引言

水库大坝在现代社会中扮演着至关重要的角色，不仅用于供水、灌溉和发电等关键领域，还在防洪和生态保护方面发挥着不可替代的作用。然而，水库大坝也承载着巨大的安全压力，其破坏可能对人民生命、财产和环境造成严重威胁。因此，对水库大坝的安全监测是一项紧迫的任务。本研究的核心问题是如何有效地监测和确保水库大坝的安全性^[1]。为了解决这一问题，将深入研究茜坑水库作为案例，探讨现代监测技术在水库大坝安全性评估和维护中的应用。将讨论监测对象、方法和数据分析等关键方面，以提供保障水库大坝安全的实用方法。

1 工程概况

1.1 茜坑水库概况

茜坑水库位于深圳市龙华区福城街道茜坑村，其在城市供水、灌溉和防洪方面具有关键作用。以下是茜坑水库的详细概况：

（1）地理位置和用途

茜坑水库地理坐标位于深圳市龙华区福城街道茜坑村，其主要用途包括：①调蓄水源：茜坑水库作为水源调蓄设施，负责存储和调配水资源，以满足深圳市及周边地区的供水需求。②城市供水：茜坑水库向深圳市观澜、龙华、大浪街道及西北部片区供水，为深圳市的重要城市供水源之一^[2]。③原水转输：水库还用于将原水转输至处理厂，以供城市居民饮用。

（2）历史和建设时间线

茜坑水库的建设历史如下：①始建时间：1992年8月，标志着茜坑水库的诞生。②竣工蓄水：1993年4月，水库开始运营。③扩建：2000年4月，进行了扩建工程。④蓄水前验收：2002年5月，完成扩建后的工程，并通过蓄水前验收，正式投入运行。

（3）容量和等别

根据《水利水电工程等别划分及洪水标准》（SL 252—2000）的相关标准，茜坑水库被归类为中型水库，其容量和工程等别如下：①总库容：1917万立方米，足以储存大量水资源。②工程等别：Ⅲ等，表明其在水利工程等级中处于中等水平。③主要建筑物等级：主坝、副坝、溢洪道及坝下输水涵管为3级，次要建筑物级别为4级。④一级水源保护区：茜坑水库一级水源保护区占地面积4.98平方公里，为保障水质提供了重要保障。

1.2 水库大坝结构

水库大坝的结构对其安全性至关重要。下面是茜坑水库大坝的主要特点和结构参数：

（1）主坝和副坝

①主坝：主坝由原主坝加高培厚而成，为均质土坝，坝顶高程76.8米，坝顶长388.1米，坝顶宽5米，覆盖着混凝土路面，最大坝高28.8米。②副坝：茜坑水库有4座副坝，均为均质土坝，坝顶高程76.8米，最大坝高依次为27.6米、28.8米、7.6米和11.9米。

（2）溢洪道和坝下输水涵管

①溢洪道：茜坑水库的溢洪道位于主坝右岸坝肩位置，包括进口八字翼墙段、控制段、泄槽段、消力池及出口护坦段，堰顶高程73.00米，堰顶净宽8米。②坝下输水涵管：坝下输水涵管位于主坝左岸，管中心高程分别为55米和60米，总管长140.3米，设计纵坡1/200，出口管中心高程52.04米，涵管内径1.2米，采用钢筋砼内衬钢管形式。这些工程概况和水库大坝结构参数为后续关于水库大坝安全监测技术的研究提供了重要的背景信息。

2 水库大坝安全监测方向

2.1 监测对象

（1）关键参数和区域的监测

为确保水库大坝的安全性，需要监测一系列关键参数和区域。这些关键参数包括但不限于：①坝体变形：监测水库大坝的变形情况，包括坝顶、坝基和坝体的位移、沉降等变化。②温度和湿度：监测大坝周边环境的温度和湿度，这些因素可能对坝体稳定性产生影响。③表面变形监测：茜坑水库周边地表的变形情况是一个至关重要的指标。这包括监测坝体和周边地区的沉降、位移、裂缝等表面变形特征。这些数据有助于了解坝体的结构健康状况，同时还能提前发现可能影响坝体稳定性的问题。通过实时监测表面变形，可以采取必要的措施来防止地下水位上升可能引发的地质灾害。④渗流压力监测：在坝体内部，渗流压力的分布对于坝体的稳定性具有直接影响。通过监测渗流压力，能够检测到可能导致渗漏或渗透问题的迹象。这种监测可以帮助及早发现和处理坝体内部的渗漏问题，从而保护大坝的完整性。⑤渗流量监测：了解周围地区的渗流量对于管理和控制渗流非常重要。过多的渗流可能会导致坝体附近地区的不稳定，甚至危及水库的安全性。通过监测渗流量，可以确保采取适当的措施来管理渗流，以减轻对水库和周边环境的不利影响。此外，对于水库周边的一级水源保护区的监测同样至关重要。水质监测有助于确保水库水质符合安全标准，水源涵养情况监测可维护水库水源的持续补给，而野生动植物生态系统监测有助于保护周边环境的生态平衡。这一系列监测措施有助于保障茜坑水库大坝的可持续运营，同时确保其周边生态环境的健康和稳定。这些技术的综合应用可以帮助更好地管理和维护茜坑水库，以确保其长期安全性和可持续性。

2.2 监测方法和技术

（1）传感器技术的应用

传感器技术在水库大坝安全监测中具有关键作用。以下是一些常用的传感器技术及其应用：①位移传感器：使用位移传感器来监测坝体、坝基和坝顶的位移，以检测可能的沉降或移位。②温湿度传感器：温湿度传感器用于监测环境条件，帮助评估温度和湿度对坝体的影响。③压力传感器：压力传感器可用于测量坝体内的应力、渗流压力等，以提前发现潜在问题。④量水堰计和液位传感器：用于监测坝体渗流量，以及时发现坝体异常渗漏。

（2）遥感技术的潜在用途

遥感技术可以提供大范围、实时的监测数据，对水库管理具有潜在用途。利用卫星遥感、航拍和无人机技术，可以实现以下目标：①变形监测：通过雷达遥感图像来监测周边地物变形，包括坝体、水工建筑物的变形和滑坡、泥石流等风险。②水质监测：使用光学遥感技术来评估水库水质，检测潜在的污染源^[3]。③植被监测：通过遥感图像变化检测技术监测一级水源保护区内的植被覆盖，以维护生态平衡。

2.3 数据分析与应用

（1）数据分析在安全监测中的角色和重要性

数据分析是确保水库大坝安全性的关键环节。通过对监测数据的分析，可以及时发现异常情况、预测潜在问题，并采取必要的措施。数据分析的任务包括：①趋势分析：检测关键参数的变化趋势，识别可能的问题。②异常检测：发现异常数值，指示可能的故障或危险情况。③模型建立：利用监测数据建立数学模型，预测未来可能的变化。

（2）如何利用监测数据进行风险评估和决策支持

监测数据的有效利用可以用于风险评估和决策支持。通过将监测数据与安全标准和模型相结合，可以实现以下目标：①风险评估：基于数据分析结果，评估水库大坝的风险水平，识别潜在的威胁。②决策支持：提供决策者有关维护、修复或紧急措施的信息，以确保水库大坝的安全性和可持续性。通过综合应用监测技术、数据分析和决策支持，可以实现水库大坝的安全监测和管理，确保其在面临不同风险和挑战时保持稳定和安全。

3 2023年3月份安全监测总结

（1）回顾2023年3月份的安全监测工作

在2023年3月份，继续积极进行茜坑水库大坝的安全监测工作，旨在确保大坝的稳定性和可持续性。以下是对这个月的监测工作的回顾：①监测对象和区域：持续监测了关键参数，包括坝体变形、温湿度、地下水位和溢洪道流量。同时，一级水源保护区内的水质、植被和生态系统也得到了监测。②监测方法和技术：传感器网络持续运行，传输各种监测数据至监测中心。通过雷达卫星遥感技术提供了全面的地表变形信息。③数据采集和传输：采用现代数据采集和传输方法，确保了数据的及时性和准确性。监测数据以实时数据流的形式传输，便于分析和决策。

（2）分析监测数据，评估水库大坝的安全性

根据在3月份的监测数据，进行了对水库大坝安全性的评估。以下是评估的主要发现：①坝体变形：坝体变形处于正常范围内，未显示出任何明显的异常。位移监测数据表明坝体保持稳定。②温湿度：环境温湿度在合理范围内波动，未观察到对坝体安全性的不利影响。③渗流压力：坝体和坝基渗流压力保持在预期范围内，没有出现异常地水位上升情况，这有助于维护坝体稳定。④渗流量：主副坝渗流量监测数据显示，3月份未发生渗流量异常变化，坝体渗流特征平稳^[4]。综合考虑以上数据，认为茜坑水库大坝在2023年3月份继续保持了良好的安全性。然而，我们仍需密切关注着监测数据，以及时发现潜在问题并采取措施。

（3）引出下一步行动和改进措施

尽管本月的监测结果正常，但明白水库大坝的安全工作永无止境。为了进一步提高大坝的安全性和可持续性，计划采取以下行动和改进措施：①维护和升级监测设备：将定期检查和维护传感器网络，确保其正常运行。同时，将考虑升级监测设备，以提高数据采集的精确性和频率。②数据分析优化：将进一步优化数据分析方法，以更准确地评估监测数据，并引入更复杂的模型，以提前发现潜在问题。③应急响应计划：将制定和更新应急响应计划，以备不时之需。这将包括定期进行模拟演练，确保在紧急情况下的高效应对。

4 结语

本文深入研究了茜坑水库大坝的安全监测技术研究与应用。水库大坝作为供水、防洪和生态保护的重要基础设施，其安全性至关重要。通过对水库大坝工程概况、监测对象、监测方法和数据分析的综合探讨，强调了水库大坝安全监测的紧迫性和重要性^[5]。在回顾了2023年3月份的安全监测工作后，得出结论，茜坑水库大坝在该月份继续保持了稳定和安全。然而，后续管理不会松懈，将继续改进监测技术和数据分析方法，以确保水库大坝的长期安全性。还提出了一系列改进措施，包括设备维护、数据分析优化、应急响应计划和社区教育。这些措施将有助于进一步提高水库大坝的安全性，保护人民生命和财产。

参考文献：

[1] 李红连, 黄丁发, 陈宪东. 大坝变形监测的研究现状与发展趋势[J]. 中国农村水利水电, 2006(2):89-90.

[2] 杨杰, 吴中如. 大坝安全监控的国内外研究现状与发展[J]. 西安理工大学学报, 2002, 18(1):26-30.

[3] ]赵志仁, 徐锐. 国内外大坝安全监测技术发展现状与展望[J]. 水电自动化与大坝监测, 2010, 34(5):52-57.

[4] 方卫华, 王润英. 大坝变形监测自动化系统进展[J]. 水利水电科技进展, 2000, 20(6):23-25.

[5] SL 551-2012土石坝安全监测技术规范[s].

作者简介：张瑜敏（1975—），女，汉，广东省梅州市人，本科学历，工程师，研究方向为水库大坝安全监测。