摘 要：滲流監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)對(duì)于水庫(kù)大壩的安全管理至關(guān)重要。本文首先探討了滲流監(jiān)測(cè)的基本原理與方法，包括常用監(jiān)測(cè)儀器的介紹和設(shè)備選型與布置原則。隨后，分析了滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理與分析技術(shù)，包括數(shù)據(jù)處理方法與技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析與解讀。在預(yù)警技術(shù)研究方面，文章重點(diǎn)討論了預(yù)警模型的建立、預(yù)警閾值的確定以及預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，也指出了當(dāng)前滲流監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)存在的問(wèn)題，如設(shè)備穩(wěn)定性不足、預(yù)警模型準(zhǔn)確性有待提高等，并提出了相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)措施與發(fā)展方向，如監(jiān)測(cè)技術(shù)創(chuàng)新、預(yù)警模型完善以及預(yù)警系統(tǒng)智能化等。通過(guò)這些措施的實(shí)施，可以進(jìn)一步提高滲流監(jiān)測(cè)與預(yù)警的準(zhǔn)確性和可靠性，為水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行提供有力保障。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)大壩；滲流監(jiān)測(cè)；預(yù)警技術(shù)；研究

引言

水庫(kù)大壩作為灌溉系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件，其牢固可靠的運(yùn)作對(duì)保障民眾的生存和資產(chǎn)安全以及社會(huì)的平穩(wěn)進(jìn)步具有直接影響。在水壩的操作過(guò)程當(dāng)中穿透性水流的問(wèn)題構(gòu)成了它所遭遇的重要安全威脅之一。因而對(duì)水壩的滲漏進(jìn)行迅速且精確的偵測(cè)與預(yù)警，對(duì)于防范滲漏災(zāi)害、確保水壩穩(wěn)固至關(guān)重要。

近期，伴隨著感應(yīng)器技術(shù)、信息處理技術(shù)，及智能自動(dòng)化技術(shù)的飛速進(jìn)步，液體流動(dòng)監(jiān)控與警報(bào)技術(shù)亦實(shí)現(xiàn)了巨大的飛躍。盡管如此，鑒于防洪堤構(gòu)造的復(fù)雜性、作業(yè)背景的不穩(wěn)定性，以及對(duì)滲透過(guò)程認(rèn)識(shí)得不徹底，目前實(shí)施的濾水監(jiān)控和警報(bào)技術(shù)依舊面臨著一些限制和缺陷。例如觀察工具的可靠性和精確度尚需增強(qiáng)，警示算法的精準(zhǔn)度和靈活性需進(jìn)一步強(qiáng)化，警報(bào)機(jī)制的智能化與自動(dòng)化程度亟待提高等。

本研究意在審視現(xiàn)行的滲透流量監(jiān)控和警報(bào)技術(shù)的研究態(tài)勢(shì)與未來(lái)發(fā)展路徑，評(píng)估其潛在問(wèn)題與所面臨的挑戰(zhàn)，并建議針對(duì)性的技術(shù)優(yōu)化方案及其演進(jìn)路線，以便進(jìn)一步增強(qiáng)水壩泄漏監(jiān)測(cè)與早期警告系統(tǒng)的能力與成效。在持續(xù)的探索與現(xiàn)實(shí)操作中不斷推進(jìn)滲透觀測(cè)與警報(bào)系統(tǒng)的持續(xù)革新與精進(jìn)，為蓄水池堤壩的穩(wěn)固運(yùn)作奉獻(xiàn)更為可靠的技術(shù)保障。

一、水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)技術(shù)

（一）滲流監(jiān)測(cè)的基本原理與方法

滲透檢測(cè)的核心理念在于，觀察大壩附近的地土、石層和混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的濕度波動(dòng)，以及壩體內(nèi)部壓強(qiáng)的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而評(píng)估大壩是否遭受滲透問(wèn)題。在水壩遭遇泄漏的情形下濕氣將會(huì)從水壩的內(nèi)部溢出，滲透至鄰近的泥土、巖層以及混凝土當(dāng)中，這會(huì)引致這些材料中的含水量上升，與此同時(shí)，水壩內(nèi)部所承受的壓力亦將經(jīng)歷轉(zhuǎn)變。因而借助持續(xù)追蹤這些動(dòng)態(tài)變化，能夠評(píng)估水壩的滲透情況。

采用仿真技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行大壩滲透現(xiàn)象的再現(xiàn)，構(gòu)建數(shù)理模型。進(jìn)而對(duì)該模型內(nèi)的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行審查和對(duì)照，以此達(dá)到對(duì)大壩滲透動(dòng)態(tài)的跟蹤觀察。地壤偵查原則利用地壤探測(cè)器的技術(shù)手段，對(duì)土層中的滲透流動(dòng)進(jìn)行觀察。模仿創(chuàng)作通過(guò)對(duì)水壩手工水位的監(jiān)測(cè)，研究水壩水位的波動(dòng)特點(diǎn)，進(jìn)而推斷出水壩內(nèi)部的滲透流動(dòng)狀況[1]。

（二）滲流監(jiān)測(cè)儀器與設(shè)備

1.常用滲流監(jiān)測(cè)儀器介紹

通常采用的滲透監(jiān)控設(shè)備涵蓋了水位指示器、滲透率測(cè)量?jī)x、應(yīng)力與變形測(cè)定器、位移感測(cè)器等。水深監(jiān)測(cè)儀器是用來(lái)評(píng)估蓄水池液面高度的工具，普遍的水深監(jiān)測(cè)儀器包括壓力式水深計(jì)、浮標(biāo)式水深計(jì)、聲波回聲水深計(jì)等。測(cè)滲設(shè)備被廣泛應(yīng)用于評(píng)估水壩結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)的滲透水量，普遍使用的測(cè)滲工具包括孔隙水壓力儀、孔隙流量計(jì)和滲透取樣器等。用于監(jiān)測(cè)水壩構(gòu)造中應(yīng)力與形變波動(dòng)的儀器稱作應(yīng)力應(yīng)變儀，普遍使用的形變儀包括電阻式形變儀、光纖式形變儀、振弦式形變儀等。位移監(jiān)測(cè)裝置被應(yīng)用于評(píng)估水壩構(gòu)造的移動(dòng)幅度。

這些儀器具備即時(shí)搜集與傳遞觀測(cè)信息的功能，供給監(jiān)控系統(tǒng)用于剖析和發(fā)出警報(bào)。在現(xiàn)實(shí)操作過(guò)程中必須依據(jù)水壩的具體狀況與監(jiān)控要求，挑選恰當(dāng)?shù)墓ぞ吲c設(shè)施以進(jìn)行配置。

2.設(shè)備選型與布置原則

在選擇設(shè)備過(guò)程中，必須深思熟慮設(shè)備的準(zhǔn)確度、穩(wěn)固性、信賴度以及其適用性等多個(gè)要素。設(shè)備的高精密度能夠帶來(lái)更精確的測(cè)量結(jié)果，具有良好穩(wěn)定性的機(jī)械可以保障連續(xù)穩(wěn)固的操作，高可信度的儀器能降低出現(xiàn)問(wèn)題的可能性，而適應(yīng)力強(qiáng)的設(shè)備則能夠應(yīng)對(duì)多樣化的監(jiān)控場(chǎng)景與要求。

在配置儀器的準(zhǔn)則上，要保障觀測(cè)站點(diǎn)能夠全方位地映射出水壩的濾水情形，同時(shí)也要兼顧觀測(cè)站點(diǎn)的便利性與防護(hù)性。通常監(jiān)測(cè)點(diǎn)需布置在大壩的重要區(qū)域和可能的泄漏部位，以便能夠迅速偵測(cè)并解決滲透問(wèn)題。此外亦須思量觀測(cè)站的眾多性和布局，以保障所獲得的監(jiān)控信息的完整性與典型性。

（三）滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析

1.數(shù)據(jù)處理方法與技術(shù)

處理滲透流動(dòng)監(jiān)測(cè)所得信息的手段和策略，涵蓋了信息凈化、信息變換、信息篩選等多個(gè)方面。數(shù)據(jù)凈化的核心任務(wù)在于，剔除偏離常規(guī)的數(shù)值和雜訊信息，旨在增強(qiáng)數(shù)據(jù)集的精確度與信賴度。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化涉及把初始數(shù)據(jù)變更為更易于解析和操作的形態(tài)或度量標(biāo)準(zhǔn)。信息過(guò)濾旨在使數(shù)據(jù)軌跡更加順暢，去除尖銳的雜訊和擾動(dòng)[2]。

此外，還可以借助數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、時(shí)序分析、譜分析等技術(shù)，對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行進(jìn)一步加工和剖析，以便揭示出滲透流動(dòng)的模式和性質(zhì)。

2.數(shù)據(jù)分析與解讀

通過(guò)對(duì)滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算水位及滲流量的平均值、最大值、最小值等指標(biāo)，并進(jìn)一步分析這些指標(biāo)的變化趨勢(shì)和周期性規(guī)律。同時(shí)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)水位和滲流量進(jìn)行異常檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)措施。

此外，結(jié)合大壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行狀況，解讀滲流數(shù)據(jù)的空間分布和變化特征，判斷大壩是否存在潛在的滲流風(fēng)險(xiǎn)。例如，通過(guò)分析不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的滲流數(shù)據(jù)，了解滲流的路徑和傳輸特性，并為大壩的安全評(píng)估和隱患排查提供依據(jù)。

綜上所述，綜合運(yùn)用水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)技術(shù)，涉及基本原理、方法、儀器與設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理與分析等多個(gè)方面，有效地監(jiān)測(cè)和評(píng)估大壩的滲流狀況，并為水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行提供有力保障。

二、滲流預(yù)警技術(shù)研究

（一）預(yù)警模型的建立

預(yù)警模型的建立是滲流預(yù)警技術(shù)的核心，它基于大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)科學(xué)的分析和計(jì)算，預(yù)測(cè)大壩滲流狀況的發(fā)展趨勢(shì)，從而及時(shí)發(fā)出預(yù)警。

1.預(yù)警指標(biāo)的選擇與確定

綜合考慮大壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行狀況，以及滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可獲得性等因素，選擇并確定能夠全面反映大壩滲流狀況的預(yù)警指標(biāo)，包括水位、滲流量、滲流壓力、應(yīng)力應(yīng)變和位移等。在確定預(yù)警指標(biāo)后，請(qǐng)對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除不同指標(biāo)之間的量綱差異，并便于后續(xù)的分析和計(jì)算。

2.預(yù)警模型的構(gòu)建方法

警示系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)途徑呈現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)，普遍采用的技術(shù)包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法、人工智能學(xué)習(xí)技術(shù)，以及基于物理原理的建模技巧等。計(jì)量研究法依據(jù)對(duì)過(guò)往信息的計(jì)量考察，揭示出滲透現(xiàn)象與警示因素之間的計(jì)量聯(lián)系，進(jìn)而構(gòu)造出警示模型。我們采用了人工智能學(xué)習(xí)技術(shù)，通過(guò)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)集進(jìn)行培訓(xùn)和吸收知識(shí)，以期模型自行鑒別并預(yù)見(jiàn)滲透過(guò)程的動(dòng)態(tài)變更。物理原理的規(guī)律，依托于滲透現(xiàn)象的基本作用和原理，構(gòu)造了滲透現(xiàn)象的數(shù)學(xué)表達(dá)式，經(jīng)過(guò)對(duì)這些公式的解析，以期對(duì)滲透動(dòng)態(tài)進(jìn)行估算。

在打造預(yù)測(cè)警報(bào)系統(tǒng)的過(guò)程中，必須深入思考該系統(tǒng)的精確度、可靠性以及即時(shí)反應(yīng)能力。精確度涉及模型對(duì)于滲透流動(dòng)態(tài)的變化軌跡進(jìn)行精確預(yù)測(cè)的能力；堅(jiān)固性是關(guān)于模型在多樣環(huán)境中維持其預(yù)測(cè)效果的一致性；而即時(shí)性指出模型具備迅速處理與分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并能夠立即做出警報(bào)的特性。

（二）預(yù)警閾值的確定

預(yù)警閾值的確定是預(yù)警模型的重要組成部分，它決定了何時(shí)發(fā)出預(yù)警。合理的閾值設(shè)置能夠確保預(yù)警的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，避免漏報(bào)和誤報(bào)。

1.閾值確定的理論依據(jù)

基于大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和滲流機(jī)理的研究確定閾值。通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)，找出滲流狀況與預(yù)警指標(biāo)之間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，從而確定合理的閾值范圍。此外，利用滲流的物理模型和數(shù)值模擬等方法深入研究滲流過(guò)程，為確定閾值提供理論依據(jù)。

2.閾值的實(shí)際應(yīng)用與調(diào)整

在現(xiàn)實(shí)操作過(guò)程中，針對(duì)大壩的具體運(yùn)作情況以及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的波動(dòng)，門檻值必須依據(jù)這些因素的變化進(jìn)行靈活變更。當(dāng)水壩的工作狀況出現(xiàn)波動(dòng)，例如液面的上升或下降、蓄水量的增減等情況，其滲透流態(tài)也將隨之轉(zhuǎn)變，故須對(duì)界限值做出及時(shí)的改動(dòng)。再者伴隨著觀測(cè)資料的持續(xù)累積與剖析，對(duì)滲透模式的理解亦將日益加深，這同樣要求對(duì)臨界值進(jìn)行持續(xù)的調(diào)整與提升。

（三）預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是將預(yù)警模型和閾值應(yīng)用于實(shí)際預(yù)警的關(guān)鍵步驟。

1.預(yù)警系統(tǒng)的架構(gòu)與功能

預(yù)警系統(tǒng)通常采用分層架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、預(yù)警分析層和預(yù)警發(fā)布層。數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理層對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)；預(yù)警分析層基于預(yù)警模型和閾值對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，當(dāng)達(dá)到預(yù)警條件時(shí)觸發(fā)預(yù)警；預(yù)警發(fā)布層則將預(yù)警信息及時(shí)發(fā)布給相關(guān)人員或系統(tǒng)，以便采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警判斷、信息發(fā)布等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大壩滲流狀況的全方位監(jiān)控和預(yù)警。

2.預(yù)警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與部署

開(kāi)發(fā)預(yù)警系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮實(shí)際需求和技術(shù)條件。在軟件開(kāi)發(fā)階段，選擇適用的開(kāi)發(fā)工具和技術(shù)框架至關(guān)重要，以確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行并具備良好的可擴(kuò)展性。此外，還需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的測(cè)試和驗(yàn)證，以確保預(yù)警的準(zhǔn)確性和可靠性。在部署階段，需要將預(yù)警系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)設(shè)備和信息系統(tǒng)進(jìn)行整合，以確保數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳輸和共享。另外，定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)是必要的，以確保其能夠適應(yīng)大壩運(yùn)行狀況和監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷變化。

通過(guò)以上三個(gè)方面的深入研究和實(shí)踐應(yīng)用，可以建立起一套有效的滲流預(yù)警技術(shù)體系，為水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行提供有力保障。

三、存在問(wèn)題與改進(jìn)措施

（一）當(dāng)前滲流監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)存在的問(wèn)題

盡管滲流監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)在近年來(lái)取得了顯著的進(jìn)步，但仍存在一些亟待解決的問(wèn)題。

一是部分滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備仍面臨著穩(wěn)定性不足和精度不夠的問(wèn)題。在嚴(yán)酷的自然條件或復(fù)雜的水壩構(gòu)造之中這些儀器有可能遭受干擾或破壞，從而引起監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的誤差或遺漏。

二是預(yù)警模型的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性有待提高。建立預(yù)警模型時(shí)，要考慮多種因素的影響，如氣候、水位、地質(zhì)條件等。不要忽視這些因素的變化可能導(dǎo)致模型預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確。同時(shí)，隨著大壩運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，應(yīng)持續(xù)更新和優(yōu)化預(yù)警模型以適應(yīng)滲流特性的變化。

三是預(yù)警系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平還有待提升。當(dāng)前眾多預(yù)警機(jī)制依賴于人工干預(yù)，以進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，這不僅放大了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還可能由于主觀判斷偏差引發(fā)錯(cuò)誤或疏漏。

（二）技術(shù)改進(jìn)措施與發(fā)展方向

針對(duì)上述問(wèn)題，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展。

1.監(jiān)測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新與優(yōu)化

開(kāi)發(fā)更為可靠、精準(zhǔn)的滲透檢測(cè)儀器，增強(qiáng)其對(duì)干擾的抵抗力和適用性。同時(shí)借助無(wú)線感測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)達(dá)成設(shè)備的無(wú)纜聯(lián)接與資料傳遞，減少了布線的復(fù)雜性和保養(yǎng)費(fèi)用。此外，應(yīng)當(dāng)思索運(yùn)用多感測(cè)器整合技術(shù)，匯聚各異感測(cè)器所搜集的信息，以增強(qiáng)監(jiān)控的綜合性和精確度。

2.預(yù)警模型的完善與提升

盡管深入剖析了滲流機(jī)制及其影響要素，我們?nèi)孕铇?gòu)建更精確、穩(wěn)健的預(yù)警系統(tǒng)。借助數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)的先進(jìn)技術(shù)，對(duì)眾多監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)解析與加工，揭示其中潛藏的規(guī)律與模式，從而顯著增強(qiáng)模型的預(yù)測(cè)精度。然而構(gòu)建模型的動(dòng)態(tài)演進(jìn)機(jī)制至關(guān)重要，依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及大壩運(yùn)作狀態(tài)，對(duì)模型執(zhí)行即時(shí)校準(zhǔn)與增強(qiáng)。

再者，不妨思考采納人工智能與機(jī)械學(xué)習(xí)技術(shù)，以達(dá)成警報(bào)機(jī)制的自主化與智慧化。通過(guò)對(duì)算法進(jìn)行精細(xì)化，培養(yǎng)賦予其自主辨識(shí)與管理監(jiān)控資料的能力，降低對(duì)人力操作的依賴，增強(qiáng)報(bào)警系統(tǒng)的迅速反應(yīng)和精確度[3]。

考慮到上述分析，盡管穿透監(jiān)控和警報(bào)系統(tǒng)在某種程度上已經(jīng)發(fā)展，但它們?nèi)悦媾R不少困難和疑問(wèn)。通過(guò)持續(xù)的革新與改進(jìn)監(jiān)控技術(shù)、增強(qiáng)和提高預(yù)警機(jī)制以及促進(jìn)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的智慧化與機(jī)械化演進(jìn)，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)水庫(kù)水壩滲透觀測(cè)與預(yù)警的精確度和穩(wěn)定性，為水庫(kù)水壩的穩(wěn)健運(yùn)作提供更為牢固的支撐。

結(jié)論

加強(qiáng)滲流監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)的研究和應(yīng)用，確保水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行、防范潛在風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義，是水利工程建設(shè)和管理中不可或缺的一環(huán)。

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作者簡(jiǎn)介：李超（1979－），男，漢族，新疆阿克蘇人，本科，副高級(jí)職稱，研究方向：水利工程安全運(yùn)行工作。