浅谈水利大坝安全监测

水，是人类和一切生物生存所不可缺少的自然资源之一，没有水就没有生命。随着国民经济的发展，人民物质和文化生活水平的不断提高，人类对水资源的需求量也日益增长。为了能够合理利用水资源，使其能更好地为人类服务，人们开始修建水利工程以达到“兴水利，除水害”的目的。

修建水库蓄水，既可调节水量，以丰补枯，抬高水头发电，又可灌溉，防洪，养鱼，且能够拦截部分泥沙，防止水土流失，收到综合利用水资源的目的。但修建水库大坝也隐含着很多风险，大坝的修建会打破江河流域原来的生态平衡，会对水环境产生不良的影响，如果大坝失事或溃决将会给人类生命财产带来严重损失。因此，世界各国政府对水坝的规划、设计、施工、运行以及监测都进行了一定程度的管理和控制。

随着世界各国水资源的不断开发和利用，大坝及其它类型的水工建筑物，数量、规模都在不断增加和扩大，与此同时，大坝失事现象也频频出现。例如，五十年代末法国的马尔巴塞双曲拱坝和六十年代初意大利瓦依昂拱坝先后失事及1975年8月我国的河南板桥和石漫滩水库溃坝，1990年青海沟后水库失事等，都给国家和人民的生命财产造成了巨大的损失，也因此使人们意识到：要规避风险，充分发挥工程效益，首先要从工程勘测、规划、设计做起，做到万无一失;在工程施工阶段要对工程施工的每一个环节加以控制，充分保证水库大坝的工程质量，这是实现工程安全的主要保证，但是，究竟什么才是大坝的安全?当然不只是不失事或尚未失事就算安全。W.珀储(奥地利)曾在国际大坝委员会关于大坝安全的第59号公报将它定义为：“大坝的安全表现为不存在任何可导致其损坏或破坏的条件或发展趋势。因此，为安全起见，大坝的设计必须留有适当的安全余地，必须考虑在大坝使用寿命内能抵御正常运行以及异常灾祸可能出现的各种不利情况。”

大坝安全监测即对任何施工、蓄水和运行的水库大坝及其它水工建筑物布设监测系统，通过量测坝体及基础变形渗压渗流、应力应变状态等，以了解大坝及基础性状的演变趋势，发现危及安全的异常因素，预测预报大坝安全性态，以便能把有可能发现的事故损失降低到最小程度。进行大坝安全监测，有助于认识各种观测量的变化规律和成因机理，以确保大坝安全，能够反馈大坝设计、指导施工和大坝运行，推动坝工理论的发展，提高大坝运行的综合效益。

20世纪20年代以来，人们逐渐意识到大坝安全的重要性，各国专家、工程技术人员纷纷开始对大坝安全监测的各个环节进行研究和开发。自60年代以来，世界各国都在竟相发展大坝安全监测技术，为了郑重地阐述大坝技术的专业性要求和已经发现的错误和失误，国际大坝委员会于1973年出版了一本名为“大坝的事故教训”的综合性手册，并且在1983年又附上了一份名为“大坝和水库的失效——举例和分析”的报告。这些报告和手册是关心大坝安全和从事大坝监测工作的工程技术人员不可多得的宝贵财富。到了80年代大坝安全监测发展迅速，人们对安全监测的认识更趋全面，观测范围进一步扩大，新的仪器也不断涌现，观测手段更加先进，自动化监测系统有较快的发展，数据处理向在线实时控制发展，反馈分析成果丰硕。随着国产第一个监测自动化系统在东江拱坝安装成功，标志着我国大坝自动化监测已进入了实用阶段。90年代至今，随着电子、计算机、通信等技术领域的飞速发展和渗透，大坝安全监测已经进入全面自动化的阶段，数据的采集、处理、解释分析都可由自动化系统完成，并且自动化监测逐渐趋向成熟化与实用化，如：意大利开始发展无线遥测技术;美国、加拿大利用卫星遥测谣传监测信息;2003年年底，南水大坝配置了徕卡公司生产的TCA2003全站仪(又称测量机器人)，实现了测量机器人在大坝监测网测量中的应用，使我国的监测技术又迈向了一个新台阶等。监控分析的数学模型呈现多样化形式，除统计模型、确定性模型外，时间序列、灰色理论、模糊数学、神经网络、有限元法和混沌动力学的分析等多种理论和方法被纷纷引入大坝安全监测资料和大坝结构性态的正反分析。监测系统的设计也逐渐趋向开放型，分布式，网络化，在大坝安全监测仪器、观测方法等研究方面均出现一些新特点和新方向，并取得喜人的进展和成果，如：大坝CT技术，光纤传感技术，渗流热监测技术，“4S”技术CDMA通信技术等。

近年来，许多20世纪60、70年代修建，目前正在运行的病险水库都进行了除险加固，大坝安全监测项目得到了更新、完善，各个监测项目在检验除险加固效果的同时，监视着大坝的运行性态，部分除险加固的大坝采用了最新的自动化技术，实现了大坝安全监测及其管理现代化。大坝安全监测自动化最初是从应力、应变及温度监测开始的，但由于变形监测能直观地反映大坝运行性态出现异常，最终都是通过变形测值出现异常得到反映的。但是，目前在大坝安全监测方面仍存在设计布置的监测项目和测点的不合理，方法繁琐落后，仪器设备选型不当的问题，以致造成人力、物力、财力的损失和浪费，影响监测成果的真实性和可靠性，难以解决大坝监测中需解决的实际问题。由此可见，在大坝安全监测设计过程中，要提高监测系统的有效性，监测项目的确定、测点的合理布置和仪器的选型是很重要的环节，这些应在严格按照规范要求下结合工程实际问题进行。同时还要确保监测系统由负责的、有经验的技术人员管理，并结合经常及定期的现场检查，对坝的安全进行评价。

大坝安全是公共安全问题，关系到社会的稳定。我国属于坝工大国，强化大坝安全管理是刻不容缓的事情。大坝安全监测作为一个跨学科跨专业的综合性工程领域，其工作涉及面广，技术难度大，专业性强;仪器仪表的埋设与安装穿插于主体工程施工之中，现场协调工作量大;对于特大型工程，由于建筑物种类多，土石方和混凝土工程量十分巨大，施工时间长，给安全监测工程提出了许多新问题;在施工中经常提出一些临时需要监测的项目。这些特点增加了管理和监理工作的难度，同时也对工作人员和工作方式提出了高要求，需要多方面专家共同研究和探索。