沉降位移观测在水利工程运行管理的应用

摘要：水利工程作为国家基础设施的重要组成部分，对水资源合理调配、防洪减灾、灌溉发电等方面起到至关重要作用，但是水利工程在长期运行进程中，受地质条件、水位变化、荷载作用等多种因素影响，会产生不同程度的沉降和位移现象，如果这些沉降和位移超出工程设计允许范围，就可能致使工程结构出现裂缝、倾斜甚至坍塌等严重问题，威胁工程安全运行与周边人民生命财产安全，因此，沉降位移观测在水利工程运行管理中有着极其重要的意义，通过对工程沉降和位移进行实时准确监测，能够及时发现潜在安全隐患并为工程维护加固改造提供科学依据。

关键词：沉降位移观测；水利工程；运行管理；应用

水利工程在运行过程中，会受水压力、自重及地质条件变化等多种因素影响，工程结构不可避免地会产生沉降和位移，沉降位移观测作为一种重要监测手段，能够实时且准确地获取水利工程结构的沉降和位移数据，通过对这些数据进行分析和处理，可及时发现工程结构的异常变化情况，进而评估工程的安全性和稳定性状况，为水利工程的运行管理工作提供科学依据。因此，深入研究沉降位移观测在水利工程运行管理中的应用，对于保障水利工程的安全运行、提高运行管理水平具有重要意义。

1沉降位移观测的主要方法和技术

1.1水准测量法

水准测量法是基于几何水准原理来开展的，通过水准仪建立水平视线去测定两点间高差，然后以此推算出沉降点的高程变化情况。在实际操作的时候，先要在稳定区域设置好基准点，接着在待测沉降点上安置好水准尺。进行测量时，水准仪的操作人员要通过望远镜精确瞄准水准尺并读取数据，这种测量方法具备较高的测量精度，能够达到毫米甚至亚毫米级的程度，它的优势体现在原理简单且操作相对容易，同时测量数据直观又可靠。但是它也存在一定的局限性，受地形条件的影响比较大，测量效率相对来说比较低，特别是在长距离、大面积的沉降观测中，需要耗费大量的人力和时间，并且测量过程可能会受到外界环境因素如：温度、风力等的干扰，进而影响到测量精度。

1.2GPS测量法

在待测点与已知控制点分别安置GPS接收机接收卫星信号，再经过数据处理来确定待测点三维坐标及其变化，这种方法具备全天候、高精度、高效率等优点，它不受通视条件限制可同时对多个监测点观测，大大提高了观测效率，尤其适合大面积且地形复杂地区的沉降监测，还能够实时获取观测数据便于及时掌握沉降变化情况。但GPS测量法也存在不足之处，其测量精度容易受卫星信号质量、多路径效应、电离层和对流层延迟等因素影响，在高楼林立的城市区域或山区信号遮挡严重会使测量精度下降，并且设备成本相对较高需要专业技术人员操作和处理数据[1]。

1.3全站仪测量法

全站仪测量法借助电子测角以及光电测距等技术，能够精准测定目标点的三维坐标，在沉降位移观测时要先在合适位置安置全站仪，对中、整平之后瞄准待测点的棱镜，全站仪会自动测量出水平角、垂直角和斜距，然后计算出待测点的坐标，该方法具备测量精度高且操作灵活的特点，可以依据不同的观测要求来选择不同的测量模式，它适用于各种地形条件，尤其在局部区域的沉降观测中表现出色。但是全站仪测量需要通视条件良好，在测量过程中，需要人工进行操作，劳动强度比较大，并且测量范围相对有限，对于大规模的沉降监测需要多次设站，增加了测量的误差积累和工作时间。

1.4自动化监测系统

自动化监测系统借助现代传感器通信及计算机技术来实现沉降位移自动监测，它由传感器、数据采集仪、通信网络和监控中心等部分共同组成，如：位移传感器、倾角传感器这类传感器安装在待测点上实时采集沉降位移数据，数据采集仪会对传感器采集的数据进行处理和存储并通过无线传输、光纤传输等通信网络把数据传输到监控中心。监控中心的软件对数据开展分析和处理实时显示沉降位移变化情况且能及时发出预警，这种系统具备实时性强、数据准确、节省人力等优点可实现24小时不间断监测能及时发现沉降异常情况。但是自动化监测系统建设成本比较高需要专业技术人员进行维护和管理，而且系统的稳定性和可靠性受设备质量、通信网络等因素影响较大[2]。

2沉降位移观测数据在水利工程运行管理中的应用

2.1工程结构安全评估

在水利工程运行管理工作中，沉降位移观测能够直观呈现水利工程各部分结构于不同工况下的实际变形情况。通过长期且连续地收集沉降位移相关数据，可以绘制出工程结构变形的时间曲线和空间分布图，把这些收集到的数据跟工程设计的理论变形值开展对比分析，能够及时发现结构是否存在异常变形这种状况。举例来说，如果坝体某一区域的沉降速率突然增大或者位移超出了设计允许范围，这或许预示着该部位的结构稳定性出现了相关问题，如：基础沉降不均匀、坝体内部有裂缝等情况，结合地质条件、水位变化等方面因素进行综合考量，就能够对工程结构的整体安全状况开展科学且准确的评估，为采取针对性地加固或者维修措施提供有利可靠的依据，以此确保水利工程能够实现长期稳定的运行[3]。

2.2病害预警

水利工程在长期运行期间会受水压力、地质变化、温度等多种因素影响，可能出现各种各样的病害情况，沉降和位移的异常变化通常是病害发生的早期征兆表现，通过对观测数据开展实时监测与动态分析工作，利用先进的数据分析模型和算法手段，能够及时捕捉到数据的微小变化情况，一旦发现沉降位移数据出现异常波动现象，如：位移速率突然加快、沉降量超出阈值等状况，系统就会立即发出预警信号提醒，这能让管理人员在病害还未发展到严重程度的时候，就采取有效的应对措施来处理，比如对于土石坝而言，要是发现坝顶出现异常沉降或位移问题，可能意味着坝体内部存在滑坡或渗漏等隐患风险，及时预警可避免病害进一步恶化发展，减少工程损失并保障水利工程的安全运行[4]。

2.3工程维护和加固决策

在水利工程维护和加固决策过程中沉降位移观测数据是关键参考依据，当沉降位移较小且处于稳定状态时通常表明工程结构基本正常，这种情况下不需要开展大规模维护或加固操作只需按常规要求定期检查，同时加强日常维护工作以此确保工程持续处于良好运行状态，若沉降位移呈现逐渐增大趋势但还未超过预警值意味着工程可能已存在轻微病害，此时需要提高监测频率密切关注沉降位移的变化情况。并且深入分析数据找出导致位移增大的原因针对具体问题局部修补，这样才能防止病害进一步恶化，一旦沉降位移超过了预警值说明工程存在较为严重的病害，这种状况下必须进行详细检测评估全面了解工程结构受损程度，然后根据评估结果制定全面加固方案比如加固基础增强承载能力，或者对结构进行补强提高其整体稳定性，通过采取这些措施确保水利工程恢复到安全可靠运行状态[5]。沉降位移情况及加固措施如表1所示。

表1：沉降位移情况及加固措施

2.4运行管理优化

在水利工程维护和加固决策过程中，沉降位移观测数据是关键参考依据，当沉降位移较小且处于稳定状态时通常表明工程结构基本正常，这种情况下不需要开展大规模维护或加固操作只需按常规要求定期检查。同时，加强日常维护工作以此确保工程持续处于良好运行状态，若沉降位移呈现逐渐增大趋势但还未超过预警值意味着工程可能已存在轻微病害，此时需要提高监测频率密切关注沉降位移的变化情况。并且深入分析数据找出导致位移增大的原因针对具体问题局部修补，从而防止病害进一步恶化，一旦沉降位移超过了预警值说明工程存在较为严重的病害，这种状况下必须进行详细检测评估全面了解工程结构受损程度。然后根据评估结果制定全面加固方案，比如：加固基础增强承载能力或者对结构进行补强提高其整体稳定性。

5结论

沉降位移观测在水利工程运行管理中有着不可替代的重要作用，采用先进观测方法与技术对水利工程沉降和位移做实时准确监测，对观测数据开展科学分析和应用能及时发现工程结构安全隐患，可为工程维护加固以及运行管理提供科学依据，伴随科技持续发展沉降位移观测技术会不断创新和完善，能为水利工程安全运行和可持续发展提供更有力保障。未来，水利工程建设和运行管理中需进一步加强沉降位移观测工作，提高观测水平和管理能力来确保水利工程安全稳定运行。

参考文献：

[1]张新宇,崔新言. 水利堤防沉降监测技术的精度提升与数据处理[J].科技创新与应用,2025,15(28):148-151.

[2]梁培林. 水利堤防运行中沉降分析与加固监测提升管理[J].云南水力发电,2024,40(11):49-52.

[3]黄梓雄. 岛式防波堤沉降位移观测点优化分析[J].中国水运,2024,(01):111-113.

[4]杨浩,汤树海. 水利工程沿线地下水超采区地面不均匀沉降监测技术[J].水利科技与经济,2022,28(09):50-55.

[5]俞涛. 沉降和位移观测在软土路基施工中的应用[J].交通世界,2021,(28):67-68.