水電工程攔河筑壩形成的水工建筑物承受著自重、水推力等多種荷載作用。在施工過程中的結構、圍巖和邊坡等穩定狀況需得到有效監控,以指導工程建設按照設計預計的方向安全、順利地進行。工程投產后的長期運行中需要監控各建筑物運行狀態,使其在設計年限內或更長時期能正常、安全地工作,發揮效益。
為確保水電工程施工期、蓄水初期和運行期的工作性態和安全狀態,指導正確施工和反饋設計調整,同時為科學研究積累資料,各類水工建筑物從施工初期就開始布設完善先進的安全監測設施,嚴密監控水工建筑物的“健康”狀況。水電工程安全監測又稱大壩安全監測,一般通過儀器監測和現場巡視檢查,全面捕捉水工建筑物施工期和運行期的性態反映,分析評判建筑物的安全性狀及其發展趨勢。
水工建筑物發生事故前均會有各種破壞征兆。這些破壞征兆一般可歸結為異常的變形增大、異常的滲流變化、異常的結構內部應力應變及溫度變化,以及環境量和荷載的異常變化等。安全監測的方法主要有巡視檢查和儀器監測兩種。巡視檢查主要通過人工巡檢發現水工建筑物表觀異常現象,儀器監測主要利用已埋設的儀器或安裝的固定測點監測物理量及環境量。
安全監測的范圍和部位可按擋水建筑物、泄水建筑物、輸水發電建筑物、通航建筑物、工程邊坡及臨時建筑物等進行劃分。安全監測項目一般按變形、滲流、應力應變和溫度、地震反應、水力學、環境量等進行劃分。變形可分為外部變形和內部變形方面進行監測,主要內容有結構的沉降、傾斜、開裂及水平和垂直位移等。滲流主要對結構內部及地基和岸坡內的滲流場進行監測,主要內容有滲漏量、揚壓力、滲透壓力、地下水位等。應力應變及溫度監測內容主要有混凝土、巖土體、鋼及相關組合等結構物的拉、壓、彎、剪、扭等應力和應變及相關溫度。水力學針對水流特性進行監測,主要內容有流量、流速、脈動壓力、摻氣量、水面線、空蝕、沿程和局部水頭損失等。地震反應主要分強震和弱震進行監測。環境量監測主要內容有上下游水位、庫水溫及下游水溫、氣溫、風速風向、降水量、來水量、冰凍和冰壓力、波浪、壩前淤積和下游沖刷等。具體水工建筑物的監測項目和內容依建筑物的特性進行取舍。監測設施的布置、儀器設備的選型、設施的安設、系統的集成、資料的分析和安全評估也大體按照這些種類加以展開。
水電工程安全監測始于19世紀,當時主要采用大地測量方法觀測大壩的變形,后來逐漸發展到全面的安全監測。20世紀50年代以來,我國水利水電工程安全監測問題被逐漸提出和重視,并隨監測方法和監測手段的不斷改進而逐步發展,特別在大壩安全管理中得到了充分的展現。國內外壩工史上,有很多監測失敗或成功的案例,如意大利瓦依昂水庫滑坡,法國馬爾巴塞拱壩潰壩,我國安徽梅山連拱壩和浙江烏溪江湖南鎮支墩壩的滲漏處理。
2008年汶川地震中,安全監測為評價震區水電工程安全發揮了重大作用,但也暴露出有的工程安全監測設施維護不到位、關鍵時刻沒有發揮作用等問題,地震監測是安全監測中的薄弱環節。
目前我國已形成針對混凝土壩、土石壩和地震的安全監測設計、儀器、施工、資料整編、自動化技術、專題報告編制等完備的安監監測規范體系。隨著監測領域的科技攻關和工程實踐,監測設計和監測方法還在不斷地改進,有關考慮地形地質條件、巖土工程技術性質、工程布置、空間和時間連續性要求因素的安全監測布置原則和方法相繼得到體現和應用。監測自動化系統、監測數據信息管理系統、安全預警系統技術也在不斷的發展。