水库大坝安全监测存在的问题与对策

张 涛

(新疆水发水务集团有限公司，新疆 乌鲁木齐 830057)

目前我国大多数地区都已经开始对水库大坝实行自动化监控，这对于保障人民群众的生命财产安全具有重要意义[1-3]。运用安全监测技术于水库大坝的安全管理中，不仅可实现对大坝的实时监测，还可全面掌握其各方面情况，以避免事故的发生[4-6]。水库大坝是现代社会中重要的水资源调控和利用工程，承担着防洪、供水、灌溉等多种功能。然而，由于水库大坝的特殊性质和巨大的工程规模，其安全问题一直备受关注。近年来，随着科技的进步和信息化的发展，水库大坝安全监测技术得到了广泛应用和研究，为确保水库大坝的安全稳定运行提供了有力支持[7-9]。

水库大坝安全监测技术的研究与应用涉及多个领域，包括结构监测、地质勘探、水文监测、遥感技术、数据分析等。结构监测是水库大坝安全监测的核心，通过安装传感器对大坝结构进行实时监测，获取关键参数如位移、应力、振动等信息，从而及时发现潜在的安全隐患。地质勘探技术则用于对水库大坝周边的地质条件进行详细研究，以评估坝址的稳定性和抗震性能[10]。水文监测则通过对水库水位、流量等指标的连续监测，预测洪水来临时水库的应对能力。遥感技术则通过卫星影像和航空遥感数据，提供水库周边环境变化的信息，以辅助监测和预警。数据分析技术则通过对大量监测数据的收集、存储和处理，提供对水库大坝安全状态的评估和预测。

尽管水库大坝安全监测技术取得了显著进展，但仍然存在一些问题和挑战。首先，水库大坝的复杂性和巨大规模导致监测系统的建设和运维成本高昂。其次，监测数据的获取、传输和处理存在一定技术难题，如数据实时性、准确性和可靠性等方面的挑战。此外，监测数据的分析和解读也需要专业知识和经验，需要建立科学的模型和算法，以实现对潜在风险的准确评估和预测，研究人员和工程师们正积极探索各种对策和应用研究。一方面，通过引入新的传感器技术、数据传输和存储技术，提高监测系统的实时性、准确性和可靠性。另一方面，结合人工智能、大数据分析等技术手段，建立更加智能化和自动化的监测与预警系统，提升对潜在风险的识别和应对能力。此外，加强跨学科的合作与交流，推动水库大坝安全监测技术的创新和应用，也是提升水库大坝安全的重要途径。基于此，本文首先介绍了水库大坝安全监测建设意义及必要性，然后分析了目前我国水库大坝安全监测体系建设中所面临的主要问题，最后提出了相应的解决对策。此外，借助安全监测技术，能够高效地收集水库运行数据，并在此基础上制定出更加贴合实际的大坝维护方案，从而提升大坝运行的安全性和稳定性。

1 水库大坝安全自动化监测存在的主要问题

1.1 自动化监测系统的功能有待提升

水库大坝在受到人类活动或其他因素的影响下，可能会发生多种地质灾害。一旦这些问题得不到有效解决，不仅会导致整个工程无法正常开展，还会造成严重的经济损失和社会危害，需实施严格的运行监测措施。因此，研究如何运用科学方法来提高水库大坝安全监控水平是十分有必要的。图1所呈现的是水库大坝安全监测技术的实际应用情况。为确保水库大坝的安全稳定运行，除定期进行修复和加固工作外，还需要实施严格的运行监测措施。因此，研究如何运用科学方法来提高水库大坝安全监控水平十分必要。

图1 水库大坝安全监测示意图

1.2 自动化监测设备的配置有待完善

水库大坝安全管理工作中，自动化监测设备的配置存在缺陷，是普遍存在的难题。在目前水库大坝安全管理中，由于自动化监测设备配备不全或使用不当等原因，往往会出现一些故障现象。此外，还需要加强日常维护管理力度，确保自动化监控设施运行稳定。监测设备的配置数量和位置与实际要求存在偏差，导致监测数据缺乏全面性和代表性，从而对水库大坝安全自动化监测的质量和效果产生负面影响。

1.3 自动化监测的模式有待优化

目前，水库大坝安全自动化监测工作所面临的主要挑战之一是缺乏多样化的监测模式。随着社会经济发展水平的不断提升，人们对于水库大坝的运行质量要求越来越高，而传统的水库大坝安全监测技术已经难以满足当前时代下水库大坝运行管理工作需求。

2 水库大坝安全监测相关技术

2.1 智能监测结构，保证大坝稳定

如果水库大坝出现问题，整个工程将面临着严重的安全隐患。因此，一旦水库大坝开始使用，就必须对其各个方面进行全面的安全监测，包括但不限于结构变形和内在构造损坏等问题。同时，在水库大坝竣工之后还要定期地开展内部检查工作，从而确保其整体质量处于良好状态下。在水库大坝施工建设之初，相关人员可以运用安全监测技术，将监测系统安装于大坝结构内，以确保监测过程的安全性。

同时，在大坝竣工之后，特别是对于那些容易发生形变的区域，应尽快安装相应的监测设备，以确保其稳定性和安全性。对于一些较为薄弱部位，也可根据实际情况及时地调整或加固，从而确保大坝的稳定与正常使用。在大坝的安装过程中，需要对其进行垂直和水平方向的监测，以确保其安全可靠。对于大坝的整体稳定性来说，这其中最为重要的一个方面就是坝体内部的水位变化情况。监测水库大坝时，相关人员应基于大坝在横向和纵向方向上的数据进行分析，以确定是否存在任何位移等问题。通过这样的方式能够及时有效地发现水库大坝可能存在的隐患，并采取适当措施加以控制和处理。

对水库大坝位移的监测目前尚未得到广泛推广，因为目前大多数大型水利工程都是通过人工方式进行操作完成，而由于受人为因素影响较大，使得其工作质量很难得到保障。在这种情况下，即使小型水库大坝出现位移问题，也很难及时发现，将导致水库遭受严重经济损失。另外，对于一些大型水库而言，其自身坝体高度较高，而且受到外界因素影响较大，因而极易发生变形或者是裂缝等现象。因此，在所有的水库大坝中，必须根据实际情况，每隔约50m设置监测点，以确保对水库大坝的所有结构和构造进行严格监测。此外，还要不断提高工作人员对于监测技术应用的重视程度，并通过各种方式提升技术人员自身专业素养和技术水平，这样才可以为整个工程提供更好地支持和帮助。

2.2 自动测试渗透，提高安全性能

在对水库大坝进行安全监测的过程中，除对其结构进行监测外，还须对大坝实时渗透状态进行严格监测。由于水库大坝本身具有较多因素影响其自身安全性，因此在进行水库大坝建设时，必须要保证各项指标符合相关规范标准，这样才能确保大坝的质量和稳定性。由于我国大多数水库大坝属于中小型水利工程，且其运行年限较长，这就使得这些小型水库大坝存在着诸多安全隐患问题，其中较为突出的就是渗漏现象。因此，政府有必要为那些经济状况较为困难的企业提供必要的支持，以使其能够在大坝工程中采用更为精准的渗流器，从而更加准确地对水库大坝在不同时间段内的渗流量进行统计。

此外，为了更好地保障水库大坝的运行安全性，工作人员还应该根据当地具体环境以及条件来合理选择适合于该区域内的渗流器。通过这样的方式，不仅可以显著提升渗流量测试人员的工作效率，同时也能够进一步确保各地区渗流量监测的科学性和准确性。同时，工作人员还应该通过科学的方法对水位等重要信息进行记录和管理。同时，经过及时的数据分析，相关人员能够更加迅速地掌握当前地下水流量的状态。

2.3 采用智能传感，有效减少风险

目前，智能传感器在水库大坝中广泛应用，其中包括测量位移的传感器和监测地下水的传感器。其中，水位传感器属于一种较为先进且常用的监测技术。监测大坝位移状况的位移传感器，可为相关监测人员提供判断大坝使用寿命的有力支持。同时也可以将大坝发生形变情况及时反馈给工作人员进行分析与处理。然而，在利用该设备进行相关数据监测的过程中，获取监测结果的速度并不尽如人意。因此，需要将一些特殊的技术运用其中，以达到更好的效果。尽管其对监测环境的要求并不苛刻。为了解决这一问题，就需要采用一种新型的监测技术——远程监控传感设备，以保证整个监测工作可以顺利展开，从而确保大坝运行稳定性。

2.4 结合人工智能，提高自动化水平

随着科技的不断进步，智能传感技术在水库大坝中的应用前景日益广阔，其核心在于将大坝的安全监测技术与人工智能技术有机融合，从而实现更加高效的大坝监测。在我国现阶段水库大坝之中，运用到的最多的一种便是智能化监控系统，可以对各种信息进行收集和处理。在水库大坝中，智能传感是由多个传感器协同作用而成的，这些传感器需要对相关数据进行深入分析，而人工智能在这一过程中具有显著的优越性。

从目前来看，我国大多数水库大坝都已经开始使用智能化设备进行监测工作，但是由于这些智能化设备并没有真正运用起来，导致其无法充分发挥出应有的效果。因此，为了提高水库大坝的自动化水平，必须深入挖掘其安全监测技术与人工智能之间的内在联系，并结合实际情况进行优化。另外，在智能化程度逐渐提升的背景下，也会使得水库大坝运行起来更具有稳定性和安全性。同时，将人工智能技术充分应用于水库大坝，有望进一步促进其整体发展，从而实现水库大坝人工成本的显著降低。

3 应用分析

3.1 统计分析

以某县水库大坝为背景，在工程建设过程中，将进行雨水情测报、工程视频监控、大坝安全监测以及监测平台等多项工作。建设单位在前期设计中充分考虑了雨洪管理需求，将水文与防汛抗旱工作紧密结合，建成集观测、预警预报、信息服务于一体的现代化水文气象综合服务平台，实现“天人”互动和资源共享。

3.2 平台建设与雨水情测报

按要求，小(1)型水库应设坝上自动雨量监测站1座，流域面积20km2以上可设流域自动雨量监测站1座，小(2)型水库应设坝上自动雨量监测站1座。在山区中小河流及支流布设自动雨量计时应注意测流断面选择、测点布置等问题。目前，全国已建成运行的中小型水库中，有相当一部分已经建立了自动化雨量站系统，部分地区还将新建或改建自动雨量站系统。在洋县，水库均已完成雨水情一体化监测站的建设，以实现对库区的降雨量和库水位进行实时监测。通过布设测报设备、建立遥测系统以及与雨量器相结合等手段提高了数据采集精度，为防汛指挥决策提供科学依据。该监测站位于大坝迎水坡，采用立杆和支臂相结合的安装方式，以实现水位和雨量的一体化监控。

3.3 工程视频监控

按要求设置小(1)型水库视频监视点1～3个，小(2)型水库视频监视点1～2个，坝长1km以上可以增加视频监视点。视频监视点要有固定位置和数量。为了满足实时查看的需求，视频图像必须具备每日至少一次上传的能力，即使无法实时查看也不能例外。对监控内容和范围有特殊要求时，可以考虑通过人工巡查或远程遥控等手段来完成。视频监视应该是自动连续循环存储的，视频存储时间不低于15d。

为方便远程监测，视频监控系统与互联网连接，以覆盖库区坝面的监视范围，监测人员通过手机、平板电脑等终端对摄像头拍摄的现场视频数据和图片资料进行处理分析。大坝迎水坡上的视频监控站站，采用立杆方式进行安装。

3.4 大坝安全监测平台

根据观测数据进行分析处理，对坝体的整体稳定性做出评价。在大坝的迎水坡上，我们采用了立杆的安装方式。

该综合监测系统提供了两种电子地图，分别为二维和三维，涵盖了水库、水情、雨情、工情和视频监测等5个主要方面。通过对数据进行采集并传输到服务器，由服务器端软件将其转换为相应格式后发送给手机客户端，供用户查看或下载。在监控中心可对各监测点进行数据统计并显示其变化状况，实现了多要素全方位自动监视与控制。水库管理APP与监测平台相辅相成，为用户提供实时预警接收和处置等全方位服务。

3.5 平台应用

截至2022年9月底，某县卡房水库工程建设已圆满完成，平台已成功上线运行，34座中小型水库的监测场景数据展示、统计分析以及智能感知监测预警服务也已圆满完成。

4 结语

水库大坝安全监测是维护水资源安全和社会稳定的重要任务。技术创新可以提高水库大坝安全监测的精确度和实时性，为风险预警提供有力支持。自动化监测观测周期短，能及时显示水库大坝变形情况，具有实现大坝安全信息化管理，安全快速分析以及远程管理与咨询的价值体现，可大大提高水库大坝安全管理质量与水平。在新时代的背景下，水库管理部门应当通过优化自动化监测系统的功能、科学配置自动化监测设备、完善创新自动化监测模式等策略，以全面提升水库大坝安全自动化监测的质量和水平。总之，水库大坝安全监测是一个复杂而重要的领域，需要多方面的努力和创新，以确保水库大坝的安全运营，维护社会的和谐与稳定。