水库大坝安全监测技术及其应用

水库大坝作为兼具防洪减灾、水资源调控、发电供电、航运改善、生态与环境调节等价值的重要工程，其在现代社会中占据着重要地位。截至2024 年底，我市共建水库33 座，其中大型水库1 座，中型水库 2 座，小型水库 30 座，总库容 7.19 亿立方米，兴利库容8700 万立方米。目前巴家咀水库正在实施除险加固，未来5 年还将实施 13 座水库除险加固。推广应用水库大坝安全监测技术，自然成为水库大坝管理与发展的重点。

一、水库大坝安全监测技术的重要性

首先是保障人民生命财产安全。对水库大坝进行安全监测，能对其变形、渗流、应力应变等关键参数进行实时动态监测，从而根据监测数据的变化对大坝潜在的安全隐患加以发现和预警，为相应的水库大坝安全管理提供重要依据，有效规避溃坝事故等的发生，保障大坝安全，进而保障周围人民生命财产安全。其次是维护社会稳定与经济发展。水库大坝在现代社会中占据着重要地位，其在工农业生产、居民生活用水、电力供应等方面发挥的作用不可忽视。合理应用水库大坝安全监测技术，可为大坝的稳定运行以及水资源的合理调配与稳定供应奠定良好基础，进而保障水库大坝的作用充分发挥，有利于社会稳定以及经济发展。最后，推动水利工程技术进步。任何一个行业的进步发展，都是建立在持续实践探索、经验累积与创新改进之上的。水库大坝安全监测技术的应用，能获取大量基础数据，进而为水库大坝的设计、施工以及运行管理提供数据支撑，有利于水利工程技术不断向更高水平发展。

二、水库大坝安全监测技术的应用

（一）大坝变形监测

利用全站仪、GPS 接收机、水准仪、经理水准系统等，对水库大坝各关键部位水平方向上的位置变化以及垂直方向上的升降变化进行监测，同时通过测斜仪等对坝体或坝基的倾斜情况加以监测，结合大坝水平及垂直位移安全范围进行对比，能及时发现大坝的异常变形情况并预警，为相应的加固或修复措施的制定实施提供有力支持。对水库大坝的坝体位移、坝基沉降、坝肩滑动等变形情况进行监测，主要可通过外部变形监测与内部变形监测实现。全站仪监测系统通常包含全站仪、反射棱镜与数据采集器等，并且配备有监测软件、通信系统与数据库系统，能通过全站仪的自动照准、自动测量功能对大坝结构的变形情况进行高精度、高效率、实时性、可靠性监测；全球导航卫星系统监测系统则通过伪距测量与距离计算、载波相位测量、差分定位等对大坝的缓慢变形、突发性变形进行全天候、高精度、自动化测量；静力水准系统则是通过连通器原理和高精度液位测量技术对大坝坝体、坝基、廊道等部位的微小沉降或不均匀变形进行监测，测量精度可达 0.01～0.1mm ；测斜仪则能通过伺服加速度计或光纤光栅传感器对大坝关键部位的倾斜角度以及累计总位移加以测量，从而实现对坝体水平位移、坝基深层滑动、边坡变形、防渗墙变形等的高精度监测；多点位移计则是通过相对距离测量与变形反演的方式，基于振弦式、电阻式、光纤光栅式传感器等对大坝关键部位的距离变化量以及监测点的绝对位移情况加以测量，从而监测大坝坝基的深层滑动、坝肩边坡的分层位移 [1]。

（二）大坝渗流监测

大坝渗流监测通过量水堰、渗流计等设备实时监测坝体、坝基、坝肩等位置的渗流量，对比安全范围判断异常，及时采取防渗排水措施，避免管涌、流土等渗透破坏，确保大坝结构安全。常用监测方法包括：量水堰法（利用三角、矩形或梯形堰测量水头计算渗流量）、电磁流量计（基于电磁感应监测集中渗流出口）、容积法（适用于小流量绕渗监测）以及振弦式和压阻式渗压计（分别通过钢弦频率和半导体压阻效应监测渗透压力，后者需定期校准）。

（三）大坝应力监测

基于材料的力学特性对大坝的应力进行监测，能了解大坝结构内部的受力状态，进而为大坝于各种荷载作用下的稳定性评估提供数据支持，以免出现水压力、自重、温度变化等荷载作用产生的应力过大，防止大坝某些部位的应力超过材料允许应力并出现裂缝、破坏等。将应力监测结果与应力安全范围进行对比，可直观判断大坝应力是否异常并进行预警。1. 钢弦式应力计可直接埋设在混凝土坝体之中，从而将应力引起的钢弦频率变化换算为应力值，实现对坝体内部主应力、坝基接触应力的动态监测。光纤光栅应力计则是利用了光纤光栅波长随应力变化的特性对水库大坝的应力进行监测，其具有抗电磁干扰、耐腐蚀等优势。应变片监测技术则是将电阻应变片粘贴在大坝表面或埋入大坝内部，通过应变引起的电阻变化对应变值进行监测，具有成本低廉、操作简单的优势但易受温湿度影响 [2]。

（四）大坝渗压监测

大坝渗压监测指对大坝各关键部位的孔隙水压力、渗透压力等进行监测的项目。利用渗压计、孔隙水压力计等仪器，对土体或岩体孔隙中的水压力以及水在坝体或坝基中渗透而产生的压力进行测量，可实时监测孔隙水压力与渗透压力是否过高，从而为大坝的防渗性能与稳定性评估提供依据，也能为相应的大坝运行管理和修复处理提供支持。将渗压监测结果与渗压安全范围进行对比，可直观反映渗压大小是否异常并进行预警。直接测量法是常见的水库大坝渗压监测技术，其主要是通过测压管、孔隙水压力计、渗压计等实现。其中测压管监测技术需于坝体、坝基或岸坡中钻孔埋设金属或PVC 管，并通过测量管内水位高度的方式计算渗压，具有结构简单、成本低、维护方便等优势，不过其自动化程度较低；孔隙水压力计监测技术则是直接将压力传感器埋设于岩土体或混凝土中，将传感器的检测数据转化为电信号后传输到数据采集系统，其具有自动化程度高、响应速度快等优势，不过也有着成本较高且安装会扰动周围介质等不足；渗压计监测技术则是利用振弦式压差计、液压式压差计等对两点间的渗压差值加以测量和计算，从而判断是否存在异常渗透。间接测量法则是通过关联参数对渗压状态进行分析和判断，如温度监测法则是通过分布式光纤测温技术对渗流水和坝体材料的温度差异识别渗漏通道，进而间接反映高渗压区域；雷达探测技术则是利用地质雷达对坝体进行扫描并判断是否存在积水区[3]。

三、水库大坝安全监测的发展趋势分析

随着现代科技的发展，水库大坝安全监测技术的发展呈现出智能化、集成化的趋势。机器学习、深度学习算法在水库大坝安全监测体系中的应用，物联网监测系统的建设与完善，大数据技术与云技术的综合运用，天空地水一体化监测模式的应用，地基合成孔径雷达技术、分布式光电传感技术等的应用，均能大幅提升水库大坝安全监测技术的智能化水平，促进监测质量与效率的同步提升，尤其能对大坝安全评估、风险预警与防控提供重要支持。未来水库大坝安全监测系统的集成化程度将逐步提升，并且能与水库的防洪调度系统、水资源管理系统、发电管理系统等深度融合，实现信息共享与协同决策。

综上可知，水库大坝安全监测技术的应用能为大坝安全管理与保障提供有力支持。可以预见的是，在未来水库大坝安全管理要求持续提高以及相关技术不断创新发展的过程中，水库大坝安全监管体系的集成化程度将有效提升，其自动化、智能化水平也将迈上新的台阶，进而为水库大坝的安全管理提供可靠保障。

参考文献：

[1] 陈施军 . 水库安全中水库大坝安全监测自动化技术 [J]. 水上安全 ,2024,(7):67-69.

[2] 王治科 . 水库大坝安全监测技术标准相关问题分析 [J]. 大众标准化 ,2023,(5):131-133.

[3] 李海强 , 苏强 . 关于水库大坝安全监测自动化技术的探讨 [J]. 四川建材 ,2019,45(6):220-221.