一．前言

大壩作為水利工程的核心基礎(chǔ)設(shè)施，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接關(guān)乎下游區(qū)域的安全，滲流、滲壓與位移監(jiān)測則是評估大壩健康狀態(tài)的關(guān)鍵手段。監(jiān)測設(shè)備通過精準(zhǔn)捕捉壩體內(nèi)部的水力參數(shù)與變形數(shù)據(jù)，為工程安全預(yù)警和運(yùn)維決策提供核心支撐，研究人員通過長期工程實(shí)踐證實(shí)這類設(shè)備的技術(shù)性能直接決定監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性與預(yù)警的有效性。

二．滲流滲壓監(jiān)測

滲流監(jiān)測設(shè)備的工作原理圍繞滲流量與滲透坡降的測量展開，量水堰計(jì)作為主流設(shè)備被工程人員廣泛應(yīng)用于滲流量監(jiān)測，其利用明渠均勻流公式將滲流出口水位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具體滲流量數(shù)值，三角堰與矩形堰分別適配小流量與大流量的監(jiān)測場景。差壓式滲流傳感器通過測頭間隙變化量計(jì)算滲流壓力同時(shí)電容式傳感器借助電導(dǎo)變化實(shí)現(xiàn)滲流參數(shù)測量，兩種設(shè)備的無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件設(shè)計(jì)使其能在復(fù)雜水文環(huán)境中保持穩(wěn)定運(yùn)行。滲壓監(jiān)測以孔隙水壓力為核心指標(biāo)，振弦式滲壓計(jì)通過彈性膜片變形改變壓力芯體頻率進(jìn)而將滲壓轉(zhuǎn)化為電信號，硅壓阻式滲壓計(jì)則利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)感知壓力變化，長江設(shè)計(jì)集團(tuán)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)滲壓計(jì)的布設(shè)需沿壩體縱剖面分層設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)才能完整捕捉浸潤線的動(dòng)態(tài)變化。

三．位移監(jiān)測

位移監(jiān)測設(shè)備的原理因技術(shù)類型不同呈現(xiàn)差異化特征，大地測量技術(shù)中的水準(zhǔn)測量通過建立水平視線測定兩點(diǎn)間高差從而獲取大壩垂直位移數(shù)據(jù)，全站儀則通過角度與距離測量確定監(jiān)測點(diǎn)三維坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)水平與垂直位移的同步監(jiān)測。GNSS技術(shù)依托衛(wèi)星信號解算監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)，其被工程人員用于大壩的實(shí)時(shí)連續(xù)位移監(jiān)測且不受地形通視條件的限制，光纖傳感技術(shù)則利用光在光纖中的傳播特性，當(dāng)大壩發(fā)生位移時(shí)光纖的應(yīng)變會(huì)引發(fā)光信號波長或相位的變化，技術(shù)人員通過檢測這類變化即可反推位移的大小與分布。振弦式測縫計(jì)通過鋼弦振動(dòng)頻率的改變感知壩體裂縫的位移量，差阻式測縫計(jì)則借助電阻比值變化實(shí)現(xiàn)位移監(jiān)測，兩種設(shè)備的參數(shù)設(shè)計(jì)均需匹配大壩的變形特征。

四．核心監(jiān)測參數(shù)

監(jiān)測設(shè)備的核心參數(shù)直接決定其適用范圍與測量精度，滲壓計(jì)的量程通常覆蓋0.17~6.0MPa且精度可達(dá)±0.1%F.S，分辨率則能達(dá)到±0.025%F.S，這類參數(shù)指標(biāo)使其可長期埋設(shè)于壩體或基巖內(nèi)捕捉微小滲壓變化。量水堰計(jì)的雨強(qiáng)測量范圍在0.3~10mm/min之間且日累積誤差優(yōu)于±4%，電位器式位移計(jì)的參數(shù)包含量程、工作電壓與儀器常數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)，振弦式測縫計(jì)的溫度系數(shù)與傳感器系數(shù)則是影響測量準(zhǔn)確性的重要因素。GNSS位移監(jiān)測設(shè)備的定位精度可達(dá)毫米級，光纖布拉格光柵傳感器的應(yīng)變分辨率能達(dá)到1με，這類高精度參數(shù)讓設(shè)備可檢測到大壩的微小變形。

五．技術(shù)優(yōu)勢

監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在精度、穩(wěn)定性與智能化等多個(gè)維度，滲流滲壓設(shè)備的抗電磁干擾與耐腐蝕特性使其使用壽命超過15年，維護(hù)成本因此降低60%以上。位移監(jiān)測中的GNSS技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測，減少人工干預(yù)的同時(shí)提升監(jiān)測效率，全站儀自動(dòng)化變形監(jiān)測系統(tǒng)則能按照預(yù)設(shè)程序自動(dòng)測量并在位移超閾值時(shí)觸發(fā)報(bào)警，工程運(yùn)維人員借助這類預(yù)警功能可及時(shí)采取應(yīng)急措施。監(jiān)測系統(tǒng)的多傳感器接入能力使其能整合滲流、滲壓、位移等多維度數(shù)據(jù)，技術(shù)人員通過構(gòu)建三維滲流場模型可全面評估大壩的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)采集頻率≤1小時(shí)的設(shè)計(jì)讓監(jiān)測數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)上傳至云平臺(tái)，預(yù)警響應(yīng)時(shí)間因此縮短至5分鐘內(nèi)。

六．應(yīng)用場景

這類監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用場景覆蓋各類水利工程的安全監(jiān)測環(huán)節(jié)，在混凝土壩與土石壩的運(yùn)維中，滲流滲壓設(shè)備被埋設(shè)于壩體心墻、防滲墻與壩基斷層帶等關(guān)鍵部位，用于識(shí)別滲透變形或防滲體失效的跡象。堤防工程中滲壓計(jì)監(jiān)測洪水期間堤內(nèi)外的滲透壓力，當(dāng)壓力超過臨界值時(shí)可預(yù)警管涌、滑坡等險(xiǎn)情，工程人員依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整防滲措施如增設(shè)截滲墻或壓重平臺(tái)。位移監(jiān)測設(shè)備則廣泛應(yīng)用于大壩建設(shè)期與運(yùn)行期的變形監(jiān)測，在高壩大庫的抗震評估中，GNSS與光纖傳感技術(shù)的組合使用能捕捉地震引發(fā)的壩體瞬時(shí)位移，為災(zāi)后應(yīng)急決策提供數(shù)據(jù)支撐。在水庫調(diào)度中，監(jiān)測數(shù)據(jù)被用于分析滲流量與庫水位、降雨量的關(guān)聯(lián)性，研究人員通過這類分析可優(yōu)化蓄水放水策略避免壩體因壓力驟變產(chǎn)生損傷。

七．總結(jié)

大壩滲流滲壓位移監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)發(fā)展始終圍繞工程實(shí)際需求推進(jìn)，傳感器的微型化、監(jiān)測系統(tǒng)的智能化與數(shù)據(jù)融合的深度化成為行業(yè)發(fā)展趨勢。未來隨著物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)的融入，監(jiān)測設(shè)備將實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判的全流程升級，使其在水利工程安全保障中發(fā)揮更為關(guān)鍵的作用。