一．概括

大壩作為水利工程的核心樞紐其安全運(yùn)行直接關(guān)系到下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全與水資源調(diào)控效能。滲流異常、滲壓突變及位移超限是誘發(fā)大壩失穩(wěn)的主要風(fēng)險(xiǎn)因素?fù)?jù)統(tǒng)計(jì)全球約30%的潰壩事故由滲流問題引發(fā)而監(jiān)測缺失或失效導(dǎo)致的事故占比達(dá)15%。構(gòu)建科學(xué)的監(jiān)測技術(shù)體系對大壩安全防控具有關(guān)鍵意義。

二．滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測聚焦壩體及地基的滲透狀態(tài)核心在于捕捉滲流量與滲透坡降的變化規(guī)律。量水堰計(jì)是主流監(jiān)測設(shè)備，其原理通過測量滲流出口水位結(jié)合明渠均勻流

公式間接推算滲流量，不同類型量水堰適配不同場景，三角堰適用于小于10L/s的小流量監(jiān)測，矩形堰則適配大于10L/s的大流量場景。差壓式與電容式傳感器也廣泛應(yīng)用，前者利用測頭間隙變化量計(jì)算滲流壓力，后者通過電導(dǎo)變化實(shí)現(xiàn)測量。技術(shù)參數(shù)上監(jiān)測設(shè)備需覆蓋微雨至暴雨等多樣場景雨強(qiáng)測量范圍通常在0.3~10mm/min日累積誤差優(yōu)于±4%。無機(jī)械運(yùn)動部件的設(shè)計(jì)讓設(shè)備避免了磨損誤差，可在極端環(huán)境下長期穩(wěn)定運(yùn)行，這一優(yōu)勢使其成為高壩大庫滲流監(jiān)測的理想選擇。

三．滲壓監(jiān)測

滲壓監(jiān)測以孔隙水壓力為核心指標(biāo)直接反映壩體阻擋水的能力，其關(guān)鍵在于精準(zhǔn)捕捉浸潤線位置。浸潤線作為迎水面滲透形成的自由水面與壩體橫剖面的交線，被視作大壩健康的“晴雨表”。滲壓計(jì)是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測的核心設(shè)備，基于壓阻或振弦效應(yīng)工作振弦式，滲壓計(jì)通過彈性膜片變形改變壓力芯體頻率，將滲壓轉(zhuǎn)化為可測量的電信號。長江設(shè)計(jì)集團(tuán)盧建華團(tuán)隊(duì)指出滲壓計(jì)安裝需沿壩體縱剖面布局，根據(jù)水庫大小設(shè)置若干監(jiān)測剖面，每個剖面通常在壩上、壩中、壩底布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。設(shè)備量程多在0.17~6.0MPa，精度可達(dá)±0.1%F.S，分辨率達(dá)±0.025%F.S且具備抗電磁干擾、耐腐蝕特性可長期埋設(shè)于壩體或基巖內(nèi)。部分場景會臨時(shí)使用壓力式水位計(jì)但因其精度僅為±0.5%F.S無法滿足滲透系數(shù)測量需求。

四.位移監(jiān)測

位移監(jiān)測致力于追蹤壩體及岸坡的空間位置變化防止不均勻沉降、滑動等風(fēng)險(xiǎn)。GNSS技術(shù)是當(dāng)前主流方案，單北斗變形監(jiān)測系統(tǒng)通過多顆衛(wèi)星對目標(biāo)點(diǎn)實(shí)時(shí)定位結(jié)合，高頻率數(shù)據(jù)采集與智能處理算法實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)變化捕捉。其數(shù)據(jù)采集頻率達(dá)每秒10次位置精度提升至毫米級遠(yuǎn)超傳統(tǒng)GNSS的厘米級精度。光纖光柵技術(shù)作為補(bǔ)充利用波長漂移特性，感知溫度與應(yīng)變間接計(jì)算位移單根光纖，可實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)測適配壩體混凝土內(nèi)部變形場景。研究人員認(rèn)為位移監(jiān)測系統(tǒng)需具備強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性可在復(fù)雜地質(zhì)與氣候條件下穩(wěn)定運(yùn)行同時(shí)支持與傾角儀等設(shè)備聯(lián)動進(jìn)一步提升監(jiān)測效能。

五．完整的配套系統(tǒng)

監(jiān)測技術(shù)的工程應(yīng)用已形成“感知-傳輸-分析-預(yù)警”的完整閉環(huán)。在云南、湖南等國內(nèi)水庫項(xiàng)目中滲壓傳感器埋設(shè)于壩基實(shí)時(shí)感知水壓數(shù)據(jù)通過4G或北斗衛(wèi)星傳輸至云平臺經(jīng)智能算法分析壓力分布及變化趨勢。當(dāng)數(shù)據(jù)超出安全閾值及時(shí)通知指導(dǎo)運(yùn)維人員采取排水降壓等應(yīng)急措施。在柬埔寨某水電站項(xiàng)目中結(jié)合無人機(jī)仿立面飛行檢測與水下滲漏探測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了水深70米條件下的不放空堵漏作業(yè)顯著降低了工程成本。從土石壩到混凝土面板壩從建設(shè)期到運(yùn)營期監(jiān)測系統(tǒng)已在國內(nèi)外200余個大壩工程中發(fā)揮作用為病險(xiǎn)壩治理、常規(guī)安全巡檢提供了精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。

六．總結(jié)

隨著智能化技術(shù)發(fā)展大壩監(jiān)測正邁向“水空一體化”新階段。衛(wèi)星遙感、4G通信與光纖傳感的三網(wǎng)協(xié)同讓監(jiān)測覆蓋范圍擴(kuò)展至160公里以上，這些技術(shù)創(chuàng)新不僅提升了大壩安全管控的精準(zhǔn)度更推動監(jiān)測從“事后補(bǔ)救”向“事前預(yù)防”轉(zhuǎn)變?yōu)樗こ痰拈L效安全運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障。