摘要：本文对大坝为主的水工建筑物安全监测的内容作了简单的概括，着重分析了其对于水工建筑的作用及意义，并对安全监测技术的发展作出了分析和展望。
关键词： 大坝监测；数据观测；技术展望
大坝安全监测是人们了解大坝运行状态和安全状况的有效手段和方法。 它的目的主要是了解大坝安全状况及其发展态势 , 是一个包括由获取各种环境、水文、结构、安全信息到经过识别 、计算、判断等步骤 , 最终给出一个大坝安全程度的全过程。 此过程包括 : 通过各种信息的获取、整理和分析 , 给出大坝安全评价 , 控制大坝安全运行 ; 校核计算参数的准确性和计算方法的实用性 ; 反馈施工方法的正确性 , 改进施工方法和施工控制指标 ; 为科学研究提供现场资料 , 检验各种理论、校正各种模型和参数 , 协助找出实测规律和辅助成因分析等。
1 大坝的监测内容
1.1 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 。
1 . 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设应力应变计和无
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 。
2.大坝安全监测的作用和意义
2.1 大坝监测与安全评价相辅相成 ,是大坝安全评价中不可分割的两部分。大坝安全监 测通过对坝体、周岸及相关设施的巡视审查和仪器监测 , 可以为大坝的安全评价提供基本资料和数据。通过对这些监测资料的可靠性分析 , 就可以完成坝体与坝坡的稳定性分析、渗流稳定分析、工程运行评价等大坝安全评价工作。
2.2有助于认识各种观测量的变化规律和成因机理 , 确保大坝安全。 延长大坝寿命 , 提高大坝运行综合效益。 对大坝安全监测资料及大坝的结构与基础性态进行分析计算和模拟 , 有助于认清各种观测量的变化规律以及各种变化的物理成因 , 从而能及时发现隐患并采取相应措施 , 以确保大坝安全 , 延长大坝运行时间 , 提高效益。
2.3有助于反馈大坝设计、指导施工和大坝运行 , 推动坝工理论的发展。 由于大坝及其坝基的工作条件比较复杂 , 相关荷载、计算模型及有关参数的确定总是带有一定的近似性 , 因而现有的水工设计
还难以与工程实际完全吻合。 因此 , 利用大坝安全监测资料进行正、反分析 , 及时评价大坝和坝基的工作性态 , 依据设计、施工方案 , 对在建或拟建大坝提出反馈意见 , 以达到检验和优化设计、指导施工的目的。
3. 大坝安全监测技术的展望
随着科学技术的进步及水利水电事业的蓬勃发展 , 大坝安全监测技术也在不断发展和提高。 未来的发展趋势可归纳为以下几点 :
1) 监测设计优化。 设计优化的目 的是以最小的监测工作量解决大坝安全监测中需要解决的技术问题 , 在保证安全的前提下 , 以最少的投入获得最大的效果 , 充分发挥安全监测的作用。据文献介绍 , 仅通过对三峡工程一个技术设计阶段的布置优化 , 就使仪器设备总数量比初步设计减少约 1/3, 监测总投资估计可减少 1 亿元人 民币以上 , 其效益是非常显著的 , 可见设计优化的重要意义 , 优化与不优化大不一样。 笔者建议今后将设计优化纳入监测规范 , 使每一座大坝的监测都能进行设计优化。
2) 发展智能传感器。 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) 改进数据采集系统。 由于大坝安全监测的测点比较分散 , 且仪器种类较多 , 要实现对建筑物各测点的全面控制 , 需要一种低成本、可互操作的测控系统 , 但目前国内外有关厂家产品的性能还不够理想。因此 , 对现有各种大坝监测数据采集系统的开放性、兼容性、可靠性及现场设备监测网络的广泛易组性 ( 适应多种通信介质 ) 、 可远程监控等性能进行改进 , 是一个重要的发展方向。
4) 群坝信息系统集成。 在国内一些地区建立的水库管理局和水电总厂的下 , 往往要求统一管理流域系统或附近地区的多座大坝 , 例如湖南五凌电力公司就属于这种情况。 为此 , 需要以公司管理部门为中心 , 各坝区为分中心 , 实行统一管理、 远程操控、监测数据采集、分析评价和网络报送等由中心负责 , 各分中心只需保证系统的现场硬件设备正常运行即可 , 这就大大减少了管理人员 , 且提高了工作效率。
5) 采用综合自 动化系统。 在大坝安全管 理方面 , 一般同时存在多个自 动化系统 , 其中包括安全监测、水情监测、闸门监控、视频监控等。将安全监测系统纳入工程远程监控系统进行自 动化统一管理。
6) 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。
7) 进行现场安全检测。
安全检测对大坝安全运行作用日益明显 ,主要是可以找出坝体及坝基内部隐患 , 了解掌握大坝运行性态 ,并可对大坝的维修加固进行检查及评价。这项工作目 前还在发展阶段 , 其检测设备和方法还需不断研究和完善 , 但是应当肯定 , 安全检测是检查大坝健康状态的好工具、 好方法 , 将会越来越受到监测界的重视。
8) 开展安全报警研究。
为避免产生安全灾害和减少损失 , 在进行了各种监测及资料分析的基础上 , 进行安全报警是非常重要的。这方面国外研究较多 , 有的发达国家建立了长期报警系统 , 甚至还定期进行演习。 中国在这方面还比较薄弱 , 建议开展报警系统研究 , 对报警准则、分级、设备及方法等提出一套切实可行的技术方案 , 待条件成熟时可制定安全报警的规程、规范。
4. 结语
虽然大坝等水工建筑物安全监测技术在近10余年得到了空前的发展 , 但相对于水电大坝 安全高效运行的 需求来说 ,还有很大的 发展空间 ,尤其是近年来一些巨型的高坝大库相继开工建设 , 给安 全监测 技术领域提出了许多新的课题。在监测技术标准化建设和 监测施工走专业化发展道路等方面还任重道远 ,一些新兴的监测技术如 : 大坝 安全监测 实时监控预警预报系统、基于分布式光纤传感监测技术和 传导 型纤维传感技术的智能化监测系统、大坝 动态监测 系统、大坝 CT 层析技术等 , 都还处于研究阶段 ,期待 广大的安 全监测技术人员进一步研究 ,早日为工程服务。
参考文献
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