0 引言

高堆石坝作为水利工程核心构筑物，施工期受堆筑碾压、水位变化、地质条件等多因素影响，易产生不均匀变形，若未及时监测预警，可能引发坝体裂缝、失稳等安全风险，威胁工程安全与周边民生。当前高堆石坝施工期变形监测多依赖单一技术，存在数据分散、分析滞后等问题，且安全预警多基于经验阈值，缺乏与实时监测数据的动态联动。虽有相关技术探索，但在多源监测数据融合、预警模型精准度等方面仍需完善。基于此，围绕高堆石坝施工期变形监测与安全预警系统开发展开研究，旨在构建实时、精准的监测预警体系，为高堆石坝施工安全提供有力技术支撑。

1 高堆石坝施工期变形监测与安全预警的基础理论

1.1 高堆石坝施工期变形的类型、影响因素及监测指标体系

明确高堆石坝施工期变形的核心类型，主要包括堆筑过程中的竖向压缩变形、水平位移变形，以及因坝体分区差异产生的不均匀变形。从内在与外在维度梳理影响因素，内在因素涉及堆石料级配、压实度等材料特性，外在因素涵盖施工堆筑速率、水位变动、地质基础沉降等。基于变形特性与工程安全需求，构建多维度监测指标体系：位移指标包含坝顶及坝体不同高程的水平位移、竖向位移；变形形态指标涵盖坝体沉降差、倾斜度；辅助指标包括堆石料孔隙水压力、坝体温度场变化，各指标相互关联，共同反映坝体变形状态，为后续监测方案设计与安全评估提供科学依据^[1]。

1.2 变形监测技术的适配性与数据特性

系统分析适用于高堆石坝施工期的主流变形监测技术，对比不同技术的适配场景与数据特性。GNSS技术具备全天候、大范围实时定位优势，适用于坝体表面整体位移监测，数据具有动态性强、覆盖范围广的特点，但易受遮挡环境干扰；测斜仪技术可深入坝体内部，实现深层水平位移监测，数据精度高、连续性好，能精准捕捉坝体内部变形趋势，不过需提前布设测斜管，对施工流程有一定影响；此外，全站仪适用于局部高精度位移监测，数据稳定性强，适合作为辅助校验手段。结合高堆石坝施工场景，明确各类技术的适用范围与数据互补性，为后续系统集成提供技术选型依据。

1.3 安全预警的核心原理、阈值设定依据与预警等级划分

阐述高堆石坝施工期安全预警的核心原理，基于“监测数据-变形规律-风险评估”的逻辑链，通过实时监测数据与预设阈值的对比分析，识别坝体变形异常趋势。阈值设定以工程规范为基础，结合高堆石坝的结构设计参数、材料力学性能及类似工程经验，采用理论计算与数值模拟相结合的方式，确定不同施工阶段、不同坝体部位的位移、沉降等指标的安全阈值。依据变形风险程度与影响范围，划分三级预警等级：一级预警（轻微异常）对应变形接近阈值，需加强监测频率；二级预警（中度异常）表示变形超出预警阈值，需启动局部防控措施；三级预警（严重异常）意味着变形濒临危险值，需立即暂停施工并实施应急处置，形成层次清晰、响应明确的预警机制。

2 高堆石坝施工期变形监测与安全预警系统的设计与实现

2.1 施工期变形监测数据模型构建与多源数据融合方法

以高堆石坝施工期变形监测需求为导向，构建多维度数据模型并提出高效融合方法。数据模型方面，梳理GNSS定位数据、测斜仪深层变形数据、渗压计渗流数据等多源监测数据类型，明确各数据的采集频率、精度要求及存储格式；通过实体-关系模型（E-R模型）建立数据间关联，将坝体分区、施工时段与监测数据精准匹配，形成结构化数据框架。多源数据融合方法上，采用“预处理-配准-融合”三级流程：先通过滤波算法剔除异常数据，再基于时空坐标转换实现不同监测技术数据的统一配准，最后运用加权融合算法对同源数据互补优化、异源数据协同分析，提升数据完整性与可靠性，为后续预警分析提供高质量数据基础^[2]。

2.2 基于多技术集成的变形监测模块与安全预警模块开发

集成多监测技术与智能算法，完成变形监测与安全预警两大核心模块开发。变形监测模块整合GNSS实时定位、自动化测斜、视频监控等技术，开发数据采集子模块实现多源数据自动获取与同步传输，同时设计数据可视化子模块，通过动态曲线、三维坝体模型直观展示变形趋势。安全预警模块基于融合后的监测数据，构建“阈值预警+趋势预警”双机制：依据坝体结构力学特性与规范要求设定分级预警阈值，当数据超限时自动触发告警；结合机器学习算法建立变形趋势预测模型，通过分析历史数据与实时数据，提前预判坝体变形风险。模块间通过搭建高速数据交互通道，建立监测数据与预警分析的实时联动机制，实现变形监测数据、设备状态信息与预警算法模型的无缝对接，确保监测数据快速转化为精准预警信息并同步推送至相关终端，显著提升预警响应效率与决策时效性。

2.3 系统平台的功能设计、集成调试与运行保障机制

按照“实用、稳定、高效”原则，完成系统平台构建与运行保障体系搭建。功能设计上，除核心的监测与预警功能外，增设数据管理（存储、查询、追溯）、报表生成（自动生成监测日报/周报）、权限管理（按角色分配操作权限）等辅助功能，满足不同用户需求。集成调试阶段，将数据模型、监测模块、预警模块与平台框架进行一体化集成，通过模拟施工场景与异常数据注入，测试各功能模块的兼容性与响应速度，优化数据传输延迟、预警触发精度等问题。运行保障机制方面，建立7×24小时实时监控与故障响应机制，定期对硬件设备进行维护校准，对软件系统进行漏洞修复与版本更新，确保系统在高堆石坝复杂施工环境下稳定、持续运行^[3]。

3 结语

本研究聚焦高堆石坝施工期变形监测与安全预警系统开发，构建了适配多源监测数据的结构化数据模型，提出高效数据融合方法，完成集成监测与预警功能的模块开发及系统平台搭建。该系统有效解决了传统监测数据分散、预警滞后等问题，实现了坝体变形实时监测、动态预警与数据一体化管理，为施工期安全管控提供了精准技术支撑。受研究条件限制，系统在极端天气（如强暴雨、强风）下的监测数据稳定性，以及复杂地质条件下预警模型的适配性仍需优化。未来可结合北斗高精度定位、AI智能预测算法进一步提升系统性能，加强在超大型高堆石坝工程中的实践应用，推动坝体施工安全监测预警技术向更高精度、更智能化方向发展。

参考文献

[1]张一鸣,王雪雅,冯春.一种高堆石坝坝体变形的监测系统:CN202210443909.9[P].CN114894149A[2025-09-06].

[2]兰官奇.高面板堆石坝施工期上游坡面变形规律研究[D].西安理工大学[2025-09-06].

[3]牛景太,梁彬彬,邓志平,等.施工期高心墙堆石坝沉降变形监控模型构建研究[J].南昌工程学院学报, 2020, 39(3):5.