水庫大壩安全監(jiān)測的五大監(jiān)測范圍

為了確保水庫大壩充分發(fā)揮其綜合效應(yīng)，首先必須采取相應(yīng)的措施保證水庫大壩的安全。目前而言，保證水庫大壩安全的措施可以概括為工程措施和非工程措施兩種。工程措施是指采取工程技術(shù)手段，對水庫大壩進(jìn)行維修和加固；相對于工程措施而言，非工程措施是指通過洪水預(yù)報、安全監(jiān)測等手段，來確保水庫大壩運(yùn)行安全的措施。工程措施比較直接，而非工程措施較前者而言，相對循序漸進(jìn)。在實際工程中，工程措施已經(jīng)得到了普遍認(rèn)可，而非工程措施往往被人們所忽略。水庫大壩在運(yùn)行過程中，受外界環(huán)境因素等影響，相繼會發(fā)生老化，甚至嚴(yán)重?fù)p壞，為水庫大壩今后的運(yùn)行埋下了安全隱患。
根據(jù)國際大壩委員會和大壩注冊薄的統(tǒng)計，1900~1951年共建各種大壩5286座（不包括中國），其中潰壩率為2.2%；1951年~1986年共建大壩12138座，潰壩59座，潰壩率0.49%。對于我國而言，截止1990年底，全國發(fā)生潰壩的有3242座，潰壩率高達(dá)3.9%。所以，對水庫大壩進(jìn)行采取非工程措施就顯得尤為重要。
大壩安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展情況
1國外發(fā)展情況
國外而言，水庫大壩安全監(jiān)測技術(shù)開始的比較早。有資料可查，最早的水庫大壩安全監(jiān)測始于19世紀(jì)末德國的埃斯希巴赫重力壩。早期主要監(jiān)測的對象分別為：變形監(jiān)測，擾度監(jiān)測，溫度監(jiān)測等。目前，美國、加拿大、法國、意大利、日本等國在水庫大壩安全監(jiān)測技術(shù)方面已經(jīng)比較成熟，大多數(shù)水庫大壩已實現(xiàn)安全監(jiān)控的自動化。水庫大壩安全監(jiān)控自動化主要涉及相關(guān)數(shù)據(jù)采集、分析、評估等方面。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)面，隨著水庫大壩安全監(jiān)控自動化的發(fā)展，其逐漸由集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式采集系統(tǒng)開始發(fā)展。
2國內(nèi)發(fā)展情況
相對于其他國家而言，我國的水庫大壩安全監(jiān)測技術(shù)開始比較晚。二十世紀(jì)50年代，我國開始在永定河上官廳水庫和淮河上南灣、薄山等大型水庫大壩上進(jìn)行了水平位移、垂直沉降和浸潤線等項目的觀察。隨后，在豐滿、佛子嶺等水庫安裝了溫度、應(yīng)變計等監(jiān)測儀器。60年代后期，大壩安全監(jiān)測的范圍越來越廣闊，分別開展了對滲流、滲流量、滲水濁度、波浪、傾斜、撓度、揚(yáng)壓力等項目地監(jiān)測。
大壩安全監(jiān)測的主要內(nèi)容
大壩安全監(jiān)測主要是通過相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、分析、評估等步驟實現(xiàn)對大壩的安全監(jiān)測。一般情況下，大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)主要由四部分組成，測量傳感器，測量控制單元，網(wǎng)絡(luò)通信連接及大壩安全監(jiān)測中心組成。其中，本文主要對大壩安全監(jiān)測的主要內(nèi)容進(jìn)行研究。主要監(jiān)測的內(nèi)容有：變形監(jiān)測，滲流監(jiān)測，內(nèi)部監(jiān)測，水力學(xué)監(jiān)測以及環(huán)境量觀測等。在所需監(jiān)測的項目中，變形和滲流監(jiān)測是最為重要的監(jiān)測項目。
1變形監(jiān)測
變形監(jiān)測是通過人工或儀器手段觀測大壩整體或局部的變形量，用以掌握大壩在自重、水壓力、揚(yáng)壓力及溫度等環(huán)境量作用下的變形規(guī)律，了解大壩在施工和運(yùn)用期間是否穩(wěn)定和安全，研究有無裂縫、滑坡、滑動和傾斜等趨勢。變形監(jiān)測主要包括的內(nèi)容有：表面變形，內(nèi)部變形，壩基變形，裂縫及接縫，混凝土面板變形及岸坡位移等。在監(jiān)測過程中，主要運(yùn)用外部變形觀測網(wǎng)、正倒垂線、印張線、伸縮儀、水準(zhǔn)點、靜力水準(zhǔn)儀、傾角儀、多點位移計等方式進(jìn)行變形監(jiān)測。
2滲流監(jiān)測
滲流監(jiān)測是指在上下游水位差作用下產(chǎn)生的滲流場的監(jiān)測，主要包括滲流壓力、滲流量及其水質(zhì)的觀測。結(jié)合我國土石壩的病害情況，可將土石壩的滲流病害分為：壩基滲漏，壩肩滲漏，壩體及防滲體滲漏，下游排水體及反濾料淤堵，壩下涵管滲漏，防滲體與剛性建筑物接觸滲漏，動物危害，巖溶滲漏，侵蝕性危害等。
針對上述病害，土石壩在滲流方面主要監(jiān)測項目有壩體滲流壓力觀測，壩基滲流壓力觀測及滲流量觀測等。壩體滲流壓力觀測主要包括觀測斷面上的壓力分布和浸潤線位置的確定。壩基滲流壓力觀測主要包括壩基天然巖土層、人工防滲和排水設(shè)施等關(guān)鍵部位滲流壓力分布情況的觀測。滲流量觀測主要由三部分組成，分別為壩體的滲流量、壩基的滲流量、通過兩岸山體繞滲或兩岸地下水補(bǔ)給的滲流量。
3內(nèi)部監(jiān)測
內(nèi)部監(jiān)測主要包括溫度監(jiān)測、混凝土應(yīng)變力（壓力）監(jiān)測、鋼筋應(yīng)力監(jiān)測及錨索應(yīng)力監(jiān)測等。土石壩而言，其壓力（應(yīng)力）監(jiān)測主要包括孔隙水壓力、土壓力（應(yīng)力）、接觸土壓力以及混凝土面板應(yīng)力等?；炷翂味?，其內(nèi)部監(jiān)測主要包括壩體（壩基）應(yīng)力監(jiān)測、錨桿（錨索）應(yīng)力監(jiān)測、鋼筋應(yīng)力監(jiān)測、鋼板應(yīng)力監(jiān)測及溫度監(jiān)測等。值得說明的是，在進(jìn)行內(nèi)部監(jiān)測的同時，應(yīng)與變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測項目相結(jié)合。
4水力學(xué)監(jiān)測
水庫大壩作為水利工程樞紐的重要組成部分，對其進(jìn)行水力學(xué)監(jiān)測就顯得尤為重要。水力學(xué)監(jiān)測項目主要包括動水壓力監(jiān)測、水流流態(tài)監(jiān)測、水面線監(jiān)測、流速監(jiān)測、泄流量監(jiān)測、空蝕及消能監(jiān)測等。值得注意的是，水力學(xué)監(jiān)測項目應(yīng)根據(jù)實際輸、泄水建筑物的結(jié)構(gòu)模式、工程或試驗研究的需要進(jìn)行選擇。
5環(huán)境量監(jiān)測
環(huán)境量監(jiān)測主要包括氣溫監(jiān)測、降雨監(jiān)測、水庫水溫監(jiān)測、水庫泥沙淤泥監(jiān)測、下游河床沖淤測量等。通過監(jiān)測環(huán)境量，可以進(jìn)一步掌握環(huán)境量的變化規(guī)律及其對大壩變形、滲流和應(yīng)力等的影響情況，對水庫大壩安全監(jiān)測的精確度打下了堅實的基礎(chǔ)。

本文主要對水庫大壩安全監(jiān)測進(jìn)行了研究，主要從安全監(jiān)測、滲流監(jiān)測、內(nèi)部監(jiān)測、水力學(xué)監(jiān)測及環(huán)境量監(jiān)測五個方面分別對國內(nèi)外水庫大壩安全監(jiān)測發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了較為系統(tǒng)的歸納分析，為水庫大壩安全監(jiān)測地建設(shè)打下了良好基礎(chǔ)。

審核編輯黃宇