淺談水電廠地質災害監(jiān)測

陳 鴻

(1.南昌水利投資發(fā)展有限公司,江西 南昌 330001；2.南昌贛昌砂石有限公司,江西 南昌 330001 )

水電是供應安全、成本經濟的可再生的綠色能源,在國家電網中發(fā)揮了舉足輕重的作用。隨著我國水電資源的開發(fā)利用,越來越多的水電廠建成并投產。然而,我國水電廠多處高山峽谷地區(qū),自然條件復雜,降雨時段集中,極端天氣頻發(fā),使得我國降雨引發(fā)的滑坡、泥石流等地質災害多發(fā)、易發(fā)、頻發(fā),對水電廠水工建筑物的安全穩(wěn)定運行,同時對工作區(qū)、生活區(qū)、廠區(qū)道路系統(tǒng)及近岸庫區(qū)等災害影響范圍內人民群眾的生命財產安全造成了極大威脅[1]；一旦地質災害帶來人員傷亡影響,還會給水電廠運行管理部門帶來極大的不利社會影響。事實上,通過加強非工程措施的研究和建設,水電廠地質災害造成的損失降低到最低程度,特別是可避免人員的傷亡。目前來說,加強對危險區(qū)域地質災害的監(jiān)測是有效降低區(qū)域風險的重要環(huán)節(jié)。

地質災害相關監(jiān)測技術按照其監(jiān)測對象可劃分為：變形監(jiān)測、應力監(jiān)測、水文監(jiān)測以及環(huán)境因素監(jiān)測[2-3]。每種監(jiān)測方法使用的儀器以及其獲得的參數(shù)均有所不同。其中,變形監(jiān)測是最基本的常規(guī)監(jiān)測手段,監(jiān)測對象主要包括地面變形監(jiān)測、地下變形監(jiān)測和結構變形監(jiān)測；應力監(jiān)測主要包括巖土應力監(jiān)測、結構應力監(jiān)測和接觸應力監(jiān)測；水文監(jiān)測主要包括降雨量監(jiān)測及地下水監(jiān)測；環(huán)境監(jiān)測包括地溫監(jiān)測、地震監(jiān)測等,如圖1所示。

圖1 地質災害監(jiān)測技術分類

1.1 變形監(jiān)測

變形監(jiān)測主要有地面變形監(jiān)測、地下變形監(jiān)測和結構變形監(jiān)測。地面變形監(jiān)測也是地質災害監(jiān)測中最常用的手段,通常分為地面絕對位移和相對位移監(jiān)測。地面絕對位移監(jiān)測通過記錄易發(fā)生滑坡部位各個點不同時刻的坐標,計算出測點的三維位移量來確定其位移方向與速率。其監(jiān)測方法主要有大地測量法、近景攝影法、GPS法、合成孔徑雷達干涉雷達InSAR測量法和激光掃描法等。地面相對位移監(jiān)測記錄的是易發(fā)生滑坡部位點與點之間的相對位移變化量。其監(jiān)測方法主要有簡易觀測法、地表傾斜測量法、自動伸縮儀監(jiān)測法和分布式光纖BOTDR法等[4-5]。地下變形監(jiān)測能夠直接反映滑坡體變形特征和滑動面的位置,主要監(jiān)測滑坡體內不同各深度點相對于某個點的位移量,其方法有鉆孔測斜法、時域反射法和鋼絲位移監(jiān)測法等。結構變形監(jiān)測,主要對滑坡體周邊各種結構物的變形、裂縫錯動進行監(jiān)測,其監(jiān)測方法主要有大地測量法等。

1.2 應力監(jiān)測

應力監(jiān)測主要有巖土應力監(jiān)測、結構應力監(jiān)測和接觸應力監(jiān)測。巖土應力監(jiān)測主要分為地應力監(jiān)測和土中應力監(jiān)測。地應力監(jiān)測通過監(jiān)測土體中的天然應力變化量并進行分析,主要方法有水壓致裂法、應力解除法和聲發(fā)射法等。土中應力監(jiān)測通過埋設土壓力計監(jiān)測滑體內不同部位的應力變化情況,分辨拉力區(qū)和應力區(qū),分析其變形強度得到變形動態(tài),主要方法有接觸壓力法等。結構應力監(jiān)測常見的有錨固應力監(jiān)測和加固結構應力監(jiān)測。錨固應力監(jiān)測通過對預應力的監(jiān)測,了解加固工程對滑坡體的改善效果。加固結構應力監(jiān)測通過預埋設混凝土應力計和鋼筋應力計監(jiān)測混凝土內部應力及加固結構內的鋼筋應力變化情況,得到加固結構的工作情況。接觸應力主要監(jiān)測滑坡體與加固結構接觸面的應力變化情況。常用的儀器有錨索應力計、土壓力計等。

1.3 水文監(jiān)測

水文監(jiān)測主要分為地下水監(jiān)測和降雨量監(jiān)測。地下水監(jiān)測主要有流量監(jiān)測、地下水位監(jiān)測及孔隙水壓力監(jiān)測。流量監(jiān)測,主要通過量水堰來監(jiān)測坡體范圍內流量變化,以便采取排水措施。地下水位監(jiān)測,通過監(jiān)測地下水的水位變化來預測地質災害是否形成。孔隙水壓力監(jiān)測,通常利用孔隙水壓力計或滲壓計來監(jiān)測土體內部孔隙水壓力的變化情況。降雨量監(jiān)測,通常通過自動雨量計或雨量站進行監(jiān)測。降雨是引起滑坡的重要因素之一,雨量監(jiān)測更是地質災害監(jiān)測的重中之重,所以往往應該在滑坡區(qū)域建立雨量站進行降雨量資料的收集。

1.4 環(huán)境因素監(jiān)測

環(huán)境因素監(jiān)測主要有地溫監(jiān)測、地震監(jiān)測等。地溫監(jiān)測,通過埋設溫度計監(jiān)測土體內部的溫度變化情況,研究溫度變化與凍結滯水間的關系。地震監(jiān)測,利用地震監(jiān)測儀實現(xiàn)對人工開挖、爆破及誘發(fā)地震、天然地震等破壞性因素的監(jiān)測。

2 當前地質災害監(jiān)測技術存在的問題

目前地質災害監(jiān)測的相關方法有很多,并隨著科技的不斷發(fā)展由最初的人工監(jiān)測發(fā)展成可以遠程實時反饋的災害監(jiān)測。由于我國地質災害分布范圍廣,同時具有區(qū)域性、突發(fā)性和成災快的特點,地質災害監(jiān)測任務客觀上十分艱巨和復雜。而我國山洪地質災害監(jiān)測技術雖有成績但總體比較落后,相關研究工作相對滯后。主要表現(xiàn)在以下方面：

1)地質災害識別技術尚需完善。地質災害的區(qū)域性和成災快等特點往往使得在短時間內地質災害將會給水電廠周邊帶來很大程度的損失,而缺少快速調查的監(jiān)測技術使得無法及時了解地質災害發(fā)生的地點和時間,成災后也無法及時對其進行救援。目前的地質災害監(jiān)測技術常常局限于地質災害發(fā)生后得到信息反饋,少有成災前得到反饋。

2)地質災害監(jiān)測新技術、新方法的推廣應用不夠。目前,大部分山區(qū)中的水電廠水文信息資料匱乏,其對地質災害的監(jiān)測手段仍為成本高、耗電量大、消耗人力物力的常規(guī)手段,對近年來發(fā)展起來的自動化程度高、精度高、相對成本小的新技術、新方法的推廣應用不夠。同時,對工程造價低、施工簡便、抗災和防災效果好、可靠性高的新技術、新方法的研究還有待進一步加強。

3)監(jiān)測設備功能單一,易損壞。目前針對地質災害的監(jiān)測所采用的裝備,本質上來看,就是充分利用單獨具有水文監(jiān)測、氣象監(jiān)測、大壩安全監(jiān)測或GPS等設備進行拼接集成,然后進行通過部署在管理中心的后臺進行數(shù)據(jù)融合處理,從而實現(xiàn)地質災害監(jiān)測多參數(shù)信息的采集。而目前所使用的監(jiān)測裝置往往因成套設備購置的綜合成本高,體積龐大、部件種類多、接口標準和通訊協(xié)議復雜、現(xiàn)場安裝工作繁大、易損壞等原因導致實際推廣困難。綜上所述,在實際工程應用中,儀器易損壞和價格過高成為制約遠程實時監(jiān)測技術在水電廠地質災害推廣應用的主要問題。找尋一種既經濟又有效的地質災害監(jiān)測方法極為必要。

3 結語

綜上所述,當前地質災害監(jiān)測技術主要分為變形監(jiān)測、應力監(jiān)測、水文監(jiān)測以及環(huán)境因素監(jiān)測。工程實際中,遠程實時監(jiān)測技術往往受到儀器及費用的制約,找尋一種既經濟又有效的地質災害監(jiān)測方法極為重要。針對水電廠監(jiān)測區(qū)域,進行地質災害監(jiān)測研究勢在必行,研究如何更精細、準確的監(jiān)測水電廠庫區(qū)地質災害將成為未來的研究趨勢。