大坝渗流、渗压与位移监测技术体系及工程实践

 

 

一．概括

 

大坝作为水利工程的核心枢纽其安全运行直接关系到下游人民生命财产安全与水资源调控效能。渗流异常、渗压突变及位移超限是诱发大坝失稳的主要风险因素据统计全球约30%的溃坝事故由渗流问题引发而监测缺失或失效导致的事故占比达15%。构建科学的监测技术体系对大坝安全防控具有关键意义。

 

二．渗流监测

 

 

渗流监测聚焦坝体及地基的渗透状态核心在于捕捉渗流量与渗透坡降的变化规律。量水堰计是主流监测设备，其原理通过测量渗流出口水位结合明渠均匀流

公式间接推算渗流量，不同类型量水堰适配不同场景，三角堰适用于小于10L/s的小流量监测，矩形堰则适配大于10L/s的大流量场景。差压式与电容式传感器也广泛应用，前者利用测头间隙变化量计算渗流压力，后者通过电导变化实现测量。技术参数上监测设备需覆盖微雨至暴雨等多样场景雨强测量范围通常在0.3~10mm/min日累积误差优于±4%。无机械运动部件的设计让设备避免了磨损误差，可在极端环境下长期稳定运行，这一优势使其成为高坝大库渗流监测的理想选择。

 

三．渗压监测

 

 

 

渗压监测以孔隙水压力为核心指标直接反映坝体阻挡水的能力，其关键在于精准捕捉浸润线位置。浸润线作为迎水面渗透形成的自由水面与坝体横剖面的交线，被视作大坝健康的“晴雨表”。渗压计是实现监测的核心设备，基于压阻或振弦效应工作振弦式，渗压计通过弹性膜片变形改变压力芯体频率，将渗压转化为可测量的电信号。长江设计集团卢建华团队指出渗压计安装需沿坝体纵剖面布局，根据水库大小设置若干监测剖面，每个剖面通常在坝上、坝中、坝底布设监测点。设备量程多在0.17~6.0MPa，精度可达±0.1%F.S，分辨率达±0.025%F.S且具备抗电磁干扰、耐腐蚀特性可长期埋设于坝体或基岩内。部分场景会临时使用压力式水位计但因其精度仅为±0.5%F.S无法满足渗透系数测量需求。

 

四.位移监测

 

 

位移监测致力于追踪坝体及岸坡的空间位置变化防止不均匀沉降、滑动等风险。GNSS技术是当前主流方案，单北斗变形监测系统通过多颗卫星对目标点实时定位结合，高频率数据采集与智能处理算法实现三维坐标变化捕捉。其数据采集频率达每秒10次位置精度提升至毫米级远超传统GNSS的厘米级精度。光纤光栅技术作为补充利用波长漂移特性，感知温度与应变间接计算位移单根光纤，可实现分布式监测适配坝体混凝土内部变形场景。研究人员认为位移监测系统需具备强环境适应性可在复杂地质与气候条件下稳定运行同时支持与倾角仪等设备联动进一步提升监测效能。

 

五．完整的配套系统

 

监测技术的工程应用已形成“感知-传输-分析-预警”的完整闭环。在云南、湖南等国内水库项目中渗压传感器埋设于坝基实时感知水压数据通过4G或北斗卫星传输至云平台经智能算法分析压力分布及变化趋势。当数据超出安全阈值及时通知指导运维人员采取排水降压等应急措施。在柬埔寨某水电站项目中结合无人机仿立面飞行检测与水下渗漏探测技术实现了水深70米条件下的不放空堵漏作业显著降低了工程成本。从土石坝到混凝土面板坝从建设期到运营期监测系统已在国内外200余个大坝工程中发挥作用为病险坝治理、常规安全巡检提供了精准数据支撑。

 

六．总结

 

随着智能化技术发展大坝监测正迈向“水空一体化”新阶段。卫星遥感、4G通信与光纤传感的三网协同让监测覆盖范围扩展至160公里以上，这些技术创新不仅提升了大坝安全管控的精准度更推动监测从“事后补救”向“事前预防”转变为水利工程的长效安全运行提供了坚实保障。