水利工程安全监测

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1、华 北 水 利 水 电 大 学研 究 生 结 课 论 文姓 名 赵绪新 201520108325 张 海 201520108283 李怀超 201520108286 专 业 水利工程 性 质 国家统招（ ）单 考（ ） 工程硕士（ ）同等学力（ ）科 目 水利工程安全监控理论及技术方法 成 绩 5水利工程监测方法概述摘要：千里之堤溃于蚁穴，说的就是看似固若金汤的千里堤坝，因为小小蚁虫的啃噬，也会被摧毁的，因此加强水利工程安全监测就显得特别重要，安全监测是一个新课题，目的是提高设计质量，以便用最少的投入获得最理想的效果，达到先进、可靠、经济、实用的要求。目前，工程质量的竞争已经成为整个建筑工程领

2、域的核心竞争点，如果工程质量不能得到保证，那么再好的施工技术和施工人员也不能使工程发挥应有的效益。我们在改革开发之后，经济水平已经得到了飞速的发展，国家建设的各项工程规模也在逐步的扩大，而水利是关乎国计民生的重要工程领域。本文通过回顾板桥水库溃坝事故的背景下，介绍国内外几种大坝安全的技术，相信在监测大坝安全上，这些技术将会发挥巨大的作用。关键词：水利工程；安全监测；安全管理0 绪论我国是世界上严重缺水的国家之一，人均占有量仅相当于世界人均水资源量的1/4，并且在我国水资源分布不均匀，呈北旱南涝的格局，尤其是在北方，降水稀少，水资源短缺的问题更加突出。但是水资源作为一种清洁、无污染、可再生的资源

3、，它的优势是不言而喻的，随着我国经济的飞速发展，水力资源得到了不断开发，我国的水利事业也取得了很大的成就。建国至今，我国已经修建了8万多座大坝，这些大坝在国民经济建设中发挥了重要的作用，在防洪、灌溉、发电等方面产生了很大的经济效益。但是，一部分大坝存在着不安全因素，有的水库已经运行了很长时间，坝体材料正逐渐的老化；还有的大坝出现了危及大坝安全的裂缝等等因素，这些因素不同程度地影响了工程效益的发挥，甚至还威胁着下游人民的生命财产及安全。与此同时，随着国家多水利事业的不断重视，大坝的规模也在日趋加大，其安全就显得更加重要。在我国出现的水库大坝垮塌事件也不少，而板桥水库溃坝事件是建国以来一次十分严重

4、的溃坝事故。1975年8月，特大暴雨引发的淮河上游大洪水，使河南省驻马店地区包括两座大型水库在内的数十座水库漫顶垮坝，1100万亩农田受到毁灭性的灾害，1100万人受灾，死亡人数超过23万，经济损失近百亿元，成为世界最大的水库垮坝惨剧。这次水库溃坝事件造成的后果是令人震惊的，同时也是令人扼腕叹息的，因此，对水利工程的监测就显得十分重要，在经济发展过程中，工程安全发挥着不可或缺的作用。水利工程安全监测是监视水工建筑物安全的重要技术措施，是掌握大坝性状变化和安全状态的主要手段。水利工程安全监测工作要做到“四无、四随、四固定”；无，即无缺测、无漏测、无违时、无不符精度；随，即随观测、随记录、随计算、

5、随校核；固定，即人员、仪器、测次、时间固定。安全监测是对建筑物的负责，同时也是对人民群众的安全的负责。1 当前水利监测中存在的问题在目前的水利工程建设中，由于隐形转变等导致施工监督和控制方面能力的减弱，加上还存在着赶工期等施工问题，这些问题使得水利工程的质量存在着一定的安全隐患，下面对目前水利工程质量监测中出现的一些问题进行分析1.1 监测能力在目前，真正持有水利工程质量监测资格的单位并不多，基本是岩土和混凝土专业的监理单位，电气和测量专业的单位很少，然而就算具备监测资格的单位，在这些单位的专业的监测队伍也很少，且基本是属于可言或者施工单位，并且在相关的从业人员中具备学历或者中级职称人员所占的

6、比例较小，这些都造成了监理单位的水平参差不齐。因此，当前水利工程的质量监测都是由其他行业的监理单位进行完成，显然很难按照水利行业的要求评价项目。1.2 监测设备在监理单位对水利工程进行监测过程中，一方面从业者对设备不能真正的掌握其工作原理，不能充分发挥其功能，而是长期进行搁置；另一方面，很多监理单位对监测设备的保养和维护并没有专人负责，也没有对设备进行备档管理，导致了设备的服务时间缩短，令监测成本在无形中增加。1.3 缺乏健全制度目前，我国的监测工作发展还只处于认识阶段，相关的规范值得也处在探索阶段，这其中包括：质量监测费用标准的制定、监测的评定、监测成果的赏罚等。这些制度的缺乏造成了监测行业

7、的混乱，对监测结果的产生有一定的影响。针对以上的问题，在水利工程监测中探索技术是十分必要的，下面简要介绍几种当面在国内外应用的大坝安全监测技术。2 在国内外应用的监测技术2.1 渗流热监测技术渗流热监测技术是通过观测大坝内温度分布及其变化来监测坝体、坝基渗流情况，它是一种很有发展前途的技术。这一方法是从勘探地下水所进行的地温研究得到启发而开始的，在美国、瑞典等国得到了成功的应用。关于渗流热监测的原理，美国的研究人认为，地下（坝内）渗流的存在将对热环境产生明显的影响，水的热传导系数和比热与岩石不同，岩土中如果有渗水，其热学参数必然会改变，如果地下水不流动，这种影响就比较小；而流动的地下水会产生冷

8、却的效果，因为地温相对较低的部位有可能存在流动的地下水，由此，温度分布图像可以帮助发现渗流较严重的部位，同时，通过长时间观测掌握了埋设的各支温度计的正常变化规律后，当温度测值一旦偏离正常值时，就可以认为有渗流异常的特征而加以注意和研究。从1965年起，在美国加利福尼亚州塞米诺土坝上首次进行了一项为期3年的实测研究，研究表明，温度分布图像可以帮助发现渗流较严重的部位；同时，通过长时间观测掌握了各支温度计的正常变化规律后，温度也可以作为渗流异常的警报而加以注意。瑞典学者针对测温监测土坝渗流的方法，研究了土坝中热水力学（热力学-渗流水力学）的过程。并对一座10m高的土坝进行了现场监测，证明定期测温可

9、以监测坝体渗流变化，且可用以确定渗流区域。2.2 GPS观测技术GPS 观测具有精度高、速度快、自动化、全天候以及测点之间无需通视等优点，且随着接收机硬件在性能和软件处理技术的提高，近年来GPS定位技术已在各个领域得到了广泛的运用，在GPS方面，我国也做了许多探索性的研究工作目前，对于GPS精密测量，采用性能优良的接收机和较好的数据处理软件，虽然在精度上有了很大提高，但是影响GPS定位精度的因素还有很多，还应针对具体内容采取相应的措施，减小误差，提高精度。减小误差的方法有：控制好观测时间和方案以减弱不利的卫星图形强度对GPS定位的影响；采用精密解算软件提高整周模糊度解算精度；采取适当方法消除测

10、量噪声的影响，如卡尔曼滤波、小波变换等。2.3 探地雷达技术探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR）又称为地质雷达，是用高频率的无线电波来确定地下介质分布的一种方法。探地雷达方法是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的截面时发生发射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。在坝体渗流探测中，渗透水流使渗漏部位或浸润线一下截止的相对介电常数增大，与未发生渗漏部位介质的相对介质常数有较大的差异，在雷达剖面图上产生反射频率较低反射振幅较大的特

11、征影像，一次可推断发生渗漏的空间位置。范围和埋藏深度。20世纪70年代以后，由于技术的发展，探地雷达技术的应用范围迅速扩大，探地雷达技术已在众多领域中得到越来越多的应用。目前在水利工程中主要利用探地雷达技术去监测水利工程施工中出现的隐蔽的地质缺陷；侧低昂混凝土浇筑质量、土体含水量、浸润线等指标；监测地基处理效果；探测坝基的密实度、完好程度及洞穴、裂缝、陷落等堤坝隐患。2.4 计算机层析成像技术计算机层析成像(Computerized Tomography, CT)是指在破坏物体结构的前提下，根据在物体周边所获取的某种物理量（如波速。X线强度等）的一维投影数据，运用一定的数学方法，通过计算机的处

12、理，重建物体特定层面上的二维图像以及依据一系列上述二维图像而构成的三维图像，它可以定量地反映出物体内部材料性质的分布情况和缺陷部位，描绘出剖面以至三维立体内的结构景象,并根据岩土介质对激发源吸收的情况，结合工程地质认识，进行解释和诊断。1971年美国科学家Hounsfield综合了当时物理学、数学、放射学、医学、计算机科学等多学科成果，研制成功了世界上第一台X射线CT扫描机，用于人体颅脑断面成像，并在医学领域率先推出了CT技术，发明者也于1979年获得了诺贝尔奖。随着CT技术和各专业学科的发展，非医学CT技术也相应发展起来，出现了工业CT、地球物理CT、大坝CT技术。意大利率先将CT应用于水工

13、建筑物性态诊断，他们采用了声波方法，利用介质的波速分布进行反演，已经成功完成了几十个大坝的CT成像，有效地进行了大坝安全检查及工程处理效果验证。80年代以来，我国的水电部门一些单位开始对计算机层析成像技术进行研究开发，在实际应用中也取得了一些明显的地质效果和经济效益。1998年，福建省莆田东方红水库和漳平大扳水库成功地应用层析成像技术探测大坝漏水，在国内首开了先河。计算机层析成像技术提供的成果准确、直观、图像清晰，能清楚地揭示探测介质内部的构造和异常部位，解决了传统的物探和地质手段无法解决的难题，在水利水电工程勘测中已取得初步成效，为水利水电工程查找隐患、渗漏开辟了新的检测手段，同时该方法也可

14、用于探测坝基堤基地质构造以及检测堤坝灌浆效果等领域。2.5 光纤传感技术光导纤维是以不同折射率的石英玻璃包层及石英玻璃细芯组合而成的一种新型纤维。它使光线的传播以全反射的形式进行，能将光和图像曲折传递到所需要的任意空间，具有通信容量大、速度快、抗电磁干扰等优点。用激光作载波，用光导纤维作传输路径的通信称作光纤通信，今年来得到了迅速的发展。光纤传感是用光导纤维来感受各种物理量并传送所感受信息的技术，利用光导纤维制作的用以测量各种物理量的仪器就是光纤传感器，它自身不产生辐射、不发热、不产生火花，且不受外界电磁辐射的干扰，凡是电子仪器能测量的物理量，它几乎都可以测量，它具有灵敏度高、体积小等优点，受

15、到了很大关注。3 结语目前，传统的安全监测技术已趋于完善，但新型监测技术的开发和应用仍较为滞后，一些新技术仍处于理论探讨和试验性的研究阶段，如GPS监测技术在一机多天线等方面取得了快速进展，但其造价较高，因此很难被大部分业主所接受，有待开发降低其造价的新理论和新方法；大坝CT技术在结构损伤检测、力学特性测试等几个方面取得了一些成果，但是其在波的传播和图像重构方面还较为原始，难以被大规模推广和应用；当前的土石坝变形监测自动化技术手段还很少，这也是监测技术中亟待研究解决的重大课题。虽然我国的大坝安全监测技术已经较为成熟，但是在新的时代仍然面临着许多新的挑战。未来的监测仪器将是高精度、高可靠性、高稳

16、定性和智能化的仪器系统。国内的水电建设事业尚在蓬勃发展，对水利工程安全监测的需求也越来越高，可以预期，在未来将有更多的技术应用在水利工程安全监测上，中国的大坝安全监测水平也将得到蓬勃发展。4 参考文献1 赵志仁，徐锐.国内外大坝安全监测技术发展现状与展望J.水电自动化与大坝监测，2010,34（5）：52-572 邱信蛟.水利工程安全监测的集中新技术浅析J.水利建设与管理，2004,2（4）；144-1453 饶兴贵.紫坪铺水利工程大坝安全监测基准网测量和稳定分析J.四川水利发电，2007,2（2）：01-2044 吴高平，韩艳红，李晓丽.乌鲁瓦提水利枢纽工程大坝安全监测与水情测报自动化系统J

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