浅谈水电厂地质灾害监测

陈 鸿

(1.南昌水利投资发展有限公司,江西 南昌 330001；2.南昌赣昌砂石有限公司,江西 南昌 330001 )

水电是供应安全、成本经济的可再生的绿色能源,在国家电网中发挥了举足轻重的作用。随着我国水电资源的开发利用,越来越多的水电厂建成并投产。然而,我国水电厂多处高山峡谷地区,自然条件复杂,降雨时段集中,极端天气频发,使得我国降雨引发的滑坡、泥石流等地质灾害多发、易发、频发,对水电厂水工建筑物的安全稳定运行,同时对工作区、生活区、厂区道路系统及近岸库区等灾害影响范围内人民群众的生命财产安全造成了极大威胁[1]；一旦地质灾害带来人员伤亡影响,还会给水电厂运行管理部门带来极大的不利社会影响。事实上,通过加强非工程措施的研究和建设,水电厂地质灾害造成的损失降低到最低程度,特别是可避免人员的伤亡。目前来说,加强对危险区域地质灾害的监测是有效降低区域风险的重要环节。

地质灾害相关监测技术按照其监测对象可划分为：变形监测、应力监测、水文监测以及环境因素监测[2-3]。每种监测方法使用的仪器以及其获得的参数均有所不同。其中,变形监测是最基本的常规监测手段,监测对象主要包括地面变形监测、地下变形监测和结构变形监测；应力监测主要包括岩土应力监测、结构应力监测和接触应力监测；水文监测主要包括降雨量监测及地下水监测；环境监测包括地温监测、地震监测等,如图1所示。

图1 地质灾害监测技术分类

1.1 变形监测

变形监测主要有地面变形监测、地下变形监测和结构变形监测。地面变形监测也是地质灾害监测中最常用的手段,通常分为地面绝对位移和相对位移监测。地面绝对位移监测通过记录易发生滑坡部位各个点不同时刻的坐标,计算出测点的三维位移量来确定其位移方向与速率。其监测方法主要有大地测量法、近景摄影法、GPS法、合成孔径雷达干涉雷达InSAR测量法和激光扫描法等。地面相对位移监测记录的是易发生滑坡部位点与点之间的相对位移变化量。其监测方法主要有简易观测法、地表倾斜测量法、自动伸缩仪监测法和分布式光纤BOTDR法等[4-5]。地下变形监测能够直接反映滑坡体变形特征和滑动面的位置,主要监测滑坡体内不同各深度点相对于某个点的位移量,其方法有钻孔测斜法、时域反射法和钢丝位移监测法等。结构变形监测,主要对滑坡体周边各种结构物的变形、裂缝错动进行监测,其监测方法主要有大地测量法等。

1.2 应力监测

应力监测主要有岩土应力监测、结构应力监测和接触应力监测。岩土应力监测主要分为地应力监测和土中应力监测。地应力监测通过监测土体中的天然应力变化量并进行分析,主要方法有水压致裂法、应力解除法和声发射法等。土中应力监测通过埋设土压力计监测滑体内不同部位的应力变化情况,分辨拉力区和应力区,分析其变形强度得到变形动态,主要方法有接触压力法等。结构应力监测常见的有锚固应力监测和加固结构应力监测。锚固应力监测通过对预应力的监测,了解加固工程对滑坡体的改善效果。加固结构应力监测通过预埋设混凝土应力计和钢筋应力计监测混凝土内部应力及加固结构内的钢筋应力变化情况,得到加固结构的工作情况。接触应力主要监测滑坡体与加固结构接触面的应力变化情况。常用的仪器有锚索应力计、土压力计等。

1.3 水文监测

水文监测主要分为地下水监测和降雨量监测。地下水监测主要有流量监测、地下水位监测及孔隙水压力监测。流量监测,主要通过量水堰来监测坡体范围内流量变化,以便采取排水措施。地下水位监测,通过监测地下水的水位变化来预测地质灾害是否形成。孔隙水压力监测,通常利用孔隙水压力计或渗压计来监测土体内部孔隙水压力的变化情况。降雨量监测,通常通过自动雨量计或雨量站进行监测。降雨是引起滑坡的重要因素之一,雨量监测更是地质灾害监测的重中之重,所以往往应该在滑坡区域建立雨量站进行降雨量资料的收集。

1.4 环境因素监测

环境因素监测主要有地温监测、地震监测等。地温监测,通过埋设温度计监测土体内部的温度变化情况,研究温度变化与冻结滞水间的关系。地震监测,利用地震监测仪实现对人工开挖、爆破及诱发地震、天然地震等破坏性因素的监测。

2 当前地质灾害监测技术存在的问题

目前地质灾害监测的相关方法有很多,并随着科技的不断发展由最初的人工监测发展成可以远程实时反馈的灾害监测。由于我国地质灾害分布范围广,同时具有区域性、突发性和成灾快的特点,地质灾害监测任务客观上十分艰巨和复杂。而我国山洪地质灾害监测技术虽有成绩但总体比较落后,相关研究工作相对滞后。主要表现在以下方面：

1)地质灾害识别技术尚需完善。地质灾害的区域性和成灾快等特点往往使得在短时间内地质灾害将会给水电厂周边带来很大程度的损失,而缺少快速调查的监测技术使得无法及时了解地质灾害发生的地点和时间,成灾后也无法及时对其进行救援。目前的地质灾害监测技术常常局限于地质灾害发生后得到信息反馈,少有成灾前得到反馈。

2)地质灾害监测新技术、新方法的推广应用不够。目前,大部分山区中的水电厂水文信息资料匮乏,其对地质灾害的监测手段仍为成本高、耗电量大、消耗人力物力的常规手段,对近年来发展起来的自动化程度高、精度高、相对成本小的新技术、新方法的推广应用不够。同时,对工程造价低、施工简便、抗灾和防灾效果好、可靠性高的新技术、新方法的研究还有待进一步加强。

3)监测设备功能单一,易损坏。目前针对地质灾害的监测所采用的装备,本质上来看,就是充分利用单独具有水文监测、气象监测、大坝安全监测或GPS等设备进行拼接集成,然后进行通过部署在管理中心的后台进行数据融合处理,从而实现地质灾害监测多参数信息的采集。而目前所使用的监测装置往往因成套设备购置的综合成本高,体积庞大、部件种类多、接口标准和通讯协议复杂、现场安装工作繁大、易损坏等原因导致实际推广困难。综上所述,在实际工程应用中,仪器易损坏和价格过高成为制约远程实时监测技术在水电厂地质灾害推广应用的主要问题。找寻一种既经济又有效的地质灾害监测方法极为必要。

3 结语

综上所述,当前地质灾害监测技术主要分为变形监测、应力监测、水文监测以及环境因素监测。工程实际中,远程实时监测技术往往受到仪器及费用的制约,找寻一种既经济又有效的地质灾害监测方法极为重要。针对水电厂监测区域,进行地质灾害监测研究势在必行,研究如何更精细、准确的监测水电厂库区地质灾害将成为未来的研究趋势。