大坝安全监测新技术和发展趋势研究

　　1.前言

　　大坝不仅能够防灾减害，还提供着重要的水电资源，是国家发展中的重要工程。随着国民经济的快速发展，我国的水利工程设施建设也越来越受到重视，随着筑坝技术的不断提高，大坝的建设越来越具有施工强度大、库容大、坝高、监测难度大等特点，随之而来的便是如何使用现代化的监测手段来及时准确的掌握大坝工作中的各类数据，以确保大坝的工程安全，安全监测新技术的作用在当前看来就显得尤为突出。我国对大坝的安全监测要追溯到上个世纪50年代，经过半个世纪的发展，计算机、人工智能等技术已替代了传统的监测仪器，并建立起了较为完整的大坝安全监测体系[1]。下面我们将在大坝安全监测的新技术中选取大坝CT技术，光纤技术的应用，以及水下监测技术来进行分析，以期对我国大坝监测的概貌有一个清晰的了解。

　　2.当前大坝安全监测中的新技术

　　2.1大坝CT技术

　　自1994年开始，国内首次将CT成像技术引入到了大坝混凝土缺陷的诊断中来，伴随着该软件系统的不断修正和完善，目前大坝CT软件系统已经建立。这种技术具体是根据某种波在大坝坝体中传播的射线束，在探测区域内部构成切面，根据切面上的初至信号通过计算机的数学处理，定量反应坝体材料的性质、病害、老化程度，确定缺陷部位，以达到监测目的。

　　大坝CT技术所能监测到的波主要为电磁波和声波。因为电磁波的强度、波形和路径与它所通过的介质的几何形态和电性质密切关联，电磁波型大坝CT利用两个天线发射和接受电磁波，据接受波的幅度、双程走时以及波形变化来推算出坝体的材料性质和老化缺陷分布。声波型的监测是在大坝上布置若干个震源和震波检测器，根据接收器所记录的声波走从发射点到接受点行程的时间算出波速，再依据波速来了解坝体的材料性质和老化缺陷的分布。根据实际工作中的经验，我们认为声波法具备较高的精度，能达到理想的监测效果，但其工作量大，成本也较高，在坝体上布置相应的监测布点也受到了实际条件的限制。相比较而言，电磁波法的操作简单，但由于电子波的功率不能够足够大，限制了有效的检测深度，也有其弊端。因此要根据实际情况相应的选取。

　　总体来说，大坝CT技术能对大坝内部材料的弹模、强度等特性分布状况、病害和裂缝的部位、内部材料老化的程度进行检测，还能对内部预埋构件如金属埋件、钢筋等状态进行检测，对施工爆破对大坝的结构影响也能检测，还能对施工质量的补强加固效果进行检测[2]。除了这些对大坝自身结构和性能的监测外，也可把CT成像的技术与其它现代技术相结合，展开更广泛领域的监测。

　　2.2光纤技术监测

　　光纤不仅能够起到传光的作用，还可以起到传感的作用，利用光纤自身的这些特性，可以利用分布式传感光纤系统来进行大坝的监测。分布式传感光纤监测系统会以连续函数的形式测算光纤的变化，这样光纤的任意一点都成了传感器，再将这些光纤按照网格来铺设，就可以提供大量的信息数据，实现对大坝全方位的监测，提高监测有效性。又由于光纤自身柔软易放置，其传感器重量也轻，体积很小，这样一来，布设安装的工序简易，可以做到无损埋设，使用很方便。另外，光纤具有抗电磁干扰，防雷击，耐腐蚀，潜在故障较少，结构简单，可靠性很高，加之价格不贵，性价比也极高，是大坝监测新技术中较为实用的一种技术。如目前景洪水电站、坦肯水电站、拉西瓦水电站等国内诸多水电站都采用了光纤监测系统。

　　2.3水下监测技术

　　对于大坝的水下部分，常规的监测手段不容易对其进行监测，我们可以采用光学水下工程监测设备和声学水下工程监测设备来进行弥补。如水下闭路电视、水下激光扫描等设备在日常的工作中都已应用，这些设备因为图像的因素观察效果直观，但观察的距离也有限，水下环境千变万化，图像也不能始终保持清晰。相应的，如测探声呐、地貌声呐、扫描声呐等依据水声原理开发的水下探测设备的缺点则是，图像分辨率太低并且解读需要专业的人员花费大量时间。

　　还有以水下机器人为载体的水下安全监测设备，它是通过控制台上的前后、进退、下沉、转弯、摄像头焦距等旋转按钮来操纵机器人的行动，。目前，这些水下机器人可携带辐射传感器、金属测厚计等多种设备进行水下检测，他们小巧灵活，操作方便，并且可以达到其他仪器无法到达的深度，在我们的实际工作中已经广泛应用到排沙口，船闸，拦污闸的检查和监控中[3]。

　　3.大坝安全监测新技术的趋势

　　大坝安全监测新技术当前正在发展中，其前景广阔。总体上未来的大坝安全监测趋势要符合以下几点：一是实现集约化的管理。网络技术的发展使得以省或以流域为中心的大坝安全监测网络可以建立起来，这样便于全面的监控和集约管理；二是可以实现无人值守的在线监控。安全监测系统建立起来后，自动采集的数据会准确存入相应数据库中，系统会进行相应的分析，整个过程将快速，简洁；三是可以适应各种环境进行工作。安全监测系统常年布置在潮湿环境中，又即系受到雷电和高压强电的干扰，自动化的安全监测系统能够适应各种环境来进行全面监测。

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