大壩安全監(jiān)測(cè)新技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)研究

馬偉華

【摘要】大壩不僅能夠防災(zāi)減害，還提供著重要的水電資源，是國(guó)家發(fā)展中的重要工程。伴隨著我國(guó)筑壩技術(shù)和水電事業(yè)的發(fā)展，大壩的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)也得到了相應(yīng)的發(fā)展。本文將選取幾種當(dāng)今大壩安全監(jiān)測(cè)常見(jiàn)的新技術(shù)進(jìn)行工作原理和技術(shù)優(yōu)越性的分析，并展望我國(guó)大壩監(jiān)測(cè)的新技術(shù)、新理論和新方法，以期對(duì)我國(guó)水電事業(yè)發(fā)展有所幫助，在此亦與各位專(zhuān)家、同行交流、探討。

【關(guān)鍵詞】大壩；監(jiān)測(cè)；新技術(shù)；幫助；交流

1. 前言

大壩不僅能夠防災(zāi)減害，還提供著重要的水電資源，是國(guó)家發(fā)展中的重要工程。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的水利工程設(shè)施建設(shè)也越來(lái)越受到重視，隨著筑壩技術(shù)的不斷提高，大壩的建設(shè)越來(lái)越具有施工強(qiáng)度大、庫(kù)容大、壩高、監(jiān)測(cè)難度大等特點(diǎn)，隨之而來(lái)的便是如何使用現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)手段來(lái)及時(shí)準(zhǔn)確的掌握大壩工作中的各類(lèi)數(shù)據(jù)，以確保大壩的工程安全，安全監(jiān)測(cè)新技術(shù)的作用在當(dāng)前看來(lái)就顯得尤為突出。我國(guó)對(duì)大壩的安全監(jiān)測(cè)要追溯到上個(gè)世紀(jì)50年代，經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)、人工智能等技術(shù)已替代了傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)儀器，并建立起了較為完整的大壩安全監(jiān)測(cè)體系[1]。下面我們將在大壩安全監(jiān)測(cè)的新技術(shù)中選取大壩CT技術(shù)，光纖技術(shù)的應(yīng)用，以及水下監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)進(jìn)行分析，以期對(duì)我國(guó)大壩監(jiān)測(cè)的概貌有一個(gè)清晰的了解。

2.當(dāng)前大壩安全監(jiān)測(cè)中的新技術(shù)

2.1 大壩CT技術(shù)

自1994年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)首次將CT成像技術(shù)引入到了大壩混凝土缺陷的診斷中來(lái)，伴隨著該軟件系統(tǒng)的不斷修正和完善，目前大壩CT軟件系統(tǒng)已經(jīng)建立。這種技術(shù)具體是根據(jù)某種波在大壩壩體中傳播的射線束，在探測(cè)區(qū)域內(nèi)部構(gòu)成切面，根據(jù)切面上的初至信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)處理，定量反應(yīng)壩體材料的性質(zhì)、病害、老化程度，確定缺陷部位，以達(dá)到監(jiān)測(cè)目的。

大壩CT技術(shù)所能監(jiān)測(cè)到的波主要為電磁波和聲波。因?yàn)殡姶挪ǖ膹?qiáng)度、波形和路徑與它所通過(guò)的介質(zhì)的幾何形態(tài)和電性質(zhì)密切關(guān)聯(lián)，電磁波型大壩CT利用兩個(gè)天線發(fā)射和接受電磁波，據(jù)接受波的幅度、雙程走時(shí)以及波形變化來(lái)推算出壩體的材料性質(zhì)和老化缺陷分布。聲波型的監(jiān)測(cè)是在大壩上布置若干個(gè)震源和震波檢測(cè)器，根據(jù)接收器所記錄的聲波走從發(fā)射點(diǎn)到接受點(diǎn)行程的時(shí)間算出波速，再依據(jù)波速來(lái)了解壩體的材料性質(zhì)和老化缺陷的分布。根據(jù)實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為聲波法具備較高的精度，能達(dá)到理想的監(jiān)測(cè)效果，但其工作量大，成本也較高，在壩體上布置相應(yīng)的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)也受到了實(shí)際條件的限制。相比較而言，電磁波法的操作簡(jiǎn)單，但由于電子波的功率不能夠足夠大，限制了有效的檢測(cè)深度，也有其弊端。因此要根據(jù)實(shí)際情況相應(yīng)的選取。

總體來(lái)說(shuō)，大壩CT技術(shù)能對(duì)大壩內(nèi)部材料的彈模、強(qiáng)度等特性分布狀況、病害和裂縫的部位、內(nèi)部材料老化的程度進(jìn)行檢測(cè)，還能對(duì)內(nèi)部預(yù)埋構(gòu)件如金屬埋件、鋼筋等狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)施工爆破對(duì)大壩的結(jié)構(gòu)影響也能檢測(cè)，還能對(duì)施工質(zhì)量的補(bǔ)強(qiáng)加固效果進(jìn)行檢測(cè)[2]。除了這些對(duì)大壩自身結(jié)構(gòu)和性能的監(jiān)測(cè)外，也可把CT成像的技術(shù)與其它現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，展開(kāi)更廣泛領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)。

2.2光纖技術(shù)監(jiān)測(cè)

光纖不僅能夠起到傳光的作用，還可以起到傳感的作用，利用光纖自身的這些特性，可以利用分布式傳感光纖系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行大壩的監(jiān)測(cè)。分布式傳感光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)以連續(xù)函數(shù)的形式測(cè)算光纖的變化，這樣光纖的任意一點(diǎn)都成了傳感器，再將這些光纖按照網(wǎng)格來(lái)鋪設(shè)，就可以提供大量的信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩全方位的監(jiān)測(cè)，提高監(jiān)測(cè)有效性。又由于光纖自身柔軟易放置，其傳感器重量也輕，體積很小，這樣一來(lái)，布設(shè)安裝的工序簡(jiǎn)易，可以做到無(wú)損埋設(shè)，使用很方便。另外，光纖具有抗電磁干擾，防雷擊，耐腐蝕，潛在故障較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性很高，加之價(jià)格不貴，性?xún)r(jià)比也極高，是大壩監(jiān)測(cè)新技術(shù)中較為實(shí)用的一種技術(shù)。如目前景洪水電站、坦肯水電站、拉西瓦水電站等國(guó)內(nèi)諸多水電站都采用了光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.3 水下監(jiān)測(cè)技術(shù)

對(duì)于大壩的水下部分，常規(guī)的監(jiān)測(cè)手段不容易對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，我們可以采用光學(xué)水下工程監(jiān)測(cè)設(shè)備和聲學(xué)水下工程監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)。如水下閉路電視、水下激光掃描等設(shè)備在日常的工作中都已應(yīng)用，這些設(shè)備因?yàn)閳D像的因素觀察效果直觀，但觀察的距離也有限，水下環(huán)境千變?nèi)f化，圖像也不能始終保持清晰。相應(yīng)的，如測(cè)探聲吶、地貌聲吶、掃描聲吶等依據(jù)水聲原理開(kāi)發(fā)的水下探測(cè)設(shè)備的缺點(diǎn)則是，圖像分辨率太低并且解讀需要專(zhuān)業(yè)的人員花費(fèi)大量時(shí)間。

還有以水下機(jī)器人為載體的水下安全監(jiān)測(cè)設(shè)備，它是通過(guò)控制臺(tái)上的前后、進(jìn)退、下沉、轉(zhuǎn)彎、攝像頭焦距等旋轉(zhuǎn)按鈕來(lái)操縱機(jī)器人的行動(dòng)，。目前，這些水下機(jī)器人可攜帶輻射傳感器、金屬測(cè)厚計(jì)等多種設(shè)備進(jìn)行水下檢測(cè)，他們小巧靈活，操作方便，并且可以達(dá)到其他儀器無(wú)法到達(dá)的深度，在我們的實(shí)際工作中已經(jīng)廣泛應(yīng)用到排沙口，船閘，攔污閘的檢查和監(jiān)控中[3]。

3. 大壩安全監(jiān)測(cè)新技術(shù)的趨勢(shì)

大壩安全監(jiān)測(cè)新技術(shù)當(dāng)前正在發(fā)展中，其前景廣闊?？傮w上未來(lái)的大壩安全監(jiān)測(cè)趨勢(shì)要符合以下幾點(diǎn)：一是實(shí)現(xiàn)集約化的管理。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得以省或以流域?yàn)橹行牡拇髩伟踩O(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)可以建立起來(lái)，這樣便于全面的監(jiān)控和集約管理；二是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的在線監(jiān)控。安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立起來(lái)后，自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)會(huì)準(zhǔn)確存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的分析，整個(gè)過(guò)程將快速，簡(jiǎn)潔；三是可以適應(yīng)各種環(huán)境進(jìn)行工作。安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)常年布置在潮濕環(huán)境中，又即系受到雷電和高壓強(qiáng)電的干擾，自動(dòng)化的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種環(huán)境來(lái)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程不僅能夠防災(zāi)減害，還提供著重要的水電資源，是國(guó)家發(fā)展中的重要工程。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的水利工程設(shè)施建設(shè)也越來(lái)越受到重視，相信廣大的大壩安全監(jiān)測(cè)工作人員能夠利用現(xiàn)代化的大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)為我國(guó)的水利工作做出更大貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李珍照.大壩安全監(jiān)測(cè)【M】.北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]張進(jìn)平.大壩安全監(jiān)測(cè)資料分析方法及信息處理技術(shù)的若干進(jìn)展[J].大壩與安全，2003，（6）：19—23.

[3]黃成業(yè).李梅鳳. 大壩安全監(jiān)測(cè)工程質(zhì)量管理論析[J]-中國(guó)科技博覽2012（6）.