大壩安全監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

朱 俊

(安徽省龍河口水庫管理處，安徽 六安 231300)

大壩是我國水利事業(yè)及水運交通的重要組成部分，是調(diào)節(jié)水資源時間、空間配置的重要手段，當然，也是江河防洪工程中的重要一環(huán)，從各國修筑的大壩來看，功能越來越全，發(fā)揮的作用也越來越大，除了傳統(tǒng)的蓄水、調(diào)節(jié)水位以實現(xiàn)水利灌溉之外，更多的諸如水利發(fā)電、水路航行、防洪等功能也被愈來愈加的受到重視。然而，大壩是人類征服自然的一種行為方式，在滿足人們各種需求的同時，也存在在諸多的安全隱患，一旦大壩出現(xiàn)崩塌、潰退的情況，也會對人們生產(chǎn)、生活乃至財產(chǎn)安全帶來重大的危害。

1 大壩安全的影響因素

為了更好的確保大壩的安全，了解和完善大壩安全監(jiān)測體系，首先我們必須清楚影響大壩安全的主要因素有哪些。從國際大壩會議公布的相關數(shù)據(jù)來看，影響大壩安全的主要因素體現(xiàn)在3個方面，如表1所示。

表1 大壩事故原因及概率

1)大壩設計、論證時不夠嚴謹，對大壩可能影響的地質(zhì)原因分析不夠透徹，導致大壩本身就存在缺陷和隱患，比如對河道流域的降水量估計不充分，大壩的高度和蓄水量遠遠不能負荷流域內(nèi)降水，最終導致大壩漫頂而出現(xiàn)安全事故，從數(shù)據(jù)上看，57%的事故是由此導致的。

2)大壩本身運營時的折損，大壩由鋼筋混凝土建造而成，鋼筋的老化和生銹，加上水流對大壩的侵蝕、沖刷，金屬材料腐蝕，這些由日積月累的量變，最終會對大壩產(chǎn)生破壞性的安全影響，這類事故占比也高達31%.

3)大壩本身管理的不嚴謹，缺乏科學的大壩管理辦法，如在施工中偷工減料，使用劣質(zhì)材料，日常管理中對大壩的安全隱患不聞不問，對存在的問題不做任何的修正和完善，聽之任之，最終導致大壩安全事故的發(fā)生，這類事故產(chǎn)生的比重甚至超過大壩本身的損耗風險，高達12%。

2 大壩安全監(jiān)測的必要性

大壩的安全事關重大，對大壩安全建立相應的監(jiān)測體系：從各種水文環(huán)境、地質(zhì)條件、大壩結(jié)構(gòu)、安全信息等各方面數(shù)據(jù)進行搜集，并加以分析，通過不斷反復的數(shù)據(jù)累積和分析，得出大壩運行的安全系數(shù)，對大壩進行安全等級管理。建立大壩安全監(jiān)測體系主要是基于以下3個方面：

1)能夠更為清晰、準確并及時的了解大壩運行情況，對其安全進行實時監(jiān)控，確保大壩的日常運行安全。大壩的安全監(jiān)控主要包含2個方面：①監(jiān)測；②安全評級。從這可以看出，通過對大壩進行諸如水位、壩體、設備運行等方面進行監(jiān)控，能夠?qū)Υ髩蔚倪\行安全情況有清晰的了解，同時也提供了大壩的安全評級數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)進行分析，也就能夠較為準確的評估大壩的運行安全狀況。

2)有助于我們進行數(shù)據(jù)模擬，對大壩的運行規(guī)律進行探索和研究。在進行大壩安全監(jiān)控時，我們可以對收集到的數(shù)據(jù)進行工程建模，對大壩的運行狀況進行模擬，在模擬的過程中通過改變各種條件，提升大壩運行的效率和期限，最終實現(xiàn)大壩建設的綜合效益，也能夠為大壩的建設和維護探尋到寶貴的經(jīng)驗和規(guī)律[1]。

3)能夠提高大壩的建設技術和管理水平。通過對大壩安全監(jiān)測，能夠獲得很多的大壩建設、運行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對大壩建設具有極大的價值，通過對數(shù)據(jù)進行分析研究和論證，給大壩的設計、施工提供指導，使其更有效率的進行日常運行管理。

3 大壩安全監(jiān)測的現(xiàn)狀

大壩安全的重要性從20世紀20年代開始逐漸被人們所重視，相應的理論、學科、技術逐步成型，相關的專家和工程技術人員在大壩設計、建設、運行的各個環(huán)節(jié)對大壩安全監(jiān)測進行研究、論證和實踐，但受限于技術的發(fā)展，取得的效果極為有效。20世紀70年代，隨著電子、計算機和通訊技術的發(fā)展和完善，大壩安全監(jiān)測取得了極大的突破和成果，形成了較為科學的大壩安全監(jiān)測體系，隨著技術的不斷進步和更新，到20世紀90年代初，自動監(jiān)控技術有了實質(zhì)性的發(fā)展，并在實踐中得到了使用，使得大壩安全監(jiān)測進入了自動化監(jiān)測的階段，到本世紀，技術不斷完善、更新和成熟[2]。

我國的大壩安全監(jiān)測起步較晚，開始于新中國成立后的20世紀50年代，跟隨著時代的腳步，到20世紀80年代，也逐步的實現(xiàn)了大壩的自動化遙測監(jiān)控，到20世紀90年代，重點的大壩工程都完成了自動化監(jiān)測系統(tǒng)的安裝和改造，大大完善并提高了大壩安全監(jiān)測體系。

從當前的現(xiàn)狀來看，大壩安全監(jiān)測體系在技術上已經(jīng)能夠做到緊跟技術發(fā)展，隨著技術的更新而更新監(jiān)測技術和設備；在管理上也有了一定的進步，能夠從大壩整體的角度監(jiān)控大壩運行的安全；從一定程度上講，當前的大壩安全監(jiān)控已經(jīng)達到了較高的水平，大壩的安全運行已經(jīng)有基本的保障。但是，在大壩的設計時，我們還是無法改變客觀地質(zhì)水文條件對大壩安全的威脅，在安全預警和日常管理中，還是存在著一定的問題，對壩體的細節(jié)監(jiān)控還略有忽視。

4 大壩安全監(jiān)測的發(fā)展趨勢

從大壩安全監(jiān)測的現(xiàn)狀來看，監(jiān)測的范圍、內(nèi)容和采用的技術方式是大壩安全監(jiān)測的主要構(gòu)成，同時，對大壩運行規(guī)律和管理也是重要方面，因此數(shù)據(jù)分析和大壩安全思維就顯得極為重要，因此，當前大壩安全監(jiān)測的發(fā)展趨勢也是圍繞這3個方面來進行[3]。

1)從監(jiān)測的范圍和內(nèi)容上來看，國家和行業(yè)的相關規(guī)定主要還是集中于大壩壩體及周邊相關建筑和設備的監(jiān)測。但從大壩安全的影響因素來看，遠遠不止這些，從勘探、設計、施工、運行等各個階段都會影響到大壩的安全，隨著人們對大壩安全研究的深入，對大壩安全監(jiān)測的范圍和內(nèi)容已經(jīng)有所擴大：在勘探設計時，會對大壩的地質(zhì)、水文、環(huán)境等相關因素進行認證的論證，對影響到大壩安全或?qū)Υ髩伟踩哂兄卮笥绊懙那樾芜M行重點關注，必要時，也需要進行一定時期的監(jiān)測，獲得相關數(shù)據(jù)，對大壩的相關物理條件因素進行再次確認，最終確定大壩設計方案；在建設施工階段，需要對施工的用材、質(zhì)量進行重點監(jiān)控，并對施工中遇到的問題進行仔細、科學論證，對影響到大壩安全的，進行設計研討甚至修改，以確保大壩高質(zhì)量建設完成；在日常的運行階段，除了對壩體和相關建筑設備的監(jiān)控，對大壩的水文、電路等監(jiān)控也應該納入大壩安全監(jiān)測范圍之內(nèi)。

2)監(jiān)控技術是大壩安全監(jiān)測的主要方式，也是大壩安全監(jiān)測發(fā)展趨勢研究的主要內(nèi)容。大壩安全監(jiān)測從最早的人工方式，到傳感設備的進入，在發(fā)展到目前的自動化監(jiān)測，這些都是基于技術的進步而逐步發(fā)展并完善的，如表2所示。從當前的技術發(fā)展和運用情況來看，大壩安全監(jiān)測的技術發(fā)展趨勢會有如下3種：

a)光纖傳感技術。光導纖維技術是一項新興的技術，它能將光和圖像曲折傳遞到任何地方和角落，我國在此理論應用上取得較大成果，特別是在大壩安全監(jiān)測上，也有自己的專利。通過這一技術，能夠準確的監(jiān)測出壩體的溫度、裂縫、應力變，水平和垂直方向的位移情況，能夠?qū)误w各個部位的形變進行有效監(jiān)控，尤其在高雷區(qū)、高磁場區(qū)域的大壩運用此技術監(jiān)控大壩安全，具有很強的適用性。

表2 大壩檢測技術發(fā)展一覽表

b)CT(計算機層析成相)技術。CT技術在醫(yī)學領域運用較廣，它是在不破壞物體物理結(jié)構(gòu)的前提下，通過周邊某種物理量形成其ID物影成像，并通過計算機和相關數(shù)學算法，形成2D乃至3D影像，這對大壩的選址、勘探階段會有較強的實際作用，能夠?qū)误w的地質(zhì)條件，包括斷裂情況，其分布和情況如何，都能夠獲得實際的數(shù)據(jù)；同時，對壩體的監(jiān)測也可以采取此辦法，可以減少其他設備的投入，此技術運用于日常監(jiān)測的問題在于無法實時獲得數(shù)據(jù)。

c)激光技術。激光技術以其簡便、高效，成為廣受歡迎的測量方式，它將勘測的靈敏度大大提高了，同時對大壩所處的環(huán)境限制也更加寬松，減少了作業(yè)的限制和客觀條件的干擾，科學性大大提高。將激光技術運用于大壩安全監(jiān)測中，較為成功做法是：在大壩分段設立準直激光，射向相應的壩段，實現(xiàn)激光準直度的自動校驗，這能夠很好的解決長壩體(特別是800m以上的)的監(jiān)測難題，而且精確度極高。

3)在大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和其思維方面，其發(fā)展趨勢體現(xiàn)在兩個方面：①從數(shù)據(jù)分析角度來看，誤差處理和監(jiān)測資料的分析是其重點，發(fā)展的趨勢與數(shù)學分析理論的進步息息相關，在數(shù)學處理方法上的創(chuàng)新對大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分析而言也是巨大的推動；②在大壩安全監(jiān)測的思維上，大壩整體環(huán)境的綜合分析、壩體微觀監(jiān)測以及壩體安全預警、預案制定都是大壩安全監(jiān)測的重要方面，在安全監(jiān)測的思維上，大小兼顧，統(tǒng)籌發(fā)展。

5 總 結(jié)

隨著水利事業(yè)的發(fā)展和大壩技術的不斷進步，大壩對社會和經(jīng)濟的發(fā)展意義重大，因此，必須重視其發(fā)展，但因其對社會安全有較大的潛在危機。因此，對其安全監(jiān)測必須狠抓不放，通過加大對大壩安全監(jiān)測的理論研究與論證，深入探討和專研，爭取獲得大壩安全監(jiān)測在技術、管理方法、數(shù)據(jù)分析等各個方面更大的突破和進步，從而最大程度地保障大壩安全。

[1]馬靜洲，方朝陽.大壩安全監(jiān)控指標綜述[J]，中國農(nóng)村水利水電，2009(06)：137-139.

[2]趙志仁，徐銳.國內(nèi)外大壩安全監(jiān)測技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]，水電自動化與大壩監(jiān)測，2010，34(05)：52-57．

[3]陳文燕，朱林，王文韜.大壩安全監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]，電力環(huán)境保護，2009(12)：38-42．