水利工程安全監(jiān)測

1、華北水利水電大學(xué)研究生結(jié)課論文姓 名 趙緒新 201520108325張 海 201520108283李懷超 201520108286專 業(yè)水U工程性 質(zhì)國家統(tǒng)招（）單 考（）工程碩士（“）同等學(xué)力（）科目水利工程安全監(jiān)控理論及技術(shù)方法成績水利工程監(jiān)測方法概述摘要：千里之堤潰于蟻穴，說的就是看似固若金湯的千里堤壩，因為小小蟻蟲的啃噬，也會被摧毀的，因此加強(qiáng)水利工程安全監(jiān)測就顯得特別重要，安全監(jiān)測是一個新課題，目的是提高設(shè)計質(zhì)量，以便用最少的投入獲得最理想的效果，達(dá)到先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)、實用的要求。目前，工程質(zhì)量的競爭已經(jīng)成為整個建筑工程領(lǐng)域的核心競爭點，如果工程質(zhì)量不能得到保證，那么再好的施工技

2、術(shù)和施工人員也不能使工程發(fā)揮應(yīng)有的效益。我們在改革開發(fā)之后， 經(jīng)濟(jì)水平已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，國家建設(shè)的各項工程規(guī)模也在逐步的擴(kuò)大，而水利是關(guān)乎國計民生的重要工程領(lǐng)域。本文通過回顧板橋水庫潰壩事故的背景下，介紹國內(nèi)外幾種大壩安全的技術(shù)，相信在監(jiān)測大壩安全上，這些技術(shù)將會發(fā)揮巨大的作用。關(guān)鍵詞：水利工程；安全監(jiān)測；安全管理0緒論我國是世界上嚴(yán)重缺水的國家之一，人均占有量僅相當(dāng)于世界人均水資源量 的1/4，并且在我國水資源分布不均勻，呈北旱南澇的格局，尤其是在北方，降 水稀少，水資源短缺的問題更加突出。但是水資源作為一種清潔、無污染、可再 生的資源，它的優(yōu)勢是不言而喻的，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，水力

3、資源得到了 不斷開發(fā)，我國的水利事業(yè)也取得了很大的成就。建國至今，我國已經(jīng)修建了8萬多座大壩，這些大壩在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用，在防洪、灌溉、發(fā) 電等方面產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益。 但是，一部分大壩存在著不安全因素，有的水 庫已經(jīng)運(yùn)行了很長時間，壩體材料正逐漸的老化；還有的大壩出現(xiàn)了危及大壩安 全的裂縫等等因素，這些因素不同程度地影響了工程效益的發(fā)揮， 甚至還威脅著 下游人民的生命財產(chǎn)及安全。與此同時，隨著國家多水利事業(yè)的不斷重視， 大壩 的規(guī)模也在日趨加大，其安全就顯得更加重要。在我國出現(xiàn)的水庫大壩垮塌事件 也不少，而板橋水庫潰壩事件是建國以來一次十分嚴(yán)重的潰壩事故。1975年8月，特大

4、暴雨引發(fā)的淮河上游大洪水，使河南省駐馬店地區(qū)包括兩 座大型水庫在內(nèi)的數(shù)十座水庫漫頂垮壩，110 0萬畝農(nóng)田受到毀滅性的災(zāi)害，1100 萬人受災(zāi)，死亡人數(shù)超過23萬，經(jīng)濟(jì)損失近百億元，成為世界最大的水庫垮壩 慘劇。這次水庫潰壩事件造成的后果是令人震驚的，同時也是令人扼腕嘆息的， 因此，對水利工程的監(jiān)測就顯得十分重要， 在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，工程安全發(fā)揮著 不可或缺的作用。水利工程安全監(jiān)測是監(jiān)視水工建筑物安全的重要技術(shù)措施，是掌握大壩性狀 變化和安全狀態(tài)的主要手段。水利工程安全監(jiān)測工作要做到“四無、四隨、四固 定”；無，即無缺測、無漏測、無違時、無不符精度；隨，即隨觀測、隨記錄、 隨計算、隨校核；固定

5、，即人員、儀器、測次、時間固定。安全監(jiān)測是對建筑物 的負(fù)責(zé)，同時也是對人民群眾的安全的負(fù)責(zé)。1當(dāng)前水利監(jiān)測中存在的問題在目前的水利工程建設(shè)中，由于隱形轉(zhuǎn)變等導(dǎo)致施工監(jiān)督和控制方面能力的 減弱，加上還存在著趕工期等施工問題，這些問題使得水利工程的質(zhì)量存在著一 定的安全隱患，下面對目前水利工程質(zhì)量監(jiān)測中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行分析1.1監(jiān)測能力在目前，真正持有水利工程質(zhì)量監(jiān)測資格的單位并不多，基本是巖土和混凝土專業(yè)的監(jiān)理單位，電氣和測量專業(yè)的單位很少，然而就算具備監(jiān)測資格的單位， 在這些單位的專業(yè)的監(jiān)測隊伍也很少， 且基本是屬于可言或者施工單位， 并且在 相關(guān)的從業(yè)人員中具備學(xué)歷或者中級職稱人員所占的比

6、例較小，這些都造成了監(jiān)理單位的水平參差不齊。因此，當(dāng)前水利工程的質(zhì)量監(jiān)測都是由其他行業(yè)的監(jiān)理 單位進(jìn)行完成，顯然很難按照水利行業(yè)的要求評價項目。1.2監(jiān)測設(shè)備在監(jiān)理單位對水利工程進(jìn)行監(jiān)測過程中，一方面從業(yè)者對設(shè)備不能真正的掌握其工作原理，不能充分發(fā)揮其功能，而是長期進(jìn)行擱置；另一方面，很多監(jiān)理 單位對監(jiān)測設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)并沒有專人負(fù)責(zé)，也沒有對設(shè)備進(jìn)行備檔管理，導(dǎo)致了設(shè)備的服務(wù)時間縮短，令監(jiān)測成本在無形中增加。1.3缺乏健全制度目前，我國的監(jiān)測工作發(fā)展還只處于認(rèn)識階段， 相關(guān)的規(guī)范值得也處在探索 階段，這其中包括：質(zhì)量監(jiān)測費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)的制定、監(jiān)測的評定、監(jiān)測成果的賞罰等。 這些制度的缺乏造成了監(jiān)測

7、行業(yè)的混亂，對監(jiān)測結(jié)果的產(chǎn)生有一定的影響。針對以上的問題，在水利工程監(jiān)測中探索技術(shù)是十分必要的，下面簡要介紹幾種當(dāng)面在國內(nèi)外應(yīng)用的大壩安全監(jiān)測技術(shù)。2在國內(nèi)外應(yīng)用的監(jiān)測技術(shù)2.1滲流熱監(jiān)測技術(shù)滲流熱監(jiān)測技術(shù)是通過觀測大壩內(nèi)溫度分布及其變化來監(jiān)測壩體、壩基滲流情況，它是一種很有發(fā)展前途的技術(shù)。這一方法是從勘探地下水所進(jìn)行的地溫研 究得到啟發(fā)而開始的，在美國、瑞典等國得到了成功的應(yīng)用。關(guān)于滲流熱監(jiān)測的 原理，美國的研究人認(rèn)為，地下（壩內(nèi)）滲流的存在將對熱環(huán)境產(chǎn)生明顯的影響， 水的熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱與巖石不同，巖土中如果有滲水，其熱學(xué)參數(shù)必然會改變， 如果地下水不流動，這種影響就比較小；而流動的地下水

8、會產(chǎn)生冷卻的效果， 因 為地溫相對較低的部位有可能存在流動的地下水，由此，溫度分布圖像可以幫助發(fā)現(xiàn)滲流較嚴(yán)重的部位，同時，通過長時間觀測掌握了埋設(shè)的各支溫度計的正常 變化規(guī)律后，當(dāng)溫度測值一旦偏離正常值時，就可以認(rèn)為有滲流異常的特征而加 以注意和研究。從1965年起，在美國加利福尼亞州塞米諾土壩上首次進(jìn)行了一項為期3年的實測研究，研究表明，溫度分布圖像可以幫助發(fā)現(xiàn)滲流較嚴(yán)重的部位；同時， 通過長時間觀測掌握了各支溫度計的正常變化規(guī)律后，溫度也可以作為滲流異常的警報而加以注意。瑞典學(xué)者針對測溫監(jiān)測土壩滲流的方法， 研究了土壩中熱水 力學(xué)(熱力學(xué)-滲流水力學(xué))的過程。并對一座10m高的土壩進(jìn)行了現(xiàn)

9、場監(jiān)測， 證明定期測溫可以監(jiān)測壩體滲流變化，且可用以確定滲流區(qū)域。2.2 GPS觀測技術(shù)GPS觀測具有精度高、速度快、自動化、全天候以及測點之間無需通視等優(yōu)點，且隨著接收機(jī)硬件在性能和軟件處理技術(shù)的提高，近年來GPS定位技術(shù)已在各個領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，在GPS方面，我國也做了許多探索性的研究工作目前，對于GPS精密測量，采用性能優(yōu)良的接收機(jī)和較好的數(shù)據(jù)處理軟件， 雖然在精度上有了很大提高，但是影響GPS定位精度的因素還有很多，還應(yīng)針對具體內(nèi)容采取相應(yīng)的措施，減小誤差，提高精度。減小誤差的方法有： 控制好觀測時間和方案以減弱不利的衛(wèi)星圖形強(qiáng)度對GPS定位的影響； 采用精密解算軟件提高整周模糊度

10、解算精度； 采取適當(dāng)方法消除測量噪聲的影響，如卡爾曼濾波、小波變換等。2.3探地雷達(dá)技術(shù)探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar簡稱GPR)又稱為地質(zhì)雷達(dá)，是用高 頻率的無線電波來確定地下介質(zhì)分布的一種方法。探地雷達(dá)方法是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時遇到存在電性差異的截面時發(fā)生 發(fā)射，根據(jù)接收到電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時間的變化特征推斷地下介質(zhì)的空 間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。在壩體滲流探測中，滲透水流使?jié)B漏部位或浸潤線一下截止的相對介電常數(shù) 增大，與未發(fā)生滲漏部位介質(zhì)的相對介質(zhì)常數(shù)有較大的差異，在雷達(dá)剖面圖

11、上產(chǎn)生反射頻率較低反射振幅較大的特征影像，一次可推斷發(fā)生滲漏的空間位置。范圍和埋藏深度。20世紀(jì)70年代以后，由于技術(shù)的發(fā)展，探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大， 探地雷達(dá)技術(shù)已在眾多領(lǐng)域中得到越來越多的應(yīng)用。目前在水利工程中主要利用 探地雷達(dá)技術(shù)去監(jiān)測水利工程施工中出現(xiàn)的隱蔽的地質(zhì)缺陷；側(cè)低昂混凝土澆筑質(zhì)量、土體含水量、浸潤線等指標(biāo)；監(jiān)測地基處理效果；探測壩基的密實度、完 好程度及洞穴、裂縫、陷落等堤壩隱患。2.4計算機(jī)層析成像技術(shù)計算機(jī)層析成像(Computerized Tomography, CT)是指在破壞物體結(jié)構(gòu)的前提 下，根據(jù)在物體周邊所獲取的某種物理量(如波速。X線強(qiáng)度等)的一維投影

12、數(shù)據(jù)，運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)方法，通過計算機(jī)的處理，重建物體特定層面上的二維圖像 以及依據(jù)一系列上述二維圖像而構(gòu)成的三維圖像，它可以定量地反映出物體內(nèi)部材料性質(zhì)的分布情況和缺陷部位，描繪出剖面以至三維立體內(nèi)的結(jié)構(gòu)景象，并根據(jù)巖土介質(zhì)對激發(fā)源吸收的情況，結(jié)合工程地質(zhì)認(rèn)識，進(jìn)行解釋和診斷。1971年美國科學(xué)家Hounsfield綜合了當(dāng)時物理學(xué)、數(shù)學(xué)、放射學(xué)、醫(yī)學(xué)、計 算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科成果，研制成功了世界上第一臺X射線CT掃描機(jī)，用于人體 顱腦斷面成像，并在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域率先推出了 CT技術(shù)，發(fā)明者也于1979年獲得了 諾貝爾獎。隨著CT技術(shù)和各專業(yè)學(xué)科的發(fā)展，非醫(yī)學(xué)CT技術(shù)也相應(yīng)發(fā)展起來, 出現(xiàn)了工業(yè)CT、地

13、球物理CT、大壩CT技術(shù)。意大利率先將CT應(yīng)用于水工建 筑物性態(tài)診斷，他們采用了聲波方法，利用介質(zhì)的波速分布進(jìn)行反演，已經(jīng)成功 完成了幾十個大壩的CT成像，有效地進(jìn)行了大壩安全檢查及工程處理效果驗證。80年代以來，我國的水電部門一些單位開始對計算機(jī)層析成像技術(shù)進(jìn)行研究開 發(fā)，在實際應(yīng)用中也取得了一些明顯的地質(zhì)效果和經(jīng)濟(jì)效益。1998年，福建省莆田東方紅水庫和漳平大扳水庫成功地應(yīng)用層析成像技術(shù)探測大壩漏水，在國內(nèi)首開了先河。計算機(jī)層析成像技術(shù)提供的成果準(zhǔn)確、直觀、圖像清晰，能清楚地揭示探測 介質(zhì)內(nèi)部的構(gòu)造和異常部位，解決了傳統(tǒng)的物探和地質(zhì)手段無法解決的難題，在 水利水電工程勘測中已取得初步成效，

14、 為水利水電工程查找隱患、滲漏開辟了新 的檢測手段，同時該方法也可用于探測壩基堤基地質(zhì)構(gòu)造以及檢測堤壩灌漿效果 等領(lǐng)域。2.5光纖傳感技術(shù)光導(dǎo)纖維是以不同折射率的石英玻璃包層及石英玻璃細(xì)芯組合而成的一種 新型纖維。它使光線的傳播以全反射的形式進(jìn)行， 能將光和圖像曲折傳遞到所需 要的任意空間，具有通信容量大、速度快、抗電磁干擾等優(yōu)點。用激光作載波， 用光導(dǎo)纖維作傳輸路徑的通信稱作光纖通信，今年來得到了迅速的發(fā)展。光纖傳感是用光導(dǎo)纖維來感受各種物理量并傳送所感受信息的技術(shù)，利用光導(dǎo)纖維制作的用以測量各種物理量的儀器就是光纖傳感器，它自身不產(chǎn)生輻射、 不發(fā)熱、不產(chǎn)生火花，且不受外界電磁輻射的干擾，凡

15、是電子儀器能測量的物理 量，它幾乎都可以測量，它具有靈敏度高、體積小等優(yōu)點，受到了很大關(guān)注。3結(jié)語目前，傳統(tǒng)的安全監(jiān)測技術(shù)已趨于完善，但新型監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用仍較為滯后，一些新技術(shù)仍處于理論探討和試驗性的研究階段，如GPS監(jiān)測技術(shù)在一機(jī)多天線等方面取得了快速進(jìn)展，但其造價較高，因此很難被大部分業(yè)主所接受，有待開發(fā)降低其造價的新理論和新方法；大壩 CT技術(shù)在結(jié)構(gòu)損傷檢測、 力學(xué)特性測試等幾個方面取得了一些成果，但是其在波的傳播和圖像重構(gòu)方面還 較為原始，難以被大規(guī)模推廣和應(yīng)用；當(dāng)前的土石壩變形監(jiān)測自動化技術(shù)手段 還很少，這也是監(jiān)測技術(shù)中亟待研究解決的重大課題。雖然我國的大壩安全監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)較為

16、成熟， 但是在新的時代仍然面臨著許 多新的挑戰(zhàn)。未來的監(jiān)測儀器將是高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性和智能化的儀器 系統(tǒng)。國內(nèi)的水電建設(shè)事業(yè)尚在蓬勃發(fā)展，對水利工程安全監(jiān)測的需求也越來越高，可以預(yù)期，在未來將有更多的技術(shù)應(yīng)用在水利工程安全監(jiān)測上，中國的大壩安全監(jiān)測水平也將得到蓬勃發(fā)展。4參考文獻(xiàn)1 趙志仁，徐銳國內(nèi)外大壩安全監(jiān)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望J.水電自動化與大壩監(jiān)測，2010,34 ( 5): 52-572 邱信蛟水利工程安全監(jiān)測的集中新技術(shù)淺析J水利建設(shè)與管理，2004,2 ( 4)； 144-1453 饒興貴紫坪鋪水利工程大壩安全監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)測量和穩(wěn)定分析J.四川水利發(fā)電，2007,2(2):

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