分析不够透彻，导致大坝本身就存在缺陷和隐患，比如对河道流域的降水量估计不充分，大坝的高度和蓄水量远远不能负荷流域内降水，最终导致大坝漫顶而出现安全事故，从数据上看，57%的事故是由此导致的。

2)大坝本身运营时的折损，大坝由钢筋混凝土建造而成，钢筋的老化和生锈，加上水流对大坝的侵蚀、冲刷，金属材料腐蚀，这些由日积月累的量变，最终会对大坝产生破坏性的安全影响，这类事故占比也高达31%.

3)大坝本身管理的不严谨，缺乏科学的大坝管理办法，如在施工中偷工减料，使用劣质材料，日常管理中对大坝的安全隐患不闻不问，对存在的问题不做任何的修正和完善，听之任之，最终导致大坝安全事故的发生，这类事故产生的比重甚至超过大坝本身的损耗风险，高达12%。

2 大坝安全监测的必要性

大坝的安全事关重大，对大坝安全建立相应的监测体系：从各种水文环境、地质条件、大坝结构、安全信息等各方面数据进行搜集，并加以分析，通过不断反复的数据累积和分析，得出大坝运行的安全系数，对大坝进行安全等级管理。建立大坝安全监测体系主要是基于以下3个方面：

1)能够更为清晰、准确并及时的了解大坝运行情况，对其安全进行实时监控，确保大坝的日常运行安全。大坝的安全监控主要包含2个方面：①监测；②安全评级。从这可以看出，通过对大坝进行诸如水位、坝体、设备运行等方面进行监控，能够对大坝的运行安全情况有清晰的了解，同时也提供了大坝的安全评级数据，通过对这些数据进行分析，也就能够较为准确的评估大坝的运行安全状况。

2)有助于我们进行数据模拟，对大坝的运行规律进行探索和研究。在进行大坝安全监控时，我们可以对收集到的数据进行工程建模，对大坝的运行状况进行模拟，在模拟的过程中通过改变各种条件，提升大坝运行的效率和期限，最终实现大坝建设的综合效益，也能够为大坝的建设和维护探寻到宝贵的经验和规律[1]。

3)能够提高大坝的建设技术和管理水平。通过对大坝安全监测，能够获得很多的大坝建设、运行数据，这些数据对大坝建设具有极大的价值，通过对数据进行分析研究和论证，给大坝的设计、施工提供指导，使其更有效率的进行日常运行管理。

3 大坝安全监测的现状

大坝安全的重要性从20世纪20年代开始逐渐被人们所重视，相应的理论、学科、技术逐步成型，相关的专家和工程技术人员在大坝设计、建设、运行的各个环节对大坝安全监测进行研究、论证和实践，但受限于技术的发展，取得的效果极为有效。20世纪70年代，随着电子、计算机和通讯技术的发展和完善，大坝安全监测取得了极大的突破和成果，形成了较为科学的大坝安全监测体系，随着技术的不断进步和更新，到20世纪90年代初，自动监控技术有了实质性的发展，并在实践中得到了使用，使得大坝安全监测进入了自动化监测的阶段，到本世纪，技术不断完善、更新和成熟[2]。

我国的大坝安全监测起步较晚，开始于新中国成立后的20世纪50年代，跟随着时代的脚步，到20世纪80年代，也逐步的实现了大坝的自动化遥测监控，到20世纪90年代，重点的大坝工程都完成了自动化监测系统的安装和改造，大大完善并提高了大坝安全监测体系。

从当前的现状来看，大坝安全监测体系在技术上已经能够做到紧跟技术发展，随着技术的更新而更新监测技术和设备；在管理上也有了一定的进步，能够从大坝整体的角度监控大坝运行的安全；从一定程度上讲，当前的大坝安全监控已经达到了较高的水平，大坝的安全运行已经有基本的保障。但是，在大坝的设计时，我们还是无法改变客观地质水文条件对大坝安全的威胁，在安全预警和日常管理中，还是存在着一定的问题，对坝体的细节监控还略有忽视。

4 大坝安全监测的发展趋势

从大坝安全监测的现状来看，监测的范围、内容和采用的技术方式是大坝安全监测的主要构成，同时，对大坝运行规律和管理也是重要方面，因此数据分析和大坝安全思维就显得极为重要，因此，当前大坝安全监测的发展趋势也是围绕这3个方面来进行[3]。

1)从监测的范围和内容上来看，国家和行业的相关规定主要还是集中于大坝坝体及周边相关建筑和设备的监测。但从大坝安全的影响因素来看，远远不止这些，从勘探、设计、施工、运行等各个阶段都会影响到大坝的安全，随着人们对大坝安全研究的深入，对大坝安全监测的范围和内容已经有所扩大：在勘探设计时，会对大坝的地质、水文、环境等相关因素进行认证的论证，对影响到大坝安全或对大坝安全具有重大影响的情形进行重点关注，必要时，也需要进行一定时期的监测，获得相关数据，对大坝的相关物理条件因素进行再次确认，最终确定大坝设计方案；在建设施工阶段，需要对施工的用材、质量进行重点监控，并对施工中遇到的问题进行仔细、科学论证，对影响到大坝安全的，进行设计研讨甚至修改，以确保大坝高质量建设完成；在日常的运行阶段，除了对坝体和相关建筑设备的监控，对大坝的水文、电路等监控也应该纳入大坝安全监测范围之内。

2)监控技术是大坝安全监测的主要方式，也是大坝安全监测发展趋势研究的主要内容。大坝安全监测从最早的人工方式，到传感设备的进入，在发展到目前的自动化监测，这些都是基于技术的进步而逐步发展并完善的，如表2所示。从当前的技术发展和运用情况来看，大坝安全监测的技术发展趋势会有如下3种：

a)光纤传感技术。光导纤维技术是一项新兴的技术，它能将光和图像曲折传递到任何地方和角落，我国在此理论应用上取得较大成果，特别是在大坝安全监测上，也有自己的专利。通过这一技术，能够准确的监测出坝体的温度、裂缝、应力变，水平和垂直方向的位移情况，能够对坝体各个部位的形变进行有效监控，尤其在高雷区、高磁场区域的大坝运用此技术监控大坝安全，具有很强的适用性。

表2 大坝检测技术发展一览表

b)CT(计算机层析成相)技术。CT技术在医学领域运用较广，它是在不破坏物体物理结构的前提下，通过周边某种物理量形成其ID物影成像，并通过计算机和相关数学算法，形成2D乃至3D影像，这对大坝的选址、勘探阶段会有较强的实际作用，能够对坝体的地质条件，包括断裂情况，其分布和情况如何，都能够获得实际的数据；同时，对坝体的监测也可以采取此办法，可以减少其他设备的投入，此技术运用于日常监测的问题在于无法实时获得数据。

c)激光技术。激光技术以其简便、高效，成为广受欢迎的测量方式，它将勘测的灵敏度大大提高了，同时对大坝所处的环境限制也更加宽松，减少了作业的限制和客观条件的干扰，科学性大大提高。将激光技术运用于大坝安全监测中，较为成功做法是：在大坝分段设立准直激光，射向相应的坝段，实现激光准直度的自动校验，这能够很好的解决长坝体(特别是800m以上的)的监测难题，而且精确度极高。

3)在大坝安全监测数据分析和其思维方面，其发展趋势体现在两个方面：①从数据分析角度来看，误差处理和监测资料的分析是其重点，发展的趋势与数学分析理论的进步息息相关，在数学处理方法上的创新对大坝安全监测数据分析而言也是巨大的推动；②在大坝安全监测的思维上，大坝整体环境的综合分析、坝体微观监测以及坝体安全预警、预案制定都是大坝安全监测的重要方面，在安全监测的思维上，大小兼顾，统筹发展。

5 总 结

随着水利事业的发展和大坝技术的不断进步，大坝对社会和经济的发展意义重大，因此，必须重视其发展，但因其对社会安全有较大的潜在危机。因此，对其安全监测必须狠抓不放，通过加大对大坝安全监测的理论研究与论证，深入探讨和专研，争取获得大坝安全监测在技术、管理方法、数据分析等各个方面更大的突破和进步，从而最大程度地保障大坝安全。

[1]马静洲，方朝阳.大坝安全监控指标综述[J]，中国农村水利水电，2009(06)：137-139.

[2]赵志仁，徐锐.国内外大坝安全监测技术发展现状与展望[J]，水电自动化与大坝监测，2010，34(05)：52-57．

[3]陈文燕，朱林，王文韬.大坝安全监测的现状与发展趋势[J]，电力环境保护，2009(12)：38-42．