大壩安全監測新技術和發展趨勢研究

馬偉華

【摘要】大壩不僅能夠防災減害，還提供著重要的水電資源，是國家發展中的重要工程。伴隨著我國筑壩技術和水電事業的發展，大壩的安全監測技術也得到了相應的發展。本文將選取幾種當今大壩安全監測常見的新技術進行工作原理和技術優越性的分析，并展望我國大壩監測的新技術、新理論和新方法，以期對我國水電事業發展有所幫助，在此亦與各位專家、同行交流、探討。

【關鍵詞】大壩；監測；新技術；幫助；交流

1. 前言

大壩不僅能夠防災減害，還提供著重要的水電資源，是國家發展中的重要工程。隨著國民經濟的快速發展，我國的水利工程設施建設也越來越受到重視，隨著筑壩技術的不斷提高，大壩的建設越來越具有施工強度大、庫容大、壩高、監測難度大等特點，隨之而來的便是如何使用現代化的監測手段來及時準確的掌握大壩工作中的各類數據，以確保大壩的工程安全，安全監測新技術的作用在當前看來就顯得尤為突出。我國對大壩的安全監測要追溯到上個世紀50年代，經過半個世紀的發展，計算機、人工智能等技術已替代了傳統的監測儀器，并建立起了較為完整的大壩安全監測體系[1]。下面我們將在大壩安全監測的新技術中選取大壩CT技術，光纖技術的應用，以及水下監測技術來進行分析，以期對我國大壩監測的概貌有一個清晰的了解。

2.當前大壩安全監測中的新技術

2.1 大壩CT技術

自1994年開始，國內首次將CT成像技術引入到了大壩混凝土缺陷的診斷中來，伴隨著該軟件系統的不斷修正和完善，目前大壩CT軟件系統已經建立。這種技術具體是根據某種波在大壩壩體中傳播的射線束，在探測區域內部構成切面，根據切面上的初至信號通過計算機的數學處理，定量反應壩體材料的性質、病害、老化程度，確定缺陷部位，以達到監測目的。

大壩CT技術所能監測到的波主要為電磁波和聲波。因為電磁波的強度、波形和路徑與它所通過的介質的幾何形態和電性質密切關聯，電磁波型大壩CT利用兩個天線發射和接受電磁波，據接受波的幅度、雙程走時以及波形變化來推算出壩體的材料性質和老化缺陷分布。聲波型的監測是在大壩上布置若干個震源和震波檢測器，根據接收器所記錄的聲波走從發射點到接受點行程的時間算出波速，再依據波速來了解壩體的材料性質和老化缺陷的分布。根據實際工作中的經驗，我們認為聲波法具備較高的精度，能達到理想的監測效果，但其工作量大，成本也較高，在壩體上布置相應的監測布點也受到了實際條件的限制。相比較而言，電磁波法的操作簡單，但由于電子波的功率不能夠足夠大，限制了有效的檢測深度，也有其弊端。因此要根據實際情況相應的選取。

總體來說，大壩CT技術能對大壩內部材料的彈模、強度等特性分布狀況、病害和裂縫的部位、內部材料老化的程度進行檢測，還能對內部預埋構件如金屬埋件、鋼筋等狀態進行檢測，對施工爆破對大壩的結構影響也能檢測，還能對施工質量的補強加固效果進行檢測[2]。除了這些對大壩自身結構和性能的監測外，也可把CT成像的技術與其它現代技術相結合，展開更廣泛領域的監測。

2.2光纖技術監測

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來進行大壩的監測。分布式傳感光纖監測系統會以連續函數的形式測算光纖的變化，這樣光纖的任意一點都成了傳感器，再將這些光纖按照網格來鋪設，就可以提供大量的信息數據，實現對大壩全方位的監測，提高監測有效性。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，布設安裝的工序簡易，可以做到無損埋設，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，結構簡單，可靠性很高，加之價格不貴，性價比也極高，是大壩監測新技術中較為實用的一種技術。如目前景洪水電站、坦肯水電站、拉西瓦水電站等國內諸多水電站都采用了光纖監測系統。

2.3 水下監測技術

對于大壩的水下部分，常規的監測手段不容易對其進行監測，我們可以采用光學水下工程監測設備和聲學水下工程監測設備來進行彌補。如水下閉路電視、水下激光掃描等設備在日常的工作中都已應用，這些設備因為圖像的因素觀察效果直觀，但觀察的距離也有限，水下環境千變萬化，圖像也不能始終保持清晰。相應的，如測探聲吶、地貌聲吶、掃描聲吶等依據水聲原理開發的水下探測設備的缺點則是，圖像分辨率太低并且解讀需要專業的人員花費大量時間。

還有以水下機器人為載體的水下安全監測設備，它是通過控制臺上的前后、進退、下沉、轉彎、攝像頭焦距等旋轉按鈕來操縱機器人的行動，。目前，這些水下機器人可攜帶輻射傳感器、金屬測厚計等多種設備進行水下檢測，他們小巧靈活，操作方便，并且可以達到其他儀器無法到達的深度，在我們的實際工作中已經廣泛應用到排沙口，船閘，攔污閘的檢查和監控中[3]。

3. 大壩安全監測新技術的趨勢

大壩安全監測新技術當前正在發展中，其前景廣闊。總體上未來的大壩安全監測趨勢要符合以下幾點：一是實現集約化的管理。網絡技術的發展使得以省或以流域為中心的大壩安全監測網絡可以建立起來，這樣便于全面的監控和集約管理；二是可以實現無人值守的在線監控。安全監測系統建立起來后，自動采集的數據會準確存入相應數據庫中，系統會進行相應的分析，整個過程將快速，簡潔；三是可以適應各種環境進行工作。安全監測系統常年布置在潮濕環境中，又即系受到雷電和高壓強電的干擾，自動化的安全監測系統能夠適應各種環境來進行全面監測。

4.結語

綜上所述，水利工程不僅能夠防災減害，還提供著重要的水電資源，是國家發展中的重要工程。隨著國民經濟的快速發展，我國的水利工程設施建設也越來越受到重視，相信廣大的大壩安全監測工作人員能夠利用現代化的大壩安全監測技術為我國的水利工作做出更大貢獻。

【參考文獻】

[1]李珍照.大壩安全監測【M】.北京：中國電力出版社，2009.

[2]張進平.大壩安全監測資料分析方法及信息處理技術的若干進展[J].大壩與安全，2003，（6）：19—23.

[3]黃成業.李梅鳳. 大壩安全監測工程質量管理論析[J]-中國科技博覽2012（6）.