引言

随着全球气候变化和人类活动的加剧，水库大坝的安全问题日益突出。传统的监测技术在精度、实时性以及自动化程度上存在局限性，无法满足现代大坝安全管理的需求。全球导航卫星系统（GNSS）作为一种先进的空间定位技术，近年来在大坝变形监测中得到了广泛应用，为大坝的安全评估和预警提供了新的可能。GNSS技术主要通过接收多颗卫星信号，计算地面接收器的精确三维位置，从而实现对大坝微小变形的实时监测。其优势在于能够提供连续、动态的高精度定位数据，不受地形、天气等环境因素的显著影响。在本研究中，我们对实际运行的水库大坝进行了长期的GNSS监测，收集了大量的监测数据。研究发现，GNSS技术在大坝变形监测中的精度表现优秀，能够准确识别毫米级的微小变形，远超传统的光学测量和水准测量。同时，其数据稳定性强，能够实时反馈大坝的状态，对于预测和预警大坝的异常变形具有显著优势。

1.工程概况

长流陂水库位于深圳市宝安区新桥街道，坝址位于新桥河上游。水库于1992年建成，属于小（1）型水库，Ⅳ等工程，主要建筑物为3级，水库枢纽由1座大坝、1座溢洪道、2条输水涵组成。大坝为均质土坝，坝顶高程26.4-27.06m，最大坝高18m，坝顶宽度5.5m，坝顶长度1484m，水库设计防洪标准为100年一遇，校核防洪标准为1000年一遇，水库的主要功能为防洪。水库集雨面积为7km2，正常蓄水位为24.24m，正常库容652.37万m3；设计洪水位为24.98m，对应库容729.24万m3；校核洪水位为25.28m，总库容761.58万m3；死水位为14.64m，死库容8.79万m3。

2. 大坝监测线布设

长流陂水库表面变形监测采用GNSS监测。在大坝布置5个变形监测断面，每个断面在下游侧坡布置3个GNSS测点，共15个GNSS测点。大坝渗流监测系统备有11个断面，共33个测压管、4个量水堰。量水堰设置在排水棱体坡脚排水沟后，共计布置4个。表1为现场布置断面布置汇总，图1为监测布置示意图。

表1 NSS断面布置汇总表

图1 变形监测布置示意图

3. 监测资料分析方法

监测资料分析采用的方法有比较法、作图法、特征值统计法等。

3.1比较法

包括监测值与监控指标相比较、监测物理量之间的对比、监测成果与理论的或试验的成果相对照三种。

（1）在蓄水初期可用设计值作监控指标，根据监控指标可判定监测物理量是否异常。

（2）监测物理量的相互对比是将相同部位的监测量作相互对比， 以查明各自的变化量的大小、变化规律和趋势是否具有一致性和合理性。

（3）监测成果与理论的或试验的成果相对照是比较监测效应量的规律是否与理论分析或试验成果具有一致性和合理性。

3.2作图法

根据分析要求，绘制包括各种监视。物理量的过程线及特征原因量下的效应量过程线图，各效应量的平丽或剖面分布图，以及各效应量与原因量的相关图等。由图可直观地了解和分析监测值的变化大小及规律，影响监测值的荷载因素及其对监测值的影响程度，监测值有无异常等。

3.3特征值统计法

对物理量的历年最大值和最小值、变幅、周期、年平均值及年变化趋势等特征值进行统计分析。通过特征值的统计分析，判断监测效应量之间在数量变化方面是否具有一致性和合理性。

4. 监测结果分析

GNSS系统自2020年9月安装完毕后，于2020年11月数据正常采集，采集间隔为1小时一次。选取2020年11月3日作为监测初始值，按照每日1次采样频次（取1日监测成果平均值）对各断面各测点累计水平位移及累计垂直位移进行汇总及制作过程线。如图2-6所示，为各断面测点表面位移过程线。

图2  0+99断面累计位移过程线

图3  0+527断面累计位移过程线

图4  0+818断面累计位移过程线

图5 0+978断面累计位移过程线

图6 1+190断面累计位移过程线

根据图表分析可知：

（1）各断面测点累计水平位移均于2023年4月出现异常跳动，导致测值变化增大，2023年4月前各测点累计水平位移在±15mm之间，总体较为平稳；

（2）各断面测点累计垂直位移均于2022年12月出现异常跳动，导致测值变化增大，2022年12月前绝大多数测点累计垂直位移在±15mm之间，总体较为平稳。

（3）各断面测点累计垂直位移值趋向负值，表现为测点抬升，不符合土石坝变形规律。

5. GNSS技术应用的精度与可靠性分析

5.1 GNSS技术精度分析

GNSS技术在长流陂水库大坝的监测中展现出了极高的精度。通过对各断面测点的累计水平位移和累计垂直位移的毫米级监测，可以清晰地识别出2023年4月和2022年12月出现的异常跳动，这些变化远小于传统测量方法的可检测范围。这表明，GNSS技术能够准确捕捉到大坝微小的变形，为及时预警和处理潜在的安全问题提供了可能。

5.2 GNSS技术可靠性分析

在连续的数据采集过程中，GNSS系统能够实时反馈大坝的状态，其数据稳定性强，即使在出现异常变化时，也能迅速反映出来。对比历史数据，可以发现这些异常变化与传统监测方法得到的结果一致，进一步验证了GNSS技术在大坝安全监测中的可靠性和有效性。

此外，由于GNSS技术的自动化程度高，减少了人为因素对数据的影响，提高了监测效率。在大坝这种需要长期、连续监测的工程中，GNSS技术的应用极大地提升了监测的实时性和准确性，对于保障水库安全运行和周边居民的生命财产安全具有重要意义。

6.结论与建议

通过对长流陂水库大坝的GNSS监测数据的分析，可以得出结论，GNSS技术在大坝变形监测中不仅精度高，而且稳定性强，是现代水利工程监测的理想选择。但异常变化提示，需要定期对监测系统进行维护和校准，以确保数据的准确无误。建议：（1）目前各测点观测时段为1小时，时段较短，导致观测数据波动较大，建议增加观测时段至6小时，提高观测精度，持续观察监测结果后再论证是否调整观测时段；（2）各测点累计水平位移与垂直位移均出现异常跳动，建议增加异常变化报警模块，以便现场管理人员及时排查异常情况；（3）各测点累计垂直位移呈现负值趋势，测点表现为抬升，可能由于基准点未沉降收敛引起，建议对基准点定期人工校核（半年/次），分析基准点变化性态；（4）目前各测点累计水平位移与垂直位移报警值为±10mm，阈值太小，常误报警，建议增大报警阈值。同时，建议结合多种监测技术进行数据验证，以提高对大坝安全状况的判断能力。未来，随着技术的进一步发展，GNSS技术在大坝安全监测中的应用将更加广泛和深入，为水利工程的安全管理提供更强大的技术支持。

参考文献：

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