陳 鴻

(1.南昌水利投資發(fā)展有限公司,江西 南昌 330001；2.南昌贛昌砂石有限公司,江西 南昌 330001 )

水電是供應(yīng)安全、成本經(jīng)濟(jì)的可再生的綠色能源,在國(guó)家電網(wǎng)中發(fā)揮了舉足輕重的作用。隨著我國(guó)水電資源的開(kāi)發(fā)利用,越來(lái)越多的水電廠建成并投產(chǎn)。然而,我國(guó)水電廠多處高山峽谷地區(qū),自然條件復(fù)雜,降雨時(shí)段集中,極端天氣頻發(fā),使得我國(guó)降雨引發(fā)的滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)、易發(fā)、頻發(fā),對(duì)水電廠水工建筑物的安全穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)對(duì)工作區(qū)、生活區(qū)、廠區(qū)道路系統(tǒng)及近岸庫(kù)區(qū)等災(zāi)害影響范圍內(nèi)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大威脅[1]；一旦地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)人員傷亡影響,還會(huì)給水電廠運(yùn)行管理部門(mén)帶來(lái)極大的不利社會(huì)影響。事實(shí)上,通過(guò)加強(qiáng)非工程措施的研究和建設(shè),水電廠地質(zhì)災(zāi)害造成的損失降低到最低程度,特別是可避免人員的傷亡。目前來(lái)說(shuō),加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)是有效降低區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)的重要環(huán)節(jié)。

地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)按照其監(jiān)測(cè)對(duì)象可劃分為：變形監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、水文監(jiān)測(cè)以及環(huán)境因素監(jiān)測(cè)[2-3]。每種監(jiān)測(cè)方法使用的儀器以及其獲得的參數(shù)均有所不同。其中,變形監(jiān)測(cè)是最基本的常規(guī)監(jiān)測(cè)手段,監(jiān)測(cè)對(duì)象主要包括地面變形監(jiān)測(cè)、地下變形監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)；應(yīng)力監(jiān)測(cè)主要包括巖土應(yīng)力監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)和接觸應(yīng)力監(jiān)測(cè)；水文監(jiān)測(cè)主要包括降雨量監(jiān)測(cè)及地下水監(jiān)測(cè)；環(huán)境監(jiān)測(cè)包括地溫監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)等,如圖1所示。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)分類

1.1 變形監(jiān)測(cè)

變形監(jiān)測(cè)主要有地面變形監(jiān)測(cè)、地下變形監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)。地面變形監(jiān)測(cè)也是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中最常用的手段,通常分為地面絕對(duì)位移和相對(duì)位移監(jiān)測(cè)。地面絕對(duì)位移監(jiān)測(cè)通過(guò)記錄易發(fā)生滑坡部位各個(gè)點(diǎn)不同時(shí)刻的坐標(biāo),計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的三維位移量來(lái)確定其位移方向與速率。其監(jiān)測(cè)方法主要有大地測(cè)量法、近景攝影法、GPS法、合成孔徑雷達(dá)干涉雷達(dá)InSAR測(cè)量法和激光掃描法等。地面相對(duì)位移監(jiān)測(cè)記錄的是易發(fā)生滑坡部位點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對(duì)位移變化量。其監(jiān)測(cè)方法主要有簡(jiǎn)易觀測(cè)法、地表傾斜測(cè)量法、自動(dòng)伸縮儀監(jiān)測(cè)法和分布式光纖BOTDR法等[4-5]。地下變形監(jiān)測(cè)能夠直接反映滑坡體變形特征和滑動(dòng)面的位置,主要監(jiān)測(cè)滑坡體內(nèi)不同各深度點(diǎn)相對(duì)于某個(gè)點(diǎn)的位移量,其方法有鉆孔測(cè)斜法、時(shí)域反射法和鋼絲位移監(jiān)測(cè)法等。結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè),主要對(duì)滑坡體周邊各種結(jié)構(gòu)物的變形、裂縫錯(cuò)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),其監(jiān)測(cè)方法主要有大地測(cè)量法等。

1.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

應(yīng)力監(jiān)測(cè)主要有巖土應(yīng)力監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)和接觸應(yīng)力監(jiān)測(cè)。巖土應(yīng)力監(jiān)測(cè)主要分為地應(yīng)力監(jiān)測(cè)和土中應(yīng)力監(jiān)測(cè)。地應(yīng)力監(jiān)測(cè)通過(guò)監(jiān)測(cè)土體中的天然應(yīng)力變化量并進(jìn)行分析,主要方法有水壓致裂法、應(yīng)力解除法和聲發(fā)射法等。土中應(yīng)力監(jiān)測(cè)通過(guò)埋設(shè)土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)滑體內(nèi)不同部位的應(yīng)力變化情況,分辨拉力區(qū)和應(yīng)力區(qū),分析其變形強(qiáng)度得到變形動(dòng)態(tài),主要方法有接觸壓力法等。結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)常見(jiàn)的有錨固應(yīng)力監(jiān)測(cè)和加固結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)。錨固應(yīng)力監(jiān)測(cè)通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力的監(jiān)測(cè),了解加固工程對(duì)滑坡體的改善效果。加固結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)通過(guò)預(yù)埋設(shè)混凝土應(yīng)力計(jì)和鋼筋應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部應(yīng)力及加固結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋應(yīng)力變化情況,得到加固結(jié)構(gòu)的工作情況。接觸應(yīng)力主要監(jiān)測(cè)滑坡體與加固結(jié)構(gòu)接觸面的應(yīng)力變化情況。常用的儀器有錨索應(yīng)力計(jì)、土壓力計(jì)等。

1.3 水文監(jiān)測(cè)

水文監(jiān)測(cè)主要分為地下水監(jiān)測(cè)和降雨量監(jiān)測(cè)。地下水監(jiān)測(cè)主要有流量監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)及孔隙水壓力監(jiān)測(cè)。流量監(jiān)測(cè),主要通過(guò)量水堰來(lái)監(jiān)測(cè)坡體范圍內(nèi)流量變化,以便采取排水措施。地下水位監(jiān)測(cè),通過(guò)監(jiān)測(cè)地下水的水位變化來(lái)預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害是否形成?？紫端畨毫ΡO(jiān)測(cè),通常利用孔隙水壓力計(jì)或滲壓計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)土體內(nèi)部孔隙水壓力的變化情況。降雨量監(jiān)測(cè),通常通過(guò)自動(dòng)雨量計(jì)或雨量站進(jìn)行監(jiān)測(cè)。降雨是引起滑坡的重要因素之一,雨量監(jiān)測(cè)更是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的重中之重,所以往往應(yīng)該在滑坡區(qū)域建立雨量站進(jìn)行降雨量資料的收集。

1.4 環(huán)境因素監(jiān)測(cè)

環(huán)境因素監(jiān)測(cè)主要有地溫監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)等。地溫監(jiān)測(cè),通過(guò)埋設(shè)溫度計(jì)監(jiān)測(cè)土體內(nèi)部的溫度變化情況,研究溫度變化與凍結(jié)滯水間的關(guān)系。地震監(jiān)測(cè),利用地震監(jiān)測(cè)儀實(shí)現(xiàn)對(duì)人工開(kāi)挖、爆破及誘發(fā)地震、天然地震等破壞性因素的監(jiān)測(cè)。

2 當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題

目前地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的相關(guān)方法有很多,并隨著科技的不斷發(fā)展由最初的人工監(jiān)測(cè)發(fā)展成可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)反饋的災(zāi)害監(jiān)測(cè)。由于我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害分布范圍廣,同時(shí)具有區(qū)域性、突發(fā)性和成災(zāi)快的特點(diǎn),地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)任務(wù)客觀上十分艱巨和復(fù)雜。而我國(guó)山洪地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)雖有成績(jī)但總體比較落后,相關(guān)研究工作相對(duì)滯后。主要表現(xiàn)在以下方面：

1)地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別技術(shù)尚需完善。地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域性和成災(zāi)快等特點(diǎn)往往使得在短時(shí)間內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害將會(huì)給水電廠周邊帶來(lái)很大程度的損失,而缺少快速調(diào)查的監(jiān)測(cè)技術(shù)使得無(wú)法及時(shí)了解地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間,成災(zāi)后也無(wú)法及時(shí)對(duì)其進(jìn)行救援。目前的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)常常局限于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后得到信息反饋,少有成災(zāi)前得到反饋。

2)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)新技術(shù)、新方法的推廣應(yīng)用不夠。目前,大部分山區(qū)中的水電廠水文信息資料匱乏,其對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)手段仍為成本高、耗電量大、消耗人力物力的常規(guī)手段,對(duì)近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)化程度高、精度高、相對(duì)成本小的新技術(shù)、新方法的推廣應(yīng)用不夠。同時(shí),對(duì)工程造價(jià)低、施工簡(jiǎn)便、抗災(zāi)和防災(zāi)效果好、可靠性高的新技術(shù)、新方法的研究還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

3)監(jiān)測(cè)設(shè)備功能單一,易損壞。目前針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)所采用的裝備,本質(zhì)上來(lái)看,就是充分利用單獨(dú)具有水文監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、大壩安全監(jiān)測(cè)或GPS等設(shè)備進(jìn)行拼接集成,然后進(jìn)行通過(guò)部署在管理中心的后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理,從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)多參數(shù)信息的采集。而目前所使用的監(jiān)測(cè)裝置往往因成套設(shè)備購(gòu)置的綜合成本高,體積龐大、部件種類多、接口標(biāo)準(zhǔn)和通訊協(xié)議復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)安裝工作繁大、易損壞等原因?qū)е聦?shí)際推廣困難。綜上所述,在實(shí)際工程應(yīng)用中,儀器易損壞和價(jià)格過(guò)高成為制約遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)在水電廠地質(zhì)災(zāi)害推廣應(yīng)用的主要問(wèn)題。找尋一種既經(jīng)濟(jì)又有效的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法極為必要。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)主要分為變形監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、水文監(jiān)測(cè)以及環(huán)境因素監(jiān)測(cè)。工程實(shí)際中,遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)往往受到儀器及費(fèi)用的制約,找尋一種既經(jīng)濟(jì)又有效的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法極為重要。針對(duì)水電廠監(jiān)測(cè)區(qū)域,進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)研究勢(shì)在必行,研究如何更精細(xì)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)水電廠庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害將成為未來(lái)的研究趨勢(shì)。