文/党万琳，青海黄河水电公司大坝管理中心

大坝变形监测自动化技术的运用

文/党万琳，青海黄河水电公司大坝管理中心

大坝变形是坝体和基础状态的综合反映，也是衡量大坝运行时结构是否正常、可靠、安全的重要标志，而大坝变形监测为大坝的安全运行和维护提供了可靠的依据。为了确保大坝的正常运行就要采取有效措施来保证大坝质量，变形监测自动化技术的运用对保证大坝安全有着非常重要的意义。

大坝；变形监测；自动化；GPS

大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对大坝坝体、坝基、坝肩、近坝区岸坡及坝周围环境所作的测量和观察。大坝变形监测是大坝安全监测的重要组成部分，它是利用仪器通过一定的观测手段量测出某点某一时刻的位置与起始位置的变化量，包括大坝、电站厂房、溢洪道等水工建筑物的变形监测、基岩和滑坡体变形监测以及现场巡视检查等。

1 大坝变形监测自动化主要技术

1.1 传感器光纤传感技术

从实际应用形式来看传感器分为“机械式、光敏式、磁式以及电式传感器”；从以往经验来看，电式和磁式传感器的应用非常广泛。在实际应用过程中应该根据实际需要来进行选择。

光纤传感目前已经被广泛应用于各个领域当中，利用光纤传感将能够使得光线传播通过全反射的形式展开，这样就能把光和图像曲折传递到所需要的任意空间中去。测量对象广泛、通信容量大、灵敏度高、频带宽及耐水性强是其典型特征。正是因为具有这样的优势，因而能够被广泛应用于大坝变形监测当中。

1.2 GPS技术

当前GPS卫星定位技术已经渗透到了经济建设和科学技术等多个领域当中，在测量界的应用更是产生了深刻影响。GPS监测系统自身安全可靠、抗干扰能力非常强、监测精度较高，能有效确保大坝安全，同时也能实现洪水错峰，对于防洪减灾起非常重要的作用。在今后应用过程中要求硬件必须及时更新，同时还要对软件设计中的解算功能进一步优化，这样才能真正满足实际需要。

1.3 激光技术

激光技术是一项高效简便的测量方式，这种测量方式能够应用于大坝坝体和廊道测量当中，由于这项技术能够有效提升灵敏度范围，减少作业条件限制，因此能进一步提升测量精庋。当前激光技术在大坝变形监测中已经实现了自动化测量，采用这项技术将能有效满足大坝变形监测迅速、及时、准确的要求。但是，这项技术本身也存在一定的局限性，激光技术无法对拱坝、曲线坝实现测量。为了弥补这种缺陷在实际工作中要利用激光转角，通过这种形式将能有效拓展激光技术的应用范围。

1.4 CT技术

所谓CT技术主要指的是计算机层析成像技术，这种技术是在不破坏物体结构的前提下获取某种物理量，然后利用数学方法，通过计算机处理构成 2D图像的技术。意大利、日本等国家先后把CT技术应用到了大坝性态诊断当中，这样将能够实现对大坝安全检查及工程处理效果的验证。通过应用CT技术将能够及时掌握坝址地质构造，对断层破碎带分布情况也可有效推测。当前CT技术在坝体选择、施工以及运营期间所发挥的作用非常巨大，通过采用这项技术将能有效减少仪器设备的复杂性，同时还能提升大坝安全度，此外该技术可为大坝内部性态检测、老化评判以及缺陷搜索提供数据。

2 三种系统的应用

2.1 GPS系统的应用

在大坝变形监测测量中，人们对GPS测量精度要求较高，为了满足要求需采用全载波相位测量法，同时还需要采用全跟踪操作、SAW滤波技术、抗射频干扰的多位信号处理技术等。

GPS系统在实际应用过程中典型优点是其自动化程度高，能够得到每个观测点在xMz这三个方向的位移。同时，GPS系统的测量将不会受到测点之间通讯条件的限制，能够实现全天候测量。缺点是费用高、对测点位置有一定要求、稳定性有待观察、精度值确定时间较长。为了有效减少对地形的依赖，在今后测量中对于GPS单星系统应改进为双星系统。

2.2 光纤变形监测系统的应用

光纤变形监测在实际工作中主要是通过光参数交化来实现自动化测量，这种技术“抗干扰能力强”已在实际测量过程中由于传感器刚度比较小，其抗震性能和对测量的影响误差也将会是非常小。光纤在其中不仅是感应部件，同时也是传输部件，因此能够实现分布式测量。今后工作中为了提升测量效果需要采用频率域反射测量技术。

2.3 真空激光准直系统的应用

设计及安装中要注意四个方面问题：一是管径选择。管道的内径主要取决于测点距激光发射端的距离及其测值变幅，同时还应考虑波带板最大的通光子L径及抽真空时管道的流导、放样及安装误差以及管道材料本身的弯曲等。二是注意密封和隔热。真空激光准真系统的密封包括激光发射端和接收端的密封防潮，管道系统包括波纹管、测点箱、平晶密封段衲密封；管道隔热的目的就是要尽可能地减少温度梯度，在安装使用过程中还要注意检漏，逐段与整体检漏相结合。三是选择高质量的波带板及其起落或翻转舅蠢统，以增加其可靠性和减小各种误差，特别是复位误差。四是系统需采用自动的循环冷却水装置，在真空泵运行期间对其进行冷却。

3 大坝变形监测的发展趋势

随着技术的发展和人们对大坝安全认识的深入，监测设计的理念也日新月异。从原型观测到自动化监测，从人工巡视的仅器监测到智能化的自动化监控系统，从静态点式观测到动态的分布式观测，人们对大坝安全监测的精度和自动化的要求越来越高。同时，监测仪器自动化采集系统和资料处理分析技术也得到了快速的发展咒监测仪器的应用开始出现多元化的格局，一些差动变压器、电容式、电感式监测仪器、振弦式监测仪器以及其他各种类型的仪器得到了广泛的应用，并在多个大坝的安全保障领域取得了显著的成效。这些都为大坝安全监测技术的快速发展积累了经验、奠定了基础。

大坝变形监测的发展趋势，是内外业一体化。自动化、数字化、智能化，将多媒体系统和模拟仿真技术应用于监测系统，在坝体破坏刚开始或将要开始时实现大坝的安全预警功能。也就是说，在收集了前期的坝体观测数据后，从物理力学角度运用多学科相关知识分析，输入模拟仿真系统进行坝体受力后下一时期的三维变形结果预测；再不断地用后期收集的实测数据进行回代。对比其可靠性，并加以修正。这样，仿真技术成果趋于实际，并先于实际得出安全评判，以确保坝体安全运营，若发生故障可以及早补救。

[1]田俊生，高明衷.大坝安全监测技术研究.四川水利发电.2012，31（1）.

[2]王玉洁,周建波,董永.水电站大坝安全监测资料分析现状及展望[J].大坝与安全.2015，(05).