大坝安全监测综述

大坝安全监测综述高宏伟中国农业大学水利与土木工程学院摘要：随着科学技术的发展、人民安全意识的不断提高，我国对大坝安全监测呈现日益重视的态度。本文通过对大坝安全监测世界发展历史的研究，对比我国安全监测的发展，给出大坝安全监测技术的展望。关键词：大坝安全监测发展历史主要问题展望1大坝安全监测的定义大坝安全检测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察；“监测”既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测，也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查（来源于百度百科）。2大坝安全监测的发展历史通过查阅资料总结出大坝安全监测的发展大致可以分为四个阶段：1）早期阶段：远古至19世纪末。这个阶段中，人类并没有完全意识到安全检测的重要性。加之当时科技水平并不发达，并且主要是一些土石材料坝。人类对于坝的安全监测只停留在初步认识阶段，检测方法也局限于简单地外表巡视检查。2）原型观测阶段：十九世纪末至1964年。随着筑坝技术的不断发展，坝工理论体系基本形成，出现了越来越多的新型结构。为了检验这些新结构的设计理论和计算方法以及研究物理量的变化规律，开始在部分大坝中安装相应的检测装备。此阶段的监测工作被世界普遍称为“观测”。例如,1964年在英国爱丁堡召开的第8届国际大坝会议议题29即为“各种坝型的观测结果及分析”。在我国1960年水利电力出版社出版的《混凝土坝的内部观测》及《水工建筑物观测工作手册》中，也将此阶段的监测工作称为“观测”。这个时期我国的大坝安全检测也逐渐起航。这一期间结构材料研究所原型观测专题组作出了巨大贡献。它是我国最早从事大坝观测研究的集体，并培养了一大批活跃在我国水利电大坝安全监测事业的知名专家、学者和技术人员。这些人中1958年回国后被分配到水科院结构材料所工作的的经萱禄做出了不可磨灭的贡献。经萱禄在日本时，就从事大坝安全监测相关的工作,，期间与日本共和电力公司技术协作生产了差动电阻式系列(又称卡尔逊式)仪器。利用工作的便利，他在回国时带回一整套仪器及图纸交由结构材料所与上海教育仪器厂、科培仪表厂等协作生产，使我国自制观测仪器有了良好的开端。从20世纪60年代初起,，我国水利水电工程就全部使用了国产观测仪器。该仪器的稳定性良好,宜埋于混凝土内长期使用。目前已广泛地应用于其他领域的土建工程中,能长期监测及掌握建筑物的运行状态,以确保安全。可以说这个阶段中国在观测上取得的进步离不开经萱禄以及其他学者的卓越贡献。3）过渡阶段：1964年至20世纪90年代初。这一阶段，世界各地相继发生重大的大坝安全事故：1864年，英国戴尔戴克水库在蓄水中发生裂缝垮坝，死亡250人，800所房屋被毁。1889年，美国约翰斯敦水库洪水漫顶垮坝，死亡4000~10000人。1959年，西班牙佛台特拉水库发生沉陷垮坝，死亡144人。1959年，法国玛尔帕塞水库因地质问题发生垮坝，死亡421人。1960年，巴西奥罗斯水库在施工期间被洪水冲垮，死亡1000人。1961年，苏联巴比亚水库洪水漫顶垮坝，死亡145人。1963年，意大利瓦伊昂拱坝水库失事，死亡2600人。1963年，中国河北刘家台土坝水库失事，死亡943人。1967年，印度柯依那水库诱发地震，坝体震裂，死亡180人。1979年，印度曼朱二号水库垮坝，死亡5000~10000人。由于这些事故带来的严重损失及重大影响，各国政府和公众对大坝的安全深切关注,安全监测工作被提高到一个更加重要的地位,得到了快速发展。人们逐步把保证大坝安全运行作为主要目的，专业名词也逐渐从观测过渡到“检测”。例如1985年召开的第15届国际大坝会议议题56即为“大坝及地基监测”，这时的中国也紧跟世界步伐，1989年颁发的《混凝土大坝安全监测技术规范》就确定了“检测”一词。中国这一阶段在大坝安全检测上的发展经历了一些变动。在1966年往后的10年间，一些中央的科研机构和设计单位被撤消或外迁，只有一些层单位的有关人员仍在仪器研制、资料分析和安全监测等方面继续做出了一定的贡献。20世纪70年代后期水科院结构材料所恢复重建，观测工作重新步入正轨。80年代以来，工作重心主要集中在监测资料分析和管理分析系统的研究开发。4）成熟阶段：20世纪90年代至今。这一阶段中，人们对安全监测的重要性完全达成一致，监测技术已经在大坝中得到广泛应用,，并取得了实质性成果。监测目的已经从验证设计、解释性态转变为健康诊断、安全监视，并且正在向实时、在线安全监控方向发展。综上4个阶段可见,，大坝安全监测经历了感性认识、原型观测、大坝观测、安全监测等阶段。当今时代随着监测技术的发展计算机网络技术、人工智能技术的进步,，大坝安全监测正在朝着远程安全监控的方向发展。3我国当前大坝安全监测存在的主要问题1）对大坝安全监测重要性的认识总体上来说，国内对于大坝安全十分重视，但仍然存在少部分业主不能从保障大坝安全的高度去深刻认识安全监测的意义和作用。常常为了压缩工程投资、增加工程隐形利润轻视甚至忽视大坝安全监测，导致安全监测达不到作用，大坝的安全隐患得不到及时发现，最终甚至酿成大坝失事的悲剧。因此，笔者认为应该进一步完善大坝安全监测的规范及条例，加大对于违规行为的出发，利用法律的力量从根源打消人们偷奸取巧、侥幸的心理。2）监测技术方面目前，我国传统的监测技术已趋于完善,但新型监测技术的开发和应用还比较滞后一些其他国家早已掌握的技术我们还处于试验和研发阶段。例如：全球定位系统(GPS)监测技术虽然在一机多天线等方面取得了进展，但造价高操作困难的问题使得大部分业主仍难以接受，亟待开发降低造价的新理论和新方法。另外在监测的仪器选型上也存在不小的问题。国内目前存在两种比较偏激的态度：一种是过分强调了检测仪器的经济型而忽略了仪器的先进性。导致不能接受新的技术从而可能花了钱却不能达到应有的监测目的；另一种态度则是忽略仪器是否合适而片面的追求引进高新科技。其结果可能造成大量的浪费、不匹配，甚至会因为操作人员技术水平不能驾驭高新仪器，最终酿成大祸。所以，在检测仪器的选型上，我们应该在追求科技的更新的同时兼顾自身情况，考虑整体投资，力求找到一个完美的平衡点。3）监测设计方面我国目前监测设计方面存在的主要问题是，监测设计方案固定化。只有一些大设计院拥有独立设计的能力，大多数较小的设计单位和设计人员较少根据大坝具体情况，从大坝破坏机理的角度进行设计和研究。因此带来的问题可能是，设计成果与大坝具体情况并不相符，在监测过程中不能实现监测最优化。因此,应大力开展监测设计的基础性、机理性研究,对已经获得共识的常规性监测项目,可适当简化,而对于影响大坝安全的重大问题,应在安全监测设计方面进行专门研究。4）监测施工队伍的专业性施工队伍的主要问题是，专业化的监测施工企业数量还不是很多，队伍中施工监测专业技术人员偏少，多数是临时拼凑，因此检测施工技术也参差不齐。目前国内对安全监测是施工模式、技术要求研究并不充分，部分监理工程师专业水平有待提高。众所周知，优秀的检测施工是保障大坝安全的重要一环，因此，我们应该尽快确立监测工程师的准入制度，提高施工企业和监理单位的技术要求。4大坝安全监测技术的展望随着我国科学技术的进步及水利水电事业的蓬勃发展,大坝安全监测技术也在不断发展和提高。展望未来的发展趋势可归纳为以下几点：1）监测设计优化。2）发展智能传感器。3）改进数据采集系统。4）群坝信息系统集成。5）采用综合自动化系统。6）利用视频图像监控。大力发展大坝监测技术，可以更好地解决大坝安全监测存在的问题，也将有利于提高人们对大坝安全监测重要性的认识,推动大坝安全监测的规范化和可持续性发展,促进大坝安全监测理论和技术水平的进步,更好地保障大坝安全,服务经济建设和社会发展。参考文献:[1]张进平,庄万康.大坝安全监测的位移分布数学模型[J].水利学报,1991,(5):28-35.[2]张进平.大坝监测数学模型因子集的扩充[J].大坝观测与土工测试,1999,(2):3-5.