我国已拥有水库大坝9.8万余座，是世界上拥有水库大坝最多的国家，其中95%以上为土石坝，95%以上是上个世纪80年代以前建设的老坝。近10年来我国进行了大规模的病险水库除险加固，但大坝对人民生命财产有重大风险，因此对大坝进行安全监测非常必要。国外开展大坝监测自动化设备研制始于上世纪60年代末。日本率先在三座坝上实现了监测数据采集自动化。我国开展大坝安全监测自动化的研制工作与国外基本同步。我国首先实施的是内部观测仪器的采集自动化，先后于1980年和1983年在龚咀和葛洲坝安装了大坝内部参数自动采集装置。到1990年电力自动化研究院（原南京自动化研究所）根据国家“七五”科技攻关的要求，研制成功第一套全自动化的大坝安全监测系统。紧跟现代微电子技术的进展，我国自动化系统的采集方式在短短几年内就由最初的集中式改进为混合式，进而发展到分布式和智能分布式。我国大坝安全监测自动化事业进展迅速，自动化监测技术己臻成熟，并正向着应用的深度和广度扩展。
在大坝建设发展历程中，常规监测技术以点式电测传感器为代表，其实用经验多、应用范围广，并与现行规范配套，但其存在抗干扰能力弱、稳定性差、相对误差大、零漂和动漂较大等缺陷。随着光通信技术的发展，光纤传感技术应运而生。与传统传感器相比，光纤传感器具有灵敏度高、电绝缘性好、抗干扰性强、数据精度高、结构简单、便于遥测与控制、自动化监测等优点，目前已有用于测量压力、位移、应变、液面、角速度、线速度、温度、磁场、电流、电压等物理量的光纤传感器问世，解决了传统方式难以解决的测量技术难题。本文探讨了光纤传感技术及其在大坝安全监测中的应用。
一、 光纤传感新技术
光纤传感技术主要依靠的原理是光波在光纤中进行传输时所体现的特征：光波在光纤中进行传播时能够沿着光纤长度方向进行连续的传感测量，测量的主要因素包括温度、应力、变形以及压力等。在光波传输的过程中，光纤既是一种经过测量的传输介质，同时也是传感介质，因此，光纤传感技术可以对整个光纤长度上的环境参数进行持续的实时测量，并且能够根据被测量的空间转换对空间的分布状态进行实时测量，确保测量数据的准确性与时效性。分布式光纤传感技术不可缺少的重要设备就是分布式光纤传感器，当前各个智能大坝所使用的分布式光纤传感器具有很多应用优势：拥有较强的抗干扰抗电磁性能，并且在使用过程中不会产生辐射，另外还具有较好的化学稳定性。
分布式光纤传感监测坝体温度及渗漏。利用光在光纤中传输能产生拉曼散射的原理，即向光纤中注入脉冲光，它在光纤中传输的同时不断产生后向散射光波，这些光波的状态受所在光纤沿线散射点温度的影响而改变，将散射回的光经系统处理后，便可实时显示光纤沿线所测信息，由光纤中光波的传输速度和入射光与反射光间的时间差可定位光纤沿线所测信息。
分布式光纤传感监测坝体裂缝及坝体变形。通常通过光时域反射仪来获取分布式光纤传感器的信息，其实质为传感器调制解调信号反映了内测参数在空间上的变化情况。这一技术引进到大坝裂缝监测的原理为：工程结构开裂经埋入其中的光缆，光缆与裂缝成一定角度，则在裂缝面处的光缆会在剪切拉伸力作用下生成微弯或挠曲，造成局部高光损耗，通过光时域反射技术能探知沿程光损耗，从而获得与铺设光缆长度对应的沿程光损，分析光损异常位置，得出结论异常处是否由裂缝引起。
光纤陀螺仪监测面板挠度及坝体沉降。光纤陀螺为一种敏感角速率的光纤传感器，其实际为一基于萨格纳克效应的环形干涉仪。适宜光源发出的光，由耦合器分光耦合进入一个多匝光纤线圈的两端分别沿顺、逆时针光路传播，光纤线圈两端的出射光经耦合器送至探测器。当光纤陀螺相对惯性空间静止时，则在光纤线圈内沿相反方向传播的光波所经过的光程相同，因此光程差为零；当光纤陀螺相对惯性空间以一定转速转动时，则会出现两束光传播经过路程不同，即光程差不为零。
二、工程应用
三峡大坝，位于中国湖北省宜昌市三斗坪镇境内，是当今世界最大的水利发电工程。三峡水利枢纽工程安全监测包括变形、渗流、应力应变、裂缝、水力学、动力学监测6大类，覆盖三峡水利枢纽工程混凝土重力坝、电站厂房、船闸、地下洞室、土石坝、碾压混凝土坝围堰、塑性心墙、沥青心墙等不同类型建筑物以及高边坡、滑坡体等。蔡德所利用常态大体积混凝土分布式光纤传感监测技术实现了大体积混凝土施工期和运行期的温度场监测，快捷、准确地检测到坝体混凝土结构内部温度场的变化，对大坝的健康诊断和安全运行十分有利。设计的光纤传感网络基本覆盖了32m×20m的浇筑仓面，且冷却水管、混凝土标号、骨料级配等对实际温度场的影响都能在温度分布曲线中较好的反应。
溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县交界的金沙江峡谷段，是一座以发电为主，兼有拦沙、防洪和改善下游航运等综合效益的大型水电站。在溪洛渡大坝5，15，16，23号坝段全断面埋设分布式光纤，在线监测施工过程中混凝土温度变化。分别利用3台配有通道扩展器的分布式光纤测温主机（SentinelDTS-LR）对5，15，16，23号4个坝段进行温度监测。实践表明分布式光纤测温主机远程控制系统运行状态良好，将来可应用于更多大型水电工程中。
水布垭水电站坝址位于清江中游的巴东县水布垭镇，上距恩施117 km ，下距隔河岩 92km , 距清江入长江口153km，是清江梯级开发的龙头枢纽。水布垭水电站混凝土面板堆石坝采用光纤陀螺( FOG) 监测面板挠度变形。通过对监测资料分析，全面揭示了水布垭面板堆石坝面板挠度变形特点和一般规律，即: 面板挠度变形整体趋于收敛，坝高1 /3 附近和运行低水位高程附近面板反弹出现峰值。监测成果为大坝安全运行提供重要依据。
参考文献：
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作者简介：蒋杰（1996—），男，汉族，籍贯：四川资阳人，学历：在读硕士研究生，研究方向：地图制图学与地理信息工程，单位：成都理工大学。
