大坝安全监测技术探讨

李清华 蒋卫国

摘要：大坝安全监测系统作为一种新型技术，在大坝原型中通过利用观测仪器来进行现场测量，以此方式来获取大坝结构变化。本文作者探讨了大坝安全监测技术。

关键词：大坝;安全监测技术;观测仪器

0、引言

大型水电站坝址地质条件复杂，多处于高震区和高地应力区，一旦失事，将会给下游人民的生命和财产带来重大损失，因此，对大坝进行安全监测非常必要。为了保障大坝建设以及全生命周期运行过程中的长久安全，100多年以来，人们一直在探索建设更好大坝的相关理念和技术，大坝的施工与运行管理模式经历了简易工具时代，大型机械化时代，直到今天的自动化、数字化、智能化时代。所谓智能大坝（Idam），是基于物联网、自动测控和云计算技术，实现对结构全生命周期的信息实时、在线、个性化管理与分析，并实施对大坝性能进行控制的综合系统;其基本特征是施工、监测数据智能采集进入数据库，监测数据与仿真分析一体化、施工管理和运行控制实时智能化，减少在大坝结构建设运行过程中的人为干预。

1、工程概况

某水库建立于1985年，水库的占地总面积为160.3平方公里，并且水库的容量为4780万立方米。同时这个水库自从建成到至今，给附近的很多省份和市做出了很大的贡献。但是水库在运行的过程中，也出现了很多方面的问题，例如：在2005年，就发生了比较严重的管涌和集中渗漏，这样就很大程度的影响了水库运行的安全，倘若其发生安全事故，不仅会直接影响本市的供水情况，还会造成严重的经济损失。针对这样的现状，水利工作人员对水库进行了排险加固，并且完善了水库安全监测设施，与此同时还采用了比较先进的监测方式对大坝进行监测，这样就可以有效的满足水库大坝的安全监测要求，从而就能确保工程项目的顺利实施和开展。

2、大坝的监测内容

2.1 检查观测

检查监测是利用人员本身通过观察、手摸或者利用一些简单的工具对建筑物进行简单的观测。使用仪器观测虽然可以得到更为准确的信息，但一个建筑物的仪器安设点 数是有限的，太多的仪器设备不利于经济方面的考虑，另外水工建筑物裂缝、渗水等缺陷部位也不一定反生在仪器设备的观测点上，所以人员的检查观测具有相当重要的地位。有利于及时的弥补仪器的不足，及时的发现异常情况的发生。检查观察主要检测建筑物有无裂缝，在坝脚、迎水坡部位有无塌陷、流土和沼泽化的现象，在伸缩缝部位是否有渗漏，混凝土表面有没有松软、侵蚀的危害，有泄水作用的部位检查有无磨损、剥落金属部位的焊缝、铆钉等是否生锈变形。

2.2 仪器的量测

仪器量测既是在相应的建筑部位预设仪器设备，通过规律性的采集数据，来判定建筑物的工作状态。

（1）变形观测

变形观测是原型观测中较为重要的一部分，要对土工、混凝土、土坝等建筑物观测水平位移和垂直位移、地基的固结沉降情况、伸缩缝的变形等 。

（2）渗透观测

对于土坝类的渗透观测，浸润线的位置变化情况可以通过孔隙水压力仪来确定，根据结构形式、工程等级以及施工方法和地质情况等定出观测断面，观测断面要能够反应出主要的渗流情况和问题可能发生的地点，根据断面的大小确定测量点数。其他还包括渗流量的观测、绕坝渗流观测、坝基渗压观测、土坝孔隙水压力观测以及渗水透明度观测。对混凝土建筑物的渗透观测还要包括坝基场压力观测和混凝土内部渗透渗透压观测。

（3）应力与温度观测

以混凝土坝的观测为例，通过在混凝土内部埋設应力应变计和无应力计，来观测混凝土内部因为温度、湿度、化学变化以及应力引起的总应变。无应力计主要用来量测温度、湿度以及化学变化引起的应变，总应变减去这一部分就可以得到有荷载引起的应变，换算成应力，既可得出想要的结果。温度对混凝土坝体也有重要的影响，温度观测要在坝体内布设温度计，在靠近坝体表面、在坝体钢管、宽缝、伸缩缝等附近要加大测点的布设密度，和坝体周围的水文地质条件结合起来，对坝体内部温度的出合理的观测处理。

（4）水流的观测

主要对水流形态观测，从而得出水流带给建筑物的作用力，避免不利的水流影响。水流平面形态包括水流的流向、回流、旋窝、折冲水流、翻滚。观测时从泄水建筑物开始向上下游两端一直到水流正常的地方。对于高速水流，要着重观测水流引起的振动、压力以及负压进气量等，观测数据可以提供宝贵的经验资料，为维修维护建立有效的依据。

3、大坝安全监测技术

水库大坝的安全监测，首先应该设计科学的大坝安全监测网络系统，选择合适的测点定时定点对大坝坝体和周边地区进行监测，在洪涝季节，还应该加强人工的观察和巡查。对大坝安全监测进行科学的管理，及时对所测得的数据进行分析，及时发现大坝存在的安全隐患。

3.1大坝安全监测系统的设计

水库大坝的安全问题往往比较隐蔽，如果没有科学的监测系统和相关的仪器设备，有些细微隐变难以及时发现，因此，建立一个科学合理的大坝安全监测自动化网络系统，显得尤为重要。大坝安全监测系统首先应该拥有相关的监测仪器和设备，利用仪器对大坝进行变形监测、渗流监测、应力监测和气象水文监测，同时，还应充分利用现代网络技术，利用大坝安全监测软件和计算机网络技术，将所监测到的相关数据及时自动化反馈到计算机平台上，为专家分析相关数据和资料提供方便。

（1）雨水情数据采集

前端RTU采集降水、库水位等数据，并按整点或超限上报等方式上报给中心，中心的平台软件将数据汇入到水库群监测数据库

（2）图片拍照

前端RTU可通过摄像头对现场定时拍照，并将图片上报中心，中心平台可将图片、雨水情监测量关联查看，以准确了解现场实情

（3）数据展示与分析

平台可提供GIS地图综合数据展示、测站综合数据管理、测站详细监测量管理等多种数据分析与展示方式，便于用户快速了解相关信息，也可对某测站进行深入分析

（4）通迅方式

中心与前端设备的通信以GPRS/CDMA通迅方式为主，短信备份为辅（北斗卫星可定制）

（5）数据报表

库水位、降水量等数据可以生成曲线及报表，支持打印输出

（6）监测站管理

中心平台可对监测站进行远程管理，包括在线管理、自动校时、参数配置、程序升级、日志查询、历史数据查询、招测、蓄电池电压告警等

3.2智能传感器

这是一种将传感器与微型计算机集成在一起的装置，使其具有感知本能外，还具有认知能力。这种仪器具有复合敏感功能，即能同时测量多种物理量和化学量，如美国加州大学智能传感器可同时测量液体温度、流速、压力和密度;此外，传感器还具有自补偿和计算功能，自检、自校、自诊断功能以及信息存储和 传输功能。

3.3严格科学的管理

在大坝安全监测的过程中，应该建立合理的安全监测管理系统。包括对测点的管理、仪器设备的管理、数据采集的管理、数据分析和安全诊断的管理、档案资料的管理以及对大坝人工巡视的管理。不仅要加强人员的管理，还应建立科学的网络管理系统。只有严格科学的管理，才能保证安全监测程序的有效进行，才能更好的保证大坝的安全。

3.4资料分析与安全诊断

首先应该将仪器设备所监测到的数据进行及时的整编，对数据进行计算、审查、报表和绘图，再根据数据和资料，进行大坝的表面沉降、深层沉降、裂缝和周边缝等变形分析，以及渗流压力、渗流量等渗流分析，利用大坝的安全分析评价系统，對大坝的安全性进行诊断。

3.5利用视频图像监控

视频图像作为大坝安全监测的重要辅助手段，可以更好地了解和检查大坝的工作状态和运行情况。建议有条件的工程建立大坝图像监视系统，主要是对大坝、地基、岸坡的关键部位及监测设施建立图像观测点进行实时监控，并将图像传输到监测分站、总站或管理中心，进行图像监视、显示、录制、回放，并对摄像设备进行远控。

4、结束语

从目前的现状来看，在我国水库大坝中，采用的自动化技术，已经有一套比较完善和成熟的开发建设模式，这样不仅可以全面的指导安全监测和除险加固改造，还可以很大程度的提高安全监测的水平和防洪和供蓄水能力，从而就能够促进水库的健康稳定发展。

参考文献：

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[2]赵清，孙仁伟.新立城水库大坝安全监测系统改造[j].吉林水利，2011，（04）：21-22.