水电站大坝安全监测与风险评估

键词：水电站大坝；安全监测体系；风险评估框架；监测数据处理；全生命周期管理

引言

水电站大坝在防洪减灾、清洁发电、民生供水等领域具有战略意义，但其长期暴露于复杂自然环境与动态运行工况中，易出现结构损伤、性能退化等安全隐患，一旦失效将引发灾难性后果。当前部分大坝存在监测指标不全面、数据利用率低、风险评估缺乏系统性等问题，难以应对新形势下的安全挑战。基于此，本文聚焦大坝安全监测与风险评估关键环节，探索科学的监测与评估方法，提出针对性管理策略，为大坝安全运维提供决策支持，筑牢水利工程安全防线。

一、水电站大坝安全监测体系的核心构成

（一）大坝结构变形监测

结构变形是反映大坝整体稳定性的核心指标，需覆盖坝体、坝基及岸坡关键区域。采用 GNSS 高精度定位技术监测水平位移，结合静力水准系统获取垂直沉降数据，通过测斜仪捕捉坝体深层倾斜变形，构建“表面-深层”协同监测网络。通过连续采集不同工况下的变形数据，量化分析变形速率与累积量，判断坝体是否存在不均匀沉降、滑动趋势等隐患，为结构安全状态评估提供基础数据支撑。

（二）大坝渗流场综合监测

渗流是诱发大坝管涌、渗透破坏的主要诱因，需构建多参数渗流监测体系。通过量水堰与电磁流量计监测坝体、坝基及岸坡的总渗流量与局部渗流量，利用渗压计阵列获取不同深度防渗体前后的渗流水位分布，结合水质传感器检测渗流水离子浓度与浑浊度。通过分析渗流量变化规律、渗压梯度分布及水质异常信号，识别防渗结构破损、坝基渗透通道发育等问题，及时阻断渗流风险演化路径。

（三）大坝力学与温度耦合监测

大坝在水压力、自重及温度变化作用下易产生力学响应与结构损伤，需开展力学-温度耦合监测。在坝体关键截面埋设钢筋计、应变计，实时采集混凝土与钢筋的应力应变数据，掌握荷载作用下的力学分布特征；通过分布式光纤传感器监测坝体不同深度温度场变化，量化温度梯度引发的温度应力。结合力学与温度监测数据，分析二者耦合作用对坝体裂缝萌生、扩展的影响，为结构损伤预警提供依据。

二、水电站大坝监测数据的科学处理方法

（一）监测数据预处理

监测数据易受仪器误差、环境干扰及传输损耗影响，需通过多步骤预处理保障数据质量。首先采用 3σ 准则与格拉布斯检验法剔除异常值，消除极端数据干扰；其次运用线性插值与滑动平均法补充缺失数据，平滑数据波动；最后通过数据标准化转换，统一不同监测设备的量纲与精度标准，构建标准化数据集。

（二）监测数据趋势动态分析

基于预处理数据，采用时间序列分析方法挖掘大坝安全状态演化规律。通过线性回归模型分析结构变形、渗流量等指标的长期变化趋势，利用指数平滑法预测短期变化态势，结合小波分析提取数据中的突变信号。通过绘制趋势曲线与变化速率图，量化指标随时间、工况的演变特征，判断大坝安全状态是处于稳定区间、缓慢退化还是异常突变阶段，为早期隐患识别提供动态依据。

（三）监测数据异常诊断

构建双维度异常诊断模型。从统计维度，基于历史正常工况数据计算各监测指标的置信区间，当实时数据超出区间范围时触发预警；从机理维度，结合大坝结构力学特性与工程地质条件，分析异常数据与坝体损伤的关联机理，排除非风险因素引发的假性异常。通过双维度诊断可精准定位异常原因，避免误判与漏判。

三、水电站大坝风险评估的系统框架

（一）大坝安全风险全面识别

采用三维风险识别方法。梳理国内外大坝事故案例，总结自然、人为、结构三类风险源；通过无人机巡检、地质雷达探测等技术开展现场勘查，排查坝体表面裂缝、坝基渗漏等显性隐患；组织水利工程、地质灾害领域专家开展研讨会，识别隐性风险。最终形成风险清单，明确各类风险的表现形式与发生载体。

（二）大坝安全风险等级量化划分

构建二维评估矩阵。采用层次分析法确定风险概率权重，结合历史数据与专家打分量化自然风险、人为风险的发生概率；从人员伤亡、经济损失、生态影响三个维度，建立后果严重度量化指标体系。根据概率与后果的耦合结果，将风险划分为低、中、高三个等级，明确各级风险的判定阈值与管控优先级。

（三）大坝安全风险影响因素耦合分析

基于系统工程理论，分析风险影响因素的相互作用机制。针对结构变形风险，研究坝基岩土体压缩性、水位变化速率与混凝土强度的耦合效应；针对渗流风险，探索防渗体完整性、坝基渗透系数与岸坡裂隙发育的关联关系；通过灰色关联分析与Pearson 相关性分析，量化各影响因素对风险演化的贡献度，识别关键驱动因素。耦合分析结果可为风险防控措施制定提供精准靶向。

四、水电站大坝安全管理的实践对策

（一）大坝安全监测体系优化升级

结合大坝规模与运行年限，优化监测站点空间布局，确保覆盖坝体关键截面、坝基防渗薄弱区及岸坡稳定敏感区；引入无人机激光扫描、InSAR遥感等新技术，弥补传统监测在大范围、高难度区域的不足；搭建监测数据云平台，实现多源数据实时传输、存储与共享，通过可视化技术呈现大坝安全状态动态变化，提升数据利用效率与决策响应速度。

（二）大坝安全分级预警与应急联动

基于风险评估等级，建立分层响应机制。低风险启动日常巡查与数据加密监测；中风险组织专项排查与隐患整改；高风险立即启动应急预案，疏散受影响区域人员。构建四方联动机制，明确各方职责与响应流程，定期开展应急演练，配备抢险设备与物资，提升事故应急处置能力，最大限度降低风险损失。

（三）大坝全生命周期养护管理

制定大坝全生命周期养护计划，分阶段实施。建设期强化施工质量管控，筑牢安全基础；运行期开展定期检测与日常养护，及时修补裂缝、更换老化设备，延缓结构性能退化；退役期开展安全评估，制定拆除或改造方案。建立大坝健康档案，记录监测数据、评估结果与养护记录，实现全生命周期安全状态可追溯、可管控，保障大坝长期安全服役。

结论

本文围绕水电站大坝安全监测与风险评估，构建了“监测体系-数据处理-风险评估-管理对策”的完整研究框架，明确结构变形、渗流场等核心监测维度，提出数据预处理与异常诊断的技术方法，建立风险量化评估矩阵与影响因素耦合分析模型，形成全生命周期安全管理策略。研究表明，科学的监测与评估是大坝安全管控的核心支撑，二者协同可实现大坝安全状态动态感知与风险精准防控。未来需进一步融合智能化技术，提升大坝安全管理的智能化水平，为水利工程高质量发展提供更坚实的技术保障。

参考文献：

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