布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用與探索

一、引言1.1研究背景與意義水電工程作為國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在能源供應(yīng)、防洪、灌溉、航運(yùn)等方面發(fā)揮著不可替代的作用，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。中國的三峽水電站，其總裝機(jī)容量高達(dá)2250萬千瓦，多年平均發(fā)電量約1000億千瓦時(shí)，為華東、華中等地區(qū)提供了大量清潔電能，有力地推動(dòng)了這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。水電工程還能調(diào)節(jié)河流水位，有效減輕下游地區(qū)的洪水災(zāi)害威脅，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)改善航運(yùn)條件，促進(jìn)水上運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。然而，水電工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于復(fù)雜惡劣的服役環(huán)境中，承受著巨大的水壓、水流沖刷、溫度變化以及地基變形等多種荷載的共同作用，極易出現(xiàn)裂縫、滲漏、結(jié)構(gòu)變形等安全隱患。這些隱患如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，如潰壩等，不僅會(huì)導(dǎo)致重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不可挽回的破壞。2009年，巴西的圣西芒水電站大壩出現(xiàn)裂縫和滲漏問題，雖未造成潰壩事故，但修復(fù)工作耗費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力，導(dǎo)致電站停運(yùn)數(shù)月，經(jīng)濟(jì)損失慘重。因此，確保水電工程結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)意義重大。傳統(tǒng)的水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方法，如人工巡檢、常規(guī)儀器監(jiān)測(cè)等，存在諸多局限性。人工巡檢依賴人工經(jīng)驗(yàn)，主觀性強(qiáng)，檢測(cè)效率低，難以發(fā)現(xiàn)隱蔽性的安全隱患，且對(duì)于高壩、地下洞室等危險(xiǎn)或難以到達(dá)的區(qū)域，人工巡檢存在很大困難。常規(guī)儀器監(jiān)測(cè)，如電阻應(yīng)變片、水準(zhǔn)儀等，測(cè)點(diǎn)布置有限，只能獲取局部的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，無法全面反映結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)，且安裝和維護(hù)成本較高，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性較差。隨著光纖傳感技術(shù)的快速發(fā)展，布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)（BrillouinOpticalTime-DomainSensingTechnology，BOT）作為一種新型的分布式光纖傳感技術(shù)，在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。該技術(shù)利用光纖中布里淵散射效應(yīng)與溫度、應(yīng)變的相關(guān)性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖沿線溫度和應(yīng)變的分布式測(cè)量，測(cè)量距離可達(dá)數(shù)十公里，空間分辨率可達(dá)厘米級(jí)甚至更高，能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)、全面地監(jiān)測(cè)水電工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變和溫度分布狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的異常變化，為結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估和健康診斷提供可靠的數(shù)據(jù)支持。在大壩的監(jiān)測(cè)中，通過將布里淵光時(shí)域感測(cè)系統(tǒng)的光纖沿壩體內(nèi)部或表面鋪設(shè)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大壩在不同工況下的應(yīng)力應(yīng)變分布，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的裂縫、滑坡等安全隱患。在引水隧洞的監(jiān)測(cè)中，能夠?qū)λ矶吹淖冃?、滲漏等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保引水隧洞的安全運(yùn)行。布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，不僅能夠提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性和實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電工程結(jié)構(gòu)的全方位、全生命周期的健康監(jiān)測(cè)，還能為水電工程的設(shè)計(jì)優(yōu)化、運(yùn)行管理和維護(hù)決策提供科學(xué)依據(jù)，有助于提前預(yù)防安全事故的發(fā)生，保障水電工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。研究布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)于提升水電工程的安全監(jiān)測(cè)水平，促進(jìn)水電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2研究目的與內(nèi)容本文旨在深入研究布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，全面剖析該技術(shù)的工作原理、監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)以及實(shí)際應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的改進(jìn)策略，為水電工程結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)提供更為可靠、高效的技術(shù)支持，確保水電工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。具體研究?jī)?nèi)容如下：布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的原理與特性：詳細(xì)闡述布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的基本原理，包括光纖中布里淵散射效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制，以及布里淵頻移與溫度、應(yīng)變之間的定量關(guān)系。深入研究該技術(shù)的主要特性，如測(cè)量距離、空間分辨率、應(yīng)變和溫度分辨率等，分析這些特性對(duì)水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的適用性和重要性。水電工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及監(jiān)測(cè)需求分析：系統(tǒng)分析水電工程結(jié)構(gòu)的類型，如大壩、引水隧洞、溢洪道等，研究不同類型結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)、服役環(huán)境以及可能出現(xiàn)的安全隱患。根據(jù)水電工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，明確其對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)范圍、精度、實(shí)時(shí)性等方面的具體需求，為后續(xù)研究布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提供依據(jù)。布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究：結(jié)合實(shí)際水電工程案例，研究布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用方法和實(shí)現(xiàn)過程。分析如何將傳感光纖合理地布置在水電工程結(jié)構(gòu)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的有效監(jiān)測(cè)。探討如何利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分析、溫度場(chǎng)分析以及安全狀態(tài)評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的異常變化，為工程的安全運(yùn)行提供預(yù)警。布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)與問題分析：對(duì)比傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法，全面分析布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中具有的優(yōu)勢(shì)，如分布式測(cè)量、長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)、抗干擾能力強(qiáng)等。同時(shí)，深入探討該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨的問題，如信號(hào)衰減、測(cè)量精度受環(huán)境影響、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜等，分析這些問題產(chǎn)生的原因及其對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。針對(duì)應(yīng)用問題的改進(jìn)策略與技術(shù)優(yōu)化研究：針對(duì)布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程應(yīng)用中存在的問題，研究相應(yīng)的改進(jìn)策略和技術(shù)優(yōu)化方法。例如，研究如何通過改進(jìn)光纖材料、優(yōu)化光路設(shè)計(jì)、采用信號(hào)增強(qiáng)和降噪技術(shù)等手段來提高信號(hào)質(zhì)量和測(cè)量精度；探索如何利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法和人工智能技術(shù)，對(duì)大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理和分析，提取有價(jià)值的信息，提升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能化水平。1.3研究方法與創(chuàng)新點(diǎn)研究方法文獻(xiàn)研究法：通過廣泛搜集國內(nèi)外關(guān)于布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)、水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)以及相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、專利文獻(xiàn)等資料，全面梳理該技術(shù)的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，深入分析其在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)，為后續(xù)研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和研究思路。通過對(duì)近五年相關(guān)文獻(xiàn)的分析，了解到布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在測(cè)量精度、空間分辨率等方面的研究進(jìn)展，以及在水電工程中應(yīng)用案例的增加趨勢(shì)。案例分析法：選取多個(gè)具有代表性的水電工程案例，如三峽水電站、溪洛渡水電站等，深入研究布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在這些工程中的實(shí)際應(yīng)用情況。詳細(xì)分析傳感光纖的布置方案、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理方法以及實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題和解決方案，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為該技術(shù)在其他水電工程中的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。對(duì)比分析法：將布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)的水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方法，如電阻應(yīng)變片監(jiān)測(cè)、水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)等進(jìn)行對(duì)比分析。從測(cè)量原理、監(jiān)測(cè)范圍、精度、實(shí)時(shí)性、可靠性、成本等多個(gè)方面進(jìn)行全面比較，明確布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和不足，為水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)的選擇和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。創(chuàng)新點(diǎn)深入挖掘技術(shù)應(yīng)用案例：通過廣泛的調(diào)研和實(shí)地考察，獲取了多個(gè)鮮為人知但具有重要參考價(jià)值的水電工程案例，對(duì)這些案例中布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的應(yīng)用細(xì)節(jié)進(jìn)行深入剖析，包括技術(shù)的創(chuàng)新性應(yīng)用、遇到的特殊問題及解決方案等，為該技術(shù)在水電工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更為豐富和全面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。多維度對(duì)比分析：在對(duì)比分析布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法時(shí)，不僅從常規(guī)的技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行比較，還從經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境適應(yīng)性、維護(hù)難度等多個(gè)維度進(jìn)行綜合考量，為水電工程監(jiān)測(cè)技術(shù)的選擇提供了更全面、更具實(shí)際指導(dǎo)意義的決策依據(jù)。提出針對(duì)性的改進(jìn)策略：針對(duì)布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程應(yīng)用中存在的問題，如信號(hào)衰減、測(cè)量精度受環(huán)境影響等，結(jié)合最新的研究成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了一系列具有創(chuàng)新性和可操作性的改進(jìn)策略，如采用新型光纖材料和光路設(shè)計(jì)來減少信號(hào)衰減，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法優(yōu)化數(shù)據(jù)處理以提高測(cè)量精度等，為該技術(shù)在水電工程中的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展提供了新的思路和方法。二、水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)概述2.1水電工程結(jié)構(gòu)類型與特點(diǎn)2.1.1常見水電工程結(jié)構(gòu)類型水電工程作為一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包含多種類型的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)水電工程的發(fā)電、防洪、灌溉等功能。其中，大壩、水電站廠房、輸水隧洞是最為常見且關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)類型。大壩是水電工程的核心擋水建筑物，其主要作用是攔截河流，形成水庫，抬高水位，從而產(chǎn)生水頭差，為發(fā)電提供能量。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和筑壩材料的不同，大壩可分為多種類型。重力壩主要依靠自身重量產(chǎn)生的抗滑力來維持穩(wěn)定，壩體通常采用混凝土或漿砌石等材料澆筑而成，如三峽大壩，壩體混凝土澆筑量巨大，充分利用了重力壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確保了大壩在巨大水壓下的安全穩(wěn)定。拱壩則是利用拱的作用將水壓力傳遞到兩岸壩肩，依靠?jī)砂秹渭绲膸r體來維持穩(wěn)定，其壩體呈弧形，結(jié)構(gòu)較為輕巧，適用于河谷狹窄、兩岸地形地質(zhì)條件良好的地區(qū)，如二灘拱壩，以其獨(dú)特的拱壩結(jié)構(gòu)，有效利用了地形優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了高效的擋水和發(fā)電功能。土石壩是以土、石料等為主要筑壩材料，通過分層填筑和壓實(shí)而成，具有施工簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在一些中小型水電工程中應(yīng)用廣泛。水電站廠房是安裝水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的建筑物，是將水能轉(zhuǎn)化為電能的核心場(chǎng)所。它不僅要為機(jī)組提供穩(wěn)定的安裝基礎(chǔ)，還要為運(yùn)行人員提供良好的工作環(huán)境，確保發(fā)電過程的安全、穩(wěn)定、高效。水電站廠房按結(jié)構(gòu)形式可分為地面廠房、地下廠房和壩內(nèi)廠房等。地面廠房建在地面上，具有施工方便、設(shè)備安裝和維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)，許多常規(guī)水電站都采用地面廠房形式；地下廠房則是將廠房布置在地下巖體中，適用于地形狹窄、地質(zhì)條件適宜的地區(qū)，這種形式可以減少對(duì)地表環(huán)境的影響，同時(shí)提高廠房的安全性和隱蔽性，如錦屏二級(jí)水電站的地下廠房，規(guī)模宏大，施工難度極高，但有效利用了地下空間資源；壩內(nèi)廠房則是將廠房布置在大壩內(nèi)部，與大壩結(jié)構(gòu)相結(jié)合，節(jié)省了工程占地面積，同時(shí)利用大壩的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)為廠房提供支撐，如新安江水電站的壩內(nèi)廠房，是我國早期壩內(nèi)廠房建設(shè)的典型代表。輸水隧洞是用于輸送水流的地下通道，其作用是將水庫中的水引至水電站廠房或其他用水地點(diǎn)。在長(zhǎng)距離引水式水電站中，輸水隧洞起著至關(guān)重要的作用，它可以穿越復(fù)雜的地形和地質(zhì)條件，實(shí)現(xiàn)水能的有效輸送。輸水隧洞根據(jù)其工作條件和水流狀態(tài)，可分為有壓隧洞和無壓隧洞。有壓隧洞在運(yùn)行過程中，洞內(nèi)水流充滿整個(gè)斷面，承受較高的內(nèi)水壓力，對(duì)隧洞的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和防滲性能要求較高；無壓隧洞則洞內(nèi)水流具有自由水面，主要承受外水壓力和圍巖壓力，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方法與有壓隧洞有所不同。2.1.2水電工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)受力復(fù)雜：水電工程結(jié)構(gòu)承受著多種荷載的共同作用，受力情況極為復(fù)雜。以大壩為例，壩體不僅要承受巨大的靜水壓力，隨著水庫水位的變化，壓力的大小和方向也在不斷改變，還受到動(dòng)水壓力的影響，如水流的沖擊、波動(dòng)等，這些動(dòng)水壓力會(huì)對(duì)壩體產(chǎn)生周期性的作用力，增加了壩體的疲勞損傷風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，壩體自身的重力、揚(yáng)壓力以及溫度變化引起的溫度應(yīng)力等也會(huì)對(duì)大壩的結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生重要影響。揚(yáng)壓力是由于壩體上下游水位差導(dǎo)致的滲流作用在壩體底部產(chǎn)生的向上的壓力，它會(huì)減小壩體的有效重量，降低壩體的抗滑穩(wěn)定性；溫度應(yīng)力則是由于壩體在施工和運(yùn)行過程中溫度的變化，導(dǎo)致壩體材料的熱脹冷縮，從而在壩體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，若溫度應(yīng)力過大，可能會(huì)導(dǎo)致壩體出現(xiàn)裂縫等病害。長(zhǎng)期受環(huán)境侵蝕：水電工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于惡劣的自然環(huán)境中，受到水、空氣、土壤等多種介質(zhì)的侵蝕作用。在水環(huán)境中，水的化學(xué)侵蝕性會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成損害，水中的酸性物質(zhì)、硫酸鹽等會(huì)與混凝土中的水泥成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度降低、耐久性下降，出現(xiàn)混凝土碳化、鋼筋銹蝕等問題?；炷撂蓟侵缚諝庵械亩趸寂c混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成碳酸鈣，使混凝土的堿性降低，從而削弱了對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。此外，水流的沖刷、磨損也會(huì)對(duì)水工結(jié)構(gòu)表面造成破壞，尤其是在高速水流區(qū)域，水流攜帶的泥沙等顆粒物質(zhì)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨蝕作用，使結(jié)構(gòu)表面逐漸剝蝕，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。對(duì)穩(wěn)定性和耐久性要求高：水電工程作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，一旦發(fā)生安全事故，將對(duì)下游地區(qū)的人民生命財(cái)產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境造成巨大的威脅。因此，水電工程結(jié)構(gòu)對(duì)穩(wěn)定性和耐久性有著極高的要求。大壩的穩(wěn)定性直接關(guān)系到水庫的安全運(yùn)行，若大壩出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，如滑坡、潰壩等，將會(huì)引發(fā)洪水泛濫，淹沒下游大片地區(qū)，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為了確保大壩的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)和施工過程中，需要充分考慮壩體的結(jié)構(gòu)形式、地基條件、荷載作用等因素，采取有效的工程措施，如加強(qiáng)地基處理、優(yōu)化壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)置排水系統(tǒng)等，以提高大壩的抗滑、抗傾覆能力。同時(shí)，為了保證水電工程結(jié)構(gòu)的耐久性，需要選用優(yōu)質(zhì)的建筑材料，采用合理的施工工藝，并加強(qiáng)運(yùn)行期的維護(hù)管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的病害，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。2.2水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的重要性2.2.1保障工程安全運(yùn)行水電工程作為關(guān)系國計(jì)民生的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全運(yùn)行至關(guān)重要。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水電工程結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)，能夠及時(shí)捕捉到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變異常、變形過大、裂縫擴(kuò)展等潛在隱患。當(dāng)大壩壩體內(nèi)部的應(yīng)力超過設(shè)計(jì)允許范圍時(shí)，通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠迅速察覺，相關(guān)部門便可及時(shí)采取措施，如調(diào)整水庫水位、對(duì)壩體進(jìn)行加固處理等，從而有效預(yù)防諸如潰壩等災(zāi)難性事故的發(fā)生。潰壩事故一旦發(fā)生，將引發(fā)下游地區(qū)洪水泛濫，沖毀房屋、農(nóng)田，造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來巨大沖擊。通過持續(xù)的監(jiān)測(cè)，還能實(shí)時(shí)掌握工程結(jié)構(gòu)在不同工況下的響應(yīng)情況，為工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)支持，確保水電工程在各種復(fù)雜條件下都能安全可靠地運(yùn)行。2.2.2延長(zhǎng)工程使用壽命水電工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在惡劣的自然環(huán)境中，受到水、溫度、濕度等多種因素的侵蝕，不可避免地會(huì)出現(xiàn)老化、損壞等現(xiàn)象。通過對(duì)水電工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，能夠準(zhǔn)確了解結(jié)構(gòu)的損傷狀況和發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的早期裂縫，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并分析其成因，采取灌漿、表面封閉等針對(duì)性的維護(hù)措施，阻止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，從而延緩結(jié)構(gòu)的老化進(jìn)程，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。定期的監(jiān)測(cè)還能為維護(hù)計(jì)劃的制定提供科學(xué)依據(jù)，合理安排維護(hù)時(shí)間和維護(hù)內(nèi)容，避免過度維護(hù)或維護(hù)不足的情況發(fā)生，提高維護(hù)效率，降低維護(hù)成本，使水電工程在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，為長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。2.2.3滿足監(jiān)管與社會(huì)需求隨著社會(huì)的發(fā)展和人們對(duì)能源安全、生態(tài)環(huán)境的關(guān)注度不斷提高，水電工程作為重要的能源基礎(chǔ)設(shè)施，受到了嚴(yán)格的監(jiān)管。相關(guān)部門對(duì)水電工程的安全運(yùn)行、環(huán)境保護(hù)等方面制定了一系列的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，要求水電工程必須具備完善的監(jiān)測(cè)體系，以確保工程符合相關(guān)規(guī)定。通過對(duì)水電工程結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)向監(jiān)管部門提供準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，證明工程的安全性和合規(guī)性，滿足監(jiān)管要求。水電工程的安全運(yùn)行也關(guān)系到周邊居民的切身利益，社會(huì)公眾對(duì)水電工程的安全狀況高度關(guān)注。通過公開透明的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠讓公眾了解水電工程的運(yùn)行情況，增強(qiáng)公眾對(duì)水電工程的信任度，減少社會(huì)疑慮，促進(jìn)水電工程與社會(huì)的和諧發(fā)展。2.3傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法及其局限性2.3.1傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法介紹人工巡檢：人工巡檢是水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中最基礎(chǔ)、最傳統(tǒng)的方法之一。巡檢人員憑借肉眼觀察和簡(jiǎn)單工具，按照既定的巡檢路線和時(shí)間間隔，對(duì)水電工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查。在大壩巡檢中，巡檢人員會(huì)仔細(xì)查看壩體表面是否存在裂縫、剝落、滲漏等異常現(xiàn)象，使用手錘敲擊壩體，通過聲音判斷內(nèi)部是否有空洞或缺陷。對(duì)于水電站廠房，會(huì)檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、管道是否有漏水、電氣設(shè)備是否有過熱等情況。人工巡檢能夠直觀地發(fā)現(xiàn)一些明顯的表面缺陷和異常情況，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的問題可以及時(shí)進(jìn)行處理。水準(zhǔn)儀測(cè)量：水準(zhǔn)儀測(cè)量主要用于監(jiān)測(cè)水電工程結(jié)構(gòu)的垂直位移，即沉降。通過水準(zhǔn)儀建立水平視線，測(cè)量不同測(cè)點(diǎn)與水平視線之間的高差，從而確定測(cè)點(diǎn)的高程變化。在大壩監(jiān)測(cè)中，在壩體不同位置設(shè)置多個(gè)水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)，定期使用水準(zhǔn)儀測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的高程。通過對(duì)比不同時(shí)期的測(cè)量數(shù)據(jù)，可了解壩體的沉降情況。若某一測(cè)點(diǎn)的沉降量超出正常范圍，可能意味著該部位的地基出現(xiàn)問題或壩體結(jié)構(gòu)受力異常。應(yīng)變片測(cè)量：應(yīng)變片是一種將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的敏感元件。在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中，將應(yīng)變片粘貼在結(jié)構(gòu)表面的關(guān)鍵部位，當(dāng)結(jié)構(gòu)受力發(fā)生變形時(shí)，應(yīng)變片也隨之變形，導(dǎo)致其電阻值發(fā)生變化。通過測(cè)量應(yīng)變片電阻值的變化，并根據(jù)事先標(biāo)定的電阻-應(yīng)變關(guān)系，可計(jì)算出結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變值，進(jìn)而推算出結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)。在混凝土壩的監(jiān)測(cè)中，在壩體的壩踵、壩趾等容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位粘貼應(yīng)變片，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些部位的應(yīng)力變化情況，為大壩的安全評(píng)估提供重要依據(jù)。全站儀測(cè)量：全站儀是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測(cè)量?jī)x器，可同時(shí)測(cè)量水平角、垂直角和距離。在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中，全站儀常用于監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的水平位移、傾斜等參數(shù)。通過在穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)上分別安置全站儀和棱鏡，測(cè)量?jī)x器與棱鏡之間的角度和距離，利用三角測(cè)量原理計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化，從而確定結(jié)構(gòu)的位移和傾斜情況。在大型水電站廠房的監(jiān)測(cè)中，使用全站儀對(duì)廠房的柱、梁等關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)廠房結(jié)構(gòu)的變形情況。2.3.2傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的局限性效率低：人工巡檢需要巡檢人員逐一對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢查，對(duì)于大型水電工程，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、監(jiān)測(cè)范圍廣，巡檢一次往往需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力。對(duì)于大型大壩，其壩體長(zhǎng)度可能達(dá)到數(shù)千米，巡檢人員需要徒步沿著壩體進(jìn)行檢查，一次全面巡檢可能需要數(shù)天時(shí)間，且難以保證在短時(shí)間內(nèi)對(duì)所有關(guān)鍵部位進(jìn)行細(xì)致檢查，無法滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。傳統(tǒng)測(cè)量方法如水準(zhǔn)儀測(cè)量、全站儀測(cè)量等，每次測(cè)量都需要人工操作儀器，測(cè)量過程繁瑣，測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，測(cè)量效率較低，難以快速獲取大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。精度有限：人工巡檢主要依賴巡檢人員的經(jīng)驗(yàn)和肉眼觀察，對(duì)于一些細(xì)微的裂縫、內(nèi)部缺陷等難以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和判斷。即使使用簡(jiǎn)單工具輔助檢查，其檢測(cè)精度也相對(duì)較低。水準(zhǔn)儀測(cè)量雖然能夠測(cè)量結(jié)構(gòu)的垂直位移，但受到儀器精度、觀測(cè)條件等因素的影響，其測(cè)量精度一般在毫米級(jí)，對(duì)于一些對(duì)變形要求較高的水電工程結(jié)構(gòu)，如高壩的壩頂位移監(jiān)測(cè)，毫米級(jí)的精度可能無法滿足工程安全評(píng)估的要求。應(yīng)變片測(cè)量在實(shí)際應(yīng)用中，由于應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量、溫度變化等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差較大，影響測(cè)量精度。測(cè)點(diǎn)稀疏：傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法受限于人力、物力和測(cè)量設(shè)備的限制，只能在結(jié)構(gòu)的少數(shù)關(guān)鍵部位布置測(cè)點(diǎn)，無法全面反映結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)。在大壩監(jiān)測(cè)中，雖然在壩體的一些典型部位如壩頂、壩踵、壩趾等布置了應(yīng)變片和位移測(cè)點(diǎn)，但大壩內(nèi)部和其他部位的應(yīng)力應(yīng)變和變形情況無法得到有效監(jiān)測(cè)，可能會(huì)遺漏一些潛在的安全隱患。對(duì)于復(fù)雜的水電工程結(jié)構(gòu)，如地下廠房、輸水隧洞等，由于其內(nèi)部空間有限，布置測(cè)點(diǎn)困難，測(cè)點(diǎn)分布更為稀疏，難以準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)的整體受力和變形情況。易受環(huán)境干擾：傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法中的許多儀器對(duì)環(huán)境條件較為敏感，容易受到環(huán)境因素的干擾而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。水準(zhǔn)儀測(cè)量要求觀測(cè)視線保持水平，在大風(fēng)、震動(dòng)等惡劣環(huán)境條件下，難以保證觀測(cè)視線的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差增大。應(yīng)變片測(cè)量容易受到溫度變化的影響，溫度的波動(dòng)會(huì)使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差。在高溫、潮濕的環(huán)境中，應(yīng)變片的粘貼性能可能會(huì)下降，進(jìn)一步影響測(cè)量精度。全站儀測(cè)量在雨天、大霧等天氣條件下，由于光線傳播受到影響，測(cè)量精度會(huì)顯著降低。三、布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)原理與特性3.1布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)原理3.1.1布里淵散射原理布里淵散射是一種光與介質(zhì)中聲學(xué)聲子相互作用的物理現(xiàn)象，屬于光的非彈性散射。當(dāng)光在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)與介質(zhì)內(nèi)的聲學(xué)聲子發(fā)生相互作用，致使光的頻率發(fā)生變化，產(chǎn)生頻移，此頻移即為布里淵頻移。在光纖中，布里淵散射的產(chǎn)生過程可詳細(xì)解釋為：當(dāng)頻率為v_p的泵浦光在光纖中傳輸時(shí)，由于光纖材料的電致伸縮效應(yīng)，會(huì)激發(fā)出彈性聲波。這種彈性聲波使得光纖的折射率在時(shí)間和空間上呈現(xiàn)周期性變化，進(jìn)而形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的光纖光柵。泵浦光受到該動(dòng)態(tài)光柵的調(diào)制，產(chǎn)生頻率為v_s的散射光，同時(shí)生成頻率為v_a的相干聲波，這一過程被稱為布里淵散射。從量子力學(xué)的角度來看，布里淵散射過程可理解為一個(gè)泵浦光子與一個(gè)聲學(xué)聲子相互作用，產(chǎn)生一個(gè)散射光子的過程。在這個(gè)過程中，能量和動(dòng)量守恒定律得以滿足。具體而言，泵浦光子的能量hv_p等于散射光子的能量hv_s與聲學(xué)聲子的能量hv_a之和，即hv_p=hv_s+hv_a；動(dòng)量方面，泵浦光子的動(dòng)量k_p等于散射光子的動(dòng)量k_s與聲學(xué)聲子的動(dòng)量k_a之和，即k_p=k_s+k_a。根據(jù)這些守恒關(guān)系，可推導(dǎo)出布里淵頻移v_B與光纖材料的聲學(xué)聲速v_a、折射率n以及光的波長(zhǎng)\lambda之間的定量關(guān)系：v_B=\frac{2nv_a}{\lambda}。這一公式表明，布里淵頻移與聲學(xué)聲速成正比，與光的波長(zhǎng)成反比。布里淵散射可分為自發(fā)布里淵散射和受激布里淵散射。在自發(fā)布里淵散射中，即使在低光功率條件下，光纖材料分子的布朗運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生聲學(xué)噪聲。當(dāng)這些聲學(xué)噪聲在光纖中傳播時(shí)，其壓力差會(huì)引起光纖材料折射率的變化，從而對(duì)傳輸光產(chǎn)生自發(fā)散射作用。同時(shí)，聲波在材料中的傳播使壓力差及折射率變化呈現(xiàn)周期性，導(dǎo)致散射光頻率相對(duì)于傳輸光有一個(gè)多普勒頻移，這就是自發(fā)布里淵散射的產(chǎn)生機(jī)制。在自發(fā)布里淵散射光譜中，通常同時(shí)存在能量相當(dāng)?shù)乃雇锌怂购头此雇锌怂箖蓷l譜線，它們相對(duì)于入射光的頻移大小與光纖材料聲子的特性密切相關(guān)。受激布里淵散射則是在自發(fā)布里淵散射的基礎(chǔ)上，當(dāng)泵浦光的強(qiáng)度增大到一定程度時(shí)發(fā)生的。當(dāng)大功率的泵浦光在光纖中傳播時(shí)，其自發(fā)布里淵散射光沿泵浦光相反的方向傳播。隨著泵浦光強(qiáng)度的增加，自發(fā)布里淵散射的強(qiáng)度也隨之增加。當(dāng)散射光強(qiáng)度增大到一定程度時(shí)，反向傳輸?shù)乃雇锌怂构夂捅闷止鈺?huì)發(fā)生干涉作用，產(chǎn)生較強(qiáng)的干涉條紋，使光纖局部折射率大大增加。由于電致伸縮效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)聲波，聲波的產(chǎn)生又激發(fā)出更多的布里淵散射光，激發(fā)出來的散射光又進(jìn)一步加強(qiáng)聲波，如此相互作用，形成一個(gè)正反饋過程，最終產(chǎn)生很強(qiáng)的散射，這就是受激布里淵散射的過程。相對(duì)于光波而言，聲波的能量可忽略不計(jì)，因此在不考慮聲波的情況下，受激布里淵散射過程可以概括為頻率較高的泵浦光的能量向頻率低的斯托克斯光轉(zhuǎn)移的過程，可看作是在有泵浦光存在的情況下，在電致伸縮材料中傳播的斯托克斯光經(jīng)歷了一個(gè)光增益的過程。在受激布里淵散射中，雖然理論上反斯托克斯光和斯托克斯光都存在，但一般情況下只表現(xiàn)為斯托克斯光。布里淵散射的頻移和帶寬與多種因素有關(guān)。布里淵頻移主要取決于光纖材料的特性，如聲學(xué)聲速和折射率，同時(shí)也受到溫度和應(yīng)變的影響。當(dāng)光纖受到溫度變化或軸向應(yīng)變時(shí)，其聲學(xué)聲速和折射率會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致布里淵頻移發(fā)生相應(yīng)的變化。這一特性使得布里淵散射在光纖傳感領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，可用于測(cè)量溫度和應(yīng)變等物理量。布里淵散射的帶寬則與光纖中的聲學(xué)聲子壽命有關(guān)，聲學(xué)聲子壽命越短，布里淵散射帶寬越寬。布里淵散射的帶寬通常在幾十兆赫茲到幾百兆赫茲之間，具體數(shù)值取決于光纖的材料和結(jié)構(gòu)。3.1.2光時(shí)域反射技術(shù)原理光時(shí)域反射技術(shù)（OpticalTime-DomainReflectometry，OTDR）是一種基于光脈沖在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生的反射和散射現(xiàn)象來獲取光纖信息的技術(shù)。其基本原理是利用光時(shí)域反射儀向光纖中發(fā)射一個(gè)光脈沖，該光脈沖在光纖中傳輸時(shí)，由于光纖材料的不均勻性以及光纖的連接點(diǎn)、彎曲、斷裂等因素，會(huì)產(chǎn)生背向散射光和反射光。光時(shí)域反射儀通過檢測(cè)這些背向散射光和反射光的強(qiáng)度、時(shí)間延遲等信息，來分析光纖的損耗、長(zhǎng)度、故障位置等參數(shù)。當(dāng)光脈沖在光纖中傳輸時(shí)，遇到光纖的不均勻區(qū)域，如雜質(zhì)、缺陷或不同折射率的界面時(shí)，部分光會(huì)向光源方向散射回來，形成背向散射光。背向散射光的強(qiáng)度與光纖的損耗密切相關(guān)，損耗越大，背向散射光的強(qiáng)度就越弱。通過測(cè)量背向散射光的強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，可以得到光纖沿線的損耗分布情況。光脈沖在光纖中傳輸?shù)乃俣仁且阎?，根?jù)背向散射光返回的時(shí)間延遲，可以計(jì)算出散射點(diǎn)與光源之間的距離。設(shè)光在光纖中的傳播速度為v，光脈沖從發(fā)射到接收到背向散射光的時(shí)間延遲為t，則散射點(diǎn)與光源之間的距離L可由公式L=\frac{vt}{2}計(jì)算得出。這里除以2是因?yàn)楣饷}沖需要往返傳播。在光纖的連接點(diǎn)、斷裂處等位置，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的反射光。通過檢測(cè)反射光的強(qiáng)度和時(shí)間延遲，可以確定光纖的連接點(diǎn)位置、接頭損耗以及是否存在斷裂等故障。對(duì)于連接點(diǎn)，反射光的強(qiáng)度與連接點(diǎn)的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越好，反射光強(qiáng)度越弱；接頭損耗則可以通過比較連接點(diǎn)前后的背向散射光強(qiáng)度來計(jì)算。如果檢測(cè)到反射光強(qiáng)度突然增大，且時(shí)間延遲對(duì)應(yīng)某個(gè)特定位置，則可能表示該位置存在光纖斷裂。光時(shí)域反射技術(shù)具有多種測(cè)量功能。它可以測(cè)量光纖的衰減特性，通過分析背向散射光強(qiáng)度隨距離的變化曲線，計(jì)算出光纖單位長(zhǎng)度的衰減系數(shù)，從而評(píng)估光纖的傳輸性能。還能測(cè)量光纖的長(zhǎng)度，利用光脈沖往返時(shí)間與傳播速度的關(guān)系，精確計(jì)算出光纖的實(shí)際長(zhǎng)度。光時(shí)域反射技術(shù)在光纖故障定位方面也發(fā)揮著重要作用，能夠快速準(zhǔn)確地確定光纖中出現(xiàn)故障的位置，為光纖網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和修復(fù)提供關(guān)鍵信息。光時(shí)域反射技術(shù)在光纖通信、光纖傳感等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在光纖通信系統(tǒng)中，用于檢測(cè)光纖鏈路的質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決光纖故障，確保通信的穩(wěn)定可靠。在光纖傳感系統(tǒng)中，作為一種輔助技術(shù)，與其他傳感原理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖沿線物理量的分布式測(cè)量。在分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中，利用光時(shí)域反射技術(shù)確定溫度測(cè)量點(diǎn)的位置，結(jié)合拉曼散射或布里淵散射等溫度敏感效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖沿線溫度的分布式測(cè)量。3.1.3布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)測(cè)量原理布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)是基于布里淵散射原理和光時(shí)域反射技術(shù)發(fā)展而來的一種分布式光纖傳感技術(shù)，主要用于測(cè)量光纖沿線的溫度和應(yīng)變分布。其測(cè)量原理的核心在于通過檢測(cè)布里淵散射光的頻移和強(qiáng)度變化，來反演光纖所受到的溫度和應(yīng)變。如前文所述，布里淵散射光的頻移與光纖的溫度和應(yīng)變存在緊密的關(guān)聯(lián)。當(dāng)光纖的溫度發(fā)生變化時(shí)，光纖材料的熱膨脹和熱光效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致其折射率和聲速發(fā)生改變，進(jìn)而引起布里淵頻移的變化。實(shí)驗(yàn)研究表明，在一定溫度范圍內(nèi)，布里淵頻移與溫度之間呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，可表示為：\Deltav_B^T=\alpha_T\DeltaT，其中\(zhòng)Deltav_B^T為溫度變化引起的布里淵頻移變化量，\alpha_T為溫度系數(shù)，\DeltaT為溫度變化量。不同類型的光纖，其溫度系數(shù)\alpha_T會(huì)有所差異，一般在1.0-1.3MHz/℃之間。當(dāng)光纖受到軸向應(yīng)變時(shí)，光纖的幾何形狀和內(nèi)部應(yīng)力分布會(huì)發(fā)生改變，同樣會(huì)導(dǎo)致折射率和聲速的變化，從而引起布里淵頻移的變化。在彈性范圍內(nèi)，布里淵頻移與應(yīng)變之間也近似呈線性關(guān)系，可表示為：\Deltav_B^{\varepsilon}=\alpha_{\varepsilon}\Delta\varepsilon，其中\(zhòng)Deltav_B^{\varepsilon}為應(yīng)變變化引起的布里淵頻移變化量，\alpha_{\varepsilon}為應(yīng)變系數(shù)，\Delta\varepsilon為應(yīng)變變化量。應(yīng)變系數(shù)\alpha_{\varepsilon}通常在0.5-0.8MHz/με之間。在實(shí)際測(cè)量中，布里淵光時(shí)域感測(cè)系統(tǒng)通過向傳感光纖中發(fā)射光脈沖，利用光時(shí)域反射技術(shù)對(duì)光纖中不同位置的布里淵散射光進(jìn)行檢測(cè)。系統(tǒng)記錄下每個(gè)位置處布里淵散射光的頻移和強(qiáng)度信息，然后根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的布里淵頻移與溫度、應(yīng)變的關(guān)系，對(duì)測(cè)量得到的頻移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而計(jì)算出光纖沿線各點(diǎn)的溫度和應(yīng)變值。以布里淵光時(shí)域反射儀（BrillouinOpticalTime-DomainReflectometer，BOTDR）為例，它從光纖的一端發(fā)射光脈沖，光脈沖在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生自發(fā)布里淵散射光。BOTDR通過檢測(cè)背向的自發(fā)布里淵散射光的頻移和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖沿線溫度和應(yīng)變的分布式測(cè)量。在測(cè)量過程中，由于光脈沖在光纖中傳輸會(huì)產(chǎn)生衰減，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性，需要對(duì)光脈沖進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠛吞幚?。同時(shí)，為了提高測(cè)量精度，通常會(huì)采用多次測(cè)量取平均值的方法，減少測(cè)量噪聲的影響。布里淵光時(shí)域分析技術(shù)（BrillouinOpticalTime-DomainAnalysis，BOTDA）則是從傳感光纖的兩端分別注入脈沖光信號(hào)和連續(xù)光信號(hào)。當(dāng)這兩束光的頻率差等于布里淵頻移時(shí)，會(huì)在光纖中產(chǎn)生受激布里淵散射效應(yīng)。通過檢測(cè)受激布里淵散射光的強(qiáng)度變化，來確定光纖沿線的溫度和應(yīng)變分布。BOTDA技術(shù)相比BOTDR技術(shù)，具有更高的測(cè)量精度和空間分辨率，但其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本也較高。除了頻移測(cè)量，布里淵散射光的強(qiáng)度也包含著一定的信息。在一定程度上，布里淵散射光的強(qiáng)度與光纖的溫度和應(yīng)變也存在一定的關(guān)系。雖然強(qiáng)度變化對(duì)溫度和應(yīng)變的敏感性相對(duì)較低，但在一些情況下，也可以作為輔助信息，與頻移測(cè)量結(jié)果相結(jié)合，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。在某些復(fù)雜的測(cè)量環(huán)境中，單獨(dú)依靠頻移測(cè)量可能會(huì)受到一些干擾因素的影響，此時(shí)結(jié)合強(qiáng)度信息進(jìn)行綜合分析，可以更準(zhǔn)確地判斷光纖的溫度和應(yīng)變狀態(tài)。3.2布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的特性3.2.1分布式測(cè)量特性布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的分布式測(cè)量特性是其區(qū)別于傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)之一。該技術(shù)能夠沿光纖連續(xù)測(cè)量溫度和應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的全面、連續(xù)感知。在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中，傳統(tǒng)的點(diǎn)式監(jiān)測(cè)方法，如電阻應(yīng)變片、水準(zhǔn)儀等，只能在有限的離散點(diǎn)上獲取數(shù)據(jù)，難以反映結(jié)構(gòu)整體的應(yīng)力應(yīng)變和溫度分布情況。而布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)通過將傳感光纖鋪設(shè)在水電工程結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部，可對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，獲取結(jié)構(gòu)在不同部位、不同時(shí)刻的詳細(xì)信息。在混凝土壩的監(jiān)測(cè)中，將傳感光纖沿壩體軸線方向和垂直方向鋪設(shè)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)壩體在不同水位、溫度等工況下的應(yīng)力應(yīng)變分布，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體內(nèi)部可能出現(xiàn)的裂縫、不均勻沉降等問題。即使是微小的局部應(yīng)力集中或變形，也能通過分布式測(cè)量特性被準(zhǔn)確捕捉到，為壩體的安全評(píng)估提供全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在水電站廠房的監(jiān)測(cè)中，可將光纖布置在廠房的梁柱等關(guān)鍵部位，對(duì)廠房結(jié)構(gòu)在機(jī)組運(yùn)行、地震等荷載作用下的應(yīng)變和溫度變化進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，全面掌握廠房結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，有效預(yù)防結(jié)構(gòu)破壞的發(fā)生。這種分布式測(cè)量特性使得布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)能夠克服傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)的局限性，提供更豐富、更準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)信息，為水電工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)和安全評(píng)估提供了有力的技術(shù)手段。它不僅能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的異常變化，還能為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和維護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)，有助于提高水電工程的安全性和可靠性。3.2.2高精度測(cè)量特性布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)具有出色的高精度測(cè)量特性，能夠精確測(cè)量微小的溫度和應(yīng)變變化，滿足水電工程結(jié)構(gòu)對(duì)監(jiān)測(cè)精度的嚴(yán)格要求。在溫度測(cè)量方面，其溫度分辨率可達(dá)到0.1-1℃，能夠敏銳地感知到結(jié)構(gòu)溫度的細(xì)微變化。在一些大型水電站的水輪機(jī)蝸殼監(jiān)測(cè)中，由于水流的作用，蝸殼溫度會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，通過布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)，可精確測(cè)量蝸殼表面溫度的分布和變化情況，為水輪機(jī)的安全運(yùn)行提供重要的溫度數(shù)據(jù)。在應(yīng)變測(cè)量方面，該技術(shù)的應(yīng)變分辨率可達(dá)1-10με，能夠準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下產(chǎn)生的微小應(yīng)變。在高壩的壩踵、壩趾等應(yīng)力集中部位，結(jié)構(gòu)應(yīng)變變化較為復(fù)雜且對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響重大。利用布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些部位的應(yīng)變情況，一旦應(yīng)變超過設(shè)定的閾值，能夠及時(shí)發(fā)出預(yù)警，為壩體的安全維護(hù)提供依據(jù)。高精度的測(cè)量特性使得布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確捕捉到水電工程結(jié)構(gòu)在各種工況下的細(xì)微變化，為結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法相比，它能夠提供更精確的測(cè)量結(jié)果，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的潛在安全隱患，保障水電工程的穩(wěn)定運(yùn)行。3.2.3長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)特性布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)具備長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)能力，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十公里的光纖監(jiān)測(cè)，這使其非常適用于大型水電工程的大范圍結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。大型水電工程通常具有規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，其大壩長(zhǎng)度可能達(dá)到數(shù)公里，輸水隧洞長(zhǎng)度更是可達(dá)幾十公里。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法在面對(duì)如此長(zhǎng)距離的監(jiān)測(cè)需求時(shí)，往往需要布置大量的監(jiān)測(cè)設(shè)備，成本高昂且監(jiān)測(cè)難度大。而布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)只需沿監(jiān)測(cè)對(duì)象鋪設(shè)一條傳感光纖，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離結(jié)構(gòu)的連續(xù)監(jiān)測(cè)。在大型輸水隧洞的監(jiān)測(cè)中，將布里淵光時(shí)域感測(cè)系統(tǒng)的光纖沿隧洞全長(zhǎng)鋪設(shè)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)隧洞沿線的應(yīng)變和溫度變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)因地質(zhì)條件變化、水流沖刷等因素導(dǎo)致的隧洞結(jié)構(gòu)異常。在長(zhǎng)距離引水式水電站的引水管道監(jiān)測(cè)中，利用該技術(shù)可對(duì)整個(gè)引水管道進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，確保引水過程的安全可靠。長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)特性不僅減少了監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)量和安裝維護(hù)成本，還提高了監(jiān)測(cè)的全面性和可靠性。通過對(duì)長(zhǎng)距離結(jié)構(gòu)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在不同部位的異常情況，為水電工程的安全運(yùn)行提供有力保障。3.2.4抗干擾能力強(qiáng)布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)不受電磁干擾的影響，這使其在水電工程復(fù)雜的電磁環(huán)境中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。水電工程中通常存在大量的電氣設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等，這些設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾，對(duì)傳統(tǒng)的電類傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。例如，電阻應(yīng)變片等傳統(tǒng)傳感器在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，其測(cè)量信號(hào)會(huì)受到嚴(yán)重的噪聲干擾，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大誤差，甚至無法正常工作。而布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)基于光纖傳感原理，光信號(hào)在光纖中傳輸，不會(huì)受到電磁干擾的影響。在水電站廠房?jī)?nèi)，盡管存在各種電氣設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)電磁干擾，布里淵光時(shí)域感測(cè)系統(tǒng)仍能穩(wěn)定地獲取結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度數(shù)據(jù)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。這種抗干擾能力強(qiáng)的特性使得布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作，為水電工程結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)提供了穩(wěn)定可靠的技術(shù)保障，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠持續(xù)、準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)，為工程的安全運(yùn)行提供有力支持。四、布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用4.1應(yīng)用案例分析4.1.1案例一：某大型水電站大壩監(jiān)測(cè)某大型水電站大壩為混凝土重力壩，壩高185米，壩頂長(zhǎng)度2309米，是該地區(qū)重要的水利樞紐工程。由于大壩規(guī)模巨大，長(zhǎng)期承受復(fù)雜的荷載作用，其安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，引入了布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)。在傳感光纖鋪設(shè)方案上，考慮到大壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，采用了以下方式：在壩體內(nèi)部，沿壩體的上下游方向和垂直方向，在不同高程的混凝土澆筑層中預(yù)埋了多根傳感光纖。這些光纖被精心布置在壩體的關(guān)鍵受力部位，如壩踵、壩趾、壩體中部等，以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)壩體在不同工況下的應(yīng)力應(yīng)變分布。在壩體表面，沿著壩頂、上下游壩面等位置，采用特殊的粘貼工藝，將光纖固定在混凝土表面，用于監(jiān)測(cè)壩體表面的應(yīng)變和溫度變化。為了確保光纖的可靠性和耐久性，在光纖鋪設(shè)過程中，采取了嚴(yán)格的保護(hù)措施，如使用專門的保護(hù)套管對(duì)光纖進(jìn)行包裹，避免光纖在施工過程中受到損傷。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了先進(jìn)的布里淵光時(shí)域反射儀（BOTDR），該儀器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光纖沿線溫度和應(yīng)變的高精度測(cè)量。系統(tǒng)運(yùn)行后，實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析，取得了以下重要成果：應(yīng)力應(yīng)變分析：通過對(duì)不同位置光纖測(cè)量得到的布里淵頻移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出壩體各部位的應(yīng)變值。在水庫蓄水過程中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示壩踵部位的拉應(yīng)變逐漸增大，當(dāng)水位達(dá)到正常蓄水位時(shí)，壩踵部位的最大拉應(yīng)變達(dá)到了設(shè)計(jì)允許值的80%。通過對(duì)不同工況下壩體應(yīng)力應(yīng)變分布的分析，為大壩的安全評(píng)估提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了壩體潛在的應(yīng)力集中區(qū)域，為采取相應(yīng)的加固措施提供了依據(jù)。溫度場(chǎng)分析：利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量得到的光纖溫度數(shù)據(jù)，繪制出壩體在不同季節(jié)、不同時(shí)間段的溫度場(chǎng)分布云圖。分析發(fā)現(xiàn)，壩體內(nèi)部溫度受外界氣溫變化影響較小，但在混凝土澆筑初期，由于水泥水化熱的作用，壩體內(nèi)部溫度明顯升高，最高溫度達(dá)到了40℃。通過對(duì)溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)和分析，為大壩混凝土的溫控措施提供了科學(xué)依據(jù)，有效避免了因溫度變化導(dǎo)致的壩體裂縫產(chǎn)生。安全狀態(tài)評(píng)估：綜合應(yīng)力應(yīng)變和溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立了大壩的安全評(píng)估模型。通過對(duì)模型的計(jì)算和分析，實(shí)時(shí)評(píng)估大壩的安全狀態(tài)。在一次強(qiáng)降雨過程中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)捕捉到壩體某些部位的應(yīng)變和滲流量出現(xiàn)異常變化，通過安全評(píng)估模型的分析，判斷大壩可能存在局部滲漏和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)部門根據(jù)評(píng)估結(jié)果，迅速采取了應(yīng)急措施，對(duì)壩體進(jìn)行了詳細(xì)檢查和加固處理，有效保障了大壩的安全運(yùn)行。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果顯著，與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法相比，布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)能夠提供更全面、更準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大壩的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了大壩在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種問題，為大壩的安全維護(hù)和管理提供了有力的技術(shù)支持，保障了水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4.1.2案例二：某抽水蓄能電站輸水隧洞監(jiān)測(cè)某抽水蓄能電站輸水隧洞全長(zhǎng)15公里，采用有壓隧洞形式，承擔(dān)著將上水庫的水輸送至下水庫的重要任務(wù)。由于輸水隧洞埋深大、地質(zhì)條件復(fù)雜，在運(yùn)行過程中容易受到圍巖變形、滲流等因素的影響，對(duì)其安全監(jiān)測(cè)提出了極高的要求。為了確保輸水隧洞的安全運(yùn)行，采用了布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在光纖安裝方式上，根據(jù)輸水隧洞的特點(diǎn)，采用了以下方法：在隧洞襯砌施工過程中，將傳感光纖沿隧洞軸線方向和環(huán)向布置在襯砌混凝土內(nèi)部。在軸線方向，每隔一定距離（如5米）布置一根光纖，以監(jiān)測(cè)隧洞軸向的應(yīng)變和溫度變化；在環(huán)向，在襯砌混凝土的不同高度位置布置光纖，用于監(jiān)測(cè)隧洞環(huán)向的受力情況。為了保證光纖與襯砌混凝土的良好粘結(jié)，在光纖表面涂抹了專用的粘結(jié)劑，并在混凝土澆筑過程中，加強(qiáng)振搗，確保混凝土包裹光纖均勻密實(shí)。在隧洞的進(jìn)出口以及一些地質(zhì)條件復(fù)雜的地段，加密了光纖的布置，以提高監(jiān)測(cè)的精度和可靠性。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了布里淵光時(shí)域分析技術(shù)（BOTDA），該技術(shù)具有更高的測(cè)量精度和空間分辨率，能夠滿足輸水隧洞對(duì)監(jiān)測(cè)精度的嚴(yán)格要求。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，得到了以下監(jiān)測(cè)成果：應(yīng)變監(jiān)測(cè)：在抽水蓄能電站的運(yùn)行過程中，通過對(duì)光纖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，實(shí)時(shí)掌握了輸水隧洞襯砌的應(yīng)變變化情況。在電站抽水工況下，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示隧洞襯砌內(nèi)壁出現(xiàn)了一定的拉應(yīng)變，最大值達(dá)到了50με，且在靠近上水庫的隧洞段應(yīng)變值相對(duì)較大。這表明在抽水過程中，隧洞襯砌受到了較大的內(nèi)水壓力作用，需要密切關(guān)注其受力狀態(tài)。在發(fā)電工況下，隧洞襯砌的應(yīng)變分布發(fā)生了變化，外壁的壓應(yīng)變有所增加，通過對(duì)不同工況下應(yīng)變數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，為輸水隧洞的結(jié)構(gòu)安全評(píng)估提供了重要依據(jù)。溫度監(jiān)測(cè)：利用布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)，對(duì)輸水隧洞內(nèi)部的溫度進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，隧洞內(nèi)部溫度受水流溫度和外界氣溫的影響較大。在夏季高溫時(shí)段，當(dāng)水流溫度較高時(shí)，隧洞襯砌溫度也隨之升高，最高溫度達(dá)到了35℃。通過對(duì)溫度變化的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了因溫度變化可能導(dǎo)致的襯砌材料性能下降等問題，為采取相應(yīng)的溫控措施提供了參考。滲流監(jiān)測(cè)：通過監(jiān)測(cè)光纖的應(yīng)變變化，間接判斷輸水隧洞的滲流情況。當(dāng)隧洞出現(xiàn)滲流時(shí)，滲流區(qū)域的襯砌會(huì)因受到水壓力的作用而產(chǎn)生額外的應(yīng)變。在一次監(jiān)測(cè)中，發(fā)現(xiàn)某段隧洞的光纖應(yīng)變出現(xiàn)了異常變化，經(jīng)過進(jìn)一步的檢查和分析，確定該段隧洞存在滲流問題。通過對(duì)滲流區(qū)域的準(zhǔn)確定位，為及時(shí)采取封堵措施提供了依據(jù)，有效避免了滲流對(duì)隧洞結(jié)構(gòu)安全的影響。這些監(jiān)測(cè)成果對(duì)工程安全運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸水隧洞的應(yīng)變、溫度和滲流情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了隧洞在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種安全隱患，為工程的安全維護(hù)和管理提供了科學(xué)依據(jù)。在發(fā)現(xiàn)滲流問題后，及時(shí)采取了封堵措施，避免了滲流進(jìn)一步發(fā)展對(duì)隧洞結(jié)構(gòu)造成破壞，保障了輸水隧洞的安全穩(wěn)定運(yùn)行，確保了抽水蓄能電站的正常發(fā)電和抽水作業(yè)。4.2監(jiān)測(cè)參數(shù)與指標(biāo)4.2.1溫度監(jiān)測(cè)溫度對(duì)水電工程結(jié)構(gòu)材料性能和內(nèi)部應(yīng)力分布有著顯著的影響，因而對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)意義重大。在水電工程結(jié)構(gòu)中，混凝土是最常用的建筑材料之一，而溫度變化對(duì)混凝土的性能影響較為復(fù)雜。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的溫度升高時(shí)，混凝土材料會(huì)發(fā)生熱膨脹，內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。若溫度變化幅度較大且不均勻，這種膨脹應(yīng)力可能導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，進(jìn)而降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。在大體積混凝土澆筑過程中，水泥水化反應(yīng)會(huì)釋放大量的熱量，使混凝土內(nèi)部溫度急劇升高，最高溫度可達(dá)40-50℃。如果不采取有效的溫控措施，混凝土內(nèi)部與表面之間會(huì)形成較大的溫度梯度，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。這些裂縫不僅會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的外觀，還會(huì)降低其承載能力和抗?jié)B性能，縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命。在混凝土壩的運(yùn)行過程中，壩體溫度受到外界氣溫、水溫、太陽輻射等多種因素的影響。冬季氣溫較低時(shí)，壩體表面溫度下降，而內(nèi)部溫度相對(duì)較高，壩體表面會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力；夏季氣溫升高，壩體表面溫度升高，內(nèi)部溫度相對(duì)較低，壩體表面會(huì)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。這種周期性的溫度變化會(huì)使壩體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)不斷改變，長(zhǎng)期作用下可能導(dǎo)致壩體結(jié)構(gòu)的疲勞損傷，降低壩體的安全性。溫度變化還會(huì)影響混凝土中鋼筋的力學(xué)性能。溫度升高會(huì)使鋼筋的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度降低，同時(shí)鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力也會(huì)下降。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，鋼筋的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生顯著變化，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載能力。在高溫環(huán)境下，鋼筋的彈性模量會(huì)降低，導(dǎo)致鋼筋在受力時(shí)的變形增大，從而影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形性能。通過對(duì)水電工程結(jié)構(gòu)溫度的監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)掌握結(jié)構(gòu)的溫度分布和變化情況，為采取有效的溫控措施提供依據(jù)。在混凝土澆筑過程中，根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可采取通水冷卻、表面保溫等措施，控制混凝土內(nèi)部溫度和溫度梯度，減少溫度應(yīng)力的產(chǎn)生，防止混凝土裂縫的出現(xiàn)。在壩體運(yùn)行過程中，根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果，可合理調(diào)整水庫水位，避免因溫度變化和水位變化共同作用導(dǎo)致壩體應(yīng)力過大。溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)還能為水電工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析和安全評(píng)估提供重要的邊界條件，提高結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)確性和可靠性。4.2.2應(yīng)變監(jiān)測(cè)應(yīng)變能夠直觀地反映水電工程結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，對(duì)評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。在水電工程結(jié)構(gòu)中，不同部位在各種荷載作用下會(huì)產(chǎn)生不同程度的應(yīng)變。以大壩為例，壩踵部位在水壓力和壩體自重等荷載作用下，通常會(huì)承受較大的拉應(yīng)變；壩趾部位則主要承受壓應(yīng)變。當(dāng)壩踵部位的拉應(yīng)變超過混凝土的極限拉應(yīng)變時(shí)，壩體就可能出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而影響大壩的防滲性能和結(jié)構(gòu)安全。在水電站廠房的梁柱結(jié)構(gòu)中，機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)荷載、設(shè)備自重以及風(fēng)荷載等會(huì)使梁柱產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)變狀態(tài)。通過對(duì)應(yīng)變的監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)了解梁柱的受力情況，判斷結(jié)構(gòu)是否處于安全狀態(tài)。如果監(jiān)測(cè)到梁柱的應(yīng)變過大，可能意味著結(jié)構(gòu)存在過載風(fēng)險(xiǎn)，需要及時(shí)采取措施進(jìn)行加固或調(diào)整運(yùn)行工況。應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)還可以用于評(píng)估結(jié)構(gòu)的變形趨勢(shì)。隨著時(shí)間的推移，結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期荷載作用下可能會(huì)發(fā)生累積變形，通過對(duì)應(yīng)變數(shù)據(jù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)和分析，可以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的變形發(fā)展趨勢(shì)，提前發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。在大壩的運(yùn)行過程中，如果壩體某些部位的應(yīng)變持續(xù)增大，且超出了正常范圍，這可能預(yù)示著壩體結(jié)構(gòu)正在發(fā)生不利的變化，如地基沉降、壩體材料劣化等，需要及時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的檢查和評(píng)估，并采取相應(yīng)的處理措施。在水電工程結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估中，應(yīng)變是一個(gè)重要的參數(shù)。通過建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，結(jié)合監(jiān)測(cè)得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)，可以反演結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，進(jìn)而評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性。將應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，能夠判斷結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求，為結(jié)構(gòu)的維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。4.2.3其他相關(guān)參數(shù)監(jiān)測(cè)裂縫開展和位移變化等參數(shù)與溫度、應(yīng)變密切相關(guān)，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)具有重要意義。在水電工程結(jié)構(gòu)中，溫度和應(yīng)變的變化往往是導(dǎo)致裂縫開展的主要原因。當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化不均勻或承受過大的應(yīng)力應(yīng)變時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)就可能出現(xiàn)裂縫。在大體積混凝土壩中，由于水泥水化熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力以及壩體在水壓力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變，壩體表面和內(nèi)部容易出現(xiàn)裂縫。裂縫的開展不僅會(huì)降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性，還可能導(dǎo)致滲漏等問題，嚴(yán)重影響工程的安全運(yùn)行。通過對(duì)裂縫開展的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)了解裂縫的寬度、長(zhǎng)度和深度等信息，評(píng)估裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的危害程度。在監(jiān)測(cè)過程中，若發(fā)現(xiàn)裂縫寬度或長(zhǎng)度有明顯增大的趨勢(shì)，應(yīng)及時(shí)分析原因，采取相應(yīng)的處理措施，如灌漿封堵、表面修補(bǔ)等，以防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展。位移變化也是反映水電工程結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的重要參數(shù)之一。大壩在水壓力、自重、地基變形等因素的作用下，會(huì)產(chǎn)生垂直位移（沉降）和水平位移。如果壩體的位移超出了允許范圍，可能意味著大壩的穩(wěn)定性受到威脅，如壩體滑坡、壩基失穩(wěn)等。在水電站廠房中，結(jié)構(gòu)的位移變化會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，如機(jī)組的振動(dòng)加劇、軸線偏移等。位移監(jiān)測(cè)與溫度、應(yīng)變監(jiān)測(cè)相互關(guān)聯(lián)。溫度變化引起的結(jié)構(gòu)熱脹冷縮會(huì)導(dǎo)致位移的產(chǎn)生；結(jié)構(gòu)在受力過程中產(chǎn)生的應(yīng)變也會(huì)伴隨著位移的變化。在分析結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)時(shí)，需要綜合考慮這些參數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行全面的評(píng)估。通過建立位移與溫度、應(yīng)變之間的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的變形趨勢(shì)，為工程的安全運(yùn)行提供更可靠的保障。4.3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)施4.3.1傳感光纖的選擇與鋪設(shè)根據(jù)水電工程的具體需求，需謹(jǐn)慎選擇合適的傳感光纖。在材料方面，石英光纖憑借其出色的化學(xué)穩(wěn)定性、低損耗以及良好的機(jī)械性能，成為水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的常用選擇。對(duì)于一些對(duì)溫度和應(yīng)變測(cè)量精度要求極高的關(guān)鍵部位，如大壩的壩踵、壩趾等應(yīng)力集中區(qū)域，可選用特殊摻雜的石英光纖，以進(jìn)一步提高其對(duì)溫度和應(yīng)變的靈敏度。在結(jié)構(gòu)類型上，單模光纖由于其能夠?qū)崿F(xiàn)光信號(hào)的單一模式傳輸，有效減少了信號(hào)的干擾和衰減，適用于長(zhǎng)距離的水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，如大型輸水隧洞的監(jiān)測(cè)。多模光纖則具有較大的芯徑，能夠傳輸多個(gè)模式的光信號(hào)，雖然其信號(hào)傳輸距離相對(duì)較短，但在一些對(duì)空間分辨率要求較高的監(jiān)測(cè)場(chǎng)景中，如水電站廠房?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，多模光纖能夠提供更詳細(xì)的局部信息。在大壩監(jiān)測(cè)中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變和溫度的全面監(jiān)測(cè)，需在壩體內(nèi)部合理鋪設(shè)傳感光纖。在混凝土澆筑過程中，采用預(yù)埋的方式將光纖布置在不同高程的混凝土澆筑層中，確保光纖與混凝土緊密結(jié)合，準(zhǔn)確感知壩體內(nèi)部的物理量變化。在壩體表面，可使用專用的粘貼劑將光纖固定在混凝土表面，沿著壩頂、上下游壩面等關(guān)鍵部位進(jìn)行鋪設(shè)，以監(jiān)測(cè)壩體表面的應(yīng)力應(yīng)變和溫度分布。在引水隧洞監(jiān)測(cè)中，將光纖沿隧洞軸線方向和環(huán)向布置在襯砌混凝土內(nèi)部。軸線方向的光纖用于監(jiān)測(cè)隧洞軸向的應(yīng)變和溫度變化，環(huán)向光纖則用于監(jiān)測(cè)隧洞環(huán)向的受力情況。在隧洞的進(jìn)出口以及地質(zhì)條件復(fù)雜的地段，加密光纖的布置，以提高監(jiān)測(cè)的精度和可靠性。在光纖鋪設(shè)過程中，需采取一系列有效的保護(hù)措施。對(duì)于預(yù)埋在混凝土內(nèi)部的光纖，使用保護(hù)套管對(duì)其進(jìn)行包裹，防止在混凝土澆筑和振搗過程中光纖受到損傷。在光纖的轉(zhuǎn)彎處，確保轉(zhuǎn)彎半徑足夠大，避免光纖因過度彎曲而導(dǎo)致信號(hào)衰減或斷裂。對(duì)于暴露在外部的光纖，采用防護(hù)涂層進(jìn)行保護(hù)，增強(qiáng)其抗磨損和耐腐蝕性能。在光纖的連接部位，使用高質(zhì)量的光纖連接器進(jìn)行連接，并進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試和校準(zhǔn)，確保連接的可靠性和信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。4.3.2監(jiān)測(cè)設(shè)備的選型與配置布里淵光時(shí)域反射儀（BOTDR）和布里淵光時(shí)域分析儀（BOTDA）是布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)中常用的監(jiān)測(cè)設(shè)備，它們?cè)诠ぷ髟怼⑿阅芴攸c(diǎn)和適用場(chǎng)景等方面存在一定的差異。BOTDR采用自發(fā)布里淵散射光探測(cè)及光時(shí)域反射技術(shù)，從光纖的一端發(fā)射光脈沖，通過檢測(cè)背向的自發(fā)布里淵散射光的頻移和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖沿線溫度和應(yīng)變的分布式測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，測(cè)量距離長(zhǎng)，可達(dá)到數(shù)十公里，適用于大型水電工程的大范圍結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。在大型水電站大壩的監(jiān)測(cè)中，使用BOTDR能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)壩體的長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體不同部位的異常情況。BOTDA則從傳感光纖的兩端分別注入脈沖光信號(hào)和連續(xù)光信號(hào)，當(dāng)兩束光的頻率差等于布里淵頻移時(shí)，會(huì)在光纖中產(chǎn)生受激布里淵散射效應(yīng)，通過檢測(cè)受激布里淵散射光的強(qiáng)度變化，來確定光纖沿線的溫度和應(yīng)變分布。BOTDA具有更高的測(cè)量精度和空間分辨率，能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量微小的溫度和應(yīng)變變化，適用于對(duì)監(jiān)測(cè)精度要求較高的水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，如抽水蓄能電站輸水隧洞的監(jiān)測(cè)。在輸水隧洞監(jiān)測(cè)中，BOTDA能夠精確測(cè)量隧洞襯砌在不同工況下的應(yīng)變和溫度變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧洞結(jié)構(gòu)的潛在安全隱患。在選型時(shí)，需綜合考慮測(cè)量精度、測(cè)量距離、空間分辨率等關(guān)鍵性能指標(biāo)。對(duì)于測(cè)量精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如監(jiān)測(cè)大壩關(guān)鍵部位的應(yīng)力應(yīng)變變化，應(yīng)優(yōu)先選擇BOTDA設(shè)備；對(duì)于測(cè)量距離較長(zhǎng)、對(duì)空間分辨率要求相對(duì)較低的場(chǎng)景，如長(zhǎng)距離引水管道的監(jiān)測(cè)，BOTDR設(shè)備則更為合適。還需考慮設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力等因素。在水電工程復(fù)雜的電磁環(huán)境中，設(shè)備應(yīng)具備良好的抗干擾能力，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在配置監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)，需根據(jù)水電工程的規(guī)模和監(jiān)測(cè)需求確定設(shè)備的數(shù)量和布局。對(duì)于大型水電工程，可能需要多個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程結(jié)構(gòu)的全面監(jiān)測(cè)。在大壩監(jiān)測(cè)中，可在大壩的不同位置設(shè)置多個(gè)BOTDR或BOTDA設(shè)備，對(duì)壩體的不同區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后通過數(shù)據(jù)融合和分析，獲取壩體的整體狀態(tài)信息。還需配備相應(yīng)的輔助設(shè)備，如光纖放大器、光開關(guān)等，以增強(qiáng)信號(hào)傳輸和處理能力，提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能。4.3.3數(shù)據(jù)采集與傳輸數(shù)據(jù)采集頻率和方式需根據(jù)水電工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和監(jiān)測(cè)要求進(jìn)行合理確定。對(duì)于大壩等相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在正常運(yùn)行工況下，可采用較低的采集頻率，如每小時(shí)采集一次數(shù)據(jù)，以減少數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)處理的工作量。在水庫水位快速變化、遭遇強(qiáng)降雨、地震等特殊工況下，應(yīng)提高采集頻率，如每分鐘采集一次數(shù)據(jù)，以便及時(shí)捕捉結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。對(duì)于輸水隧洞等對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的結(jié)構(gòu)，可采用連續(xù)采集的方式，實(shí)時(shí)獲取隧洞的應(yīng)變和溫度數(shù)據(jù)，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧洞結(jié)構(gòu)的異常變化。在水電工程中，有線傳輸和無線傳輸是兩種主要的數(shù)據(jù)傳輸方式。有線傳輸方式主要包括光纖傳輸和電纜傳輸。光纖傳輸具有傳輸速率高、帶寬大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足水電工程大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高速、穩(wěn)定傳輸需求。在大型水電站中，通常采用光纖傳輸方式將各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性。電纜傳輸則成本相對(duì)較低，但其傳輸距離和抗干擾能力有限，適用于距離較短、電磁環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單的監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。無線傳輸方式主要包括Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee、4G/5G等。Wi-Fi傳輸速度快，覆蓋范圍廣，適用于水電站廠房?jī)?nèi)部等距離較近、數(shù)據(jù)傳輸量較大的監(jiān)測(cè)區(qū)域。藍(lán)牙技術(shù)則功耗低、成本低，適用于一些對(duì)功耗要求較高的小型監(jiān)測(cè)設(shè)備，如便攜式傳感器的數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee技術(shù)具有低功耗、自組網(wǎng)、可靠性高等特點(diǎn)，適用于大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水電工程結(jié)構(gòu)的分布式監(jiān)測(cè)。4G/5G技術(shù)具有高速率、低延遲、大連接等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸，適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的水電工程或?qū)?shí)時(shí)性要求極高的監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。不同傳輸方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。對(duì)于距離較遠(yuǎn)、電磁環(huán)境復(fù)雜的監(jiān)測(cè)區(qū)域，優(yōu)先考慮光纖傳輸；對(duì)于距離較近、數(shù)據(jù)量較小的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可選擇無線傳輸方式，以降低布線成本和施工難度。還可采用有線和無線相結(jié)合的混合傳輸方式，充分發(fā)揮兩種傳輸方式的優(yōu)勢(shì)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院挽`活性。4.3.4數(shù)據(jù)處理與分析在獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，需進(jìn)行一系列的預(yù)處理操作，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。濾波是數(shù)據(jù)預(yù)處理的重要環(huán)節(jié)，通過采用低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等不同類型的濾波器，可去除數(shù)據(jù)中的高頻噪聲和低頻漂移，保留有效信號(hào)。在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，可能存在由于環(huán)境干擾或設(shè)備噪聲引起的高頻噪聲，通過低通濾波器可有效濾除這些高頻噪聲，使數(shù)據(jù)更加平滑。降噪技術(shù)也是提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵，可采用小波降噪、自適應(yīng)濾波等方法，進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)中的噪聲干擾。小波降噪利用小波變換的多分辨率分析特性，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解和重構(gòu)，去除噪聲成分；自適應(yīng)濾波則根據(jù)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，自動(dòng)調(diào)整濾波器的參數(shù)，以達(dá)到最佳的降噪效果。頻移計(jì)算是將監(jiān)測(cè)到的布里淵散射光的頻率變化轉(zhuǎn)換為溫度和應(yīng)變值的關(guān)鍵步驟。根據(jù)布里淵頻移與溫度、應(yīng)變的定量關(guān)系，結(jié)合事先標(biāo)定的參數(shù)，通過精確的計(jì)算可得到光纖沿線各點(diǎn)的溫度和應(yīng)變值。在計(jì)算過程中，需考慮各種因素對(duì)頻移的影響，如光纖的材料特性、環(huán)境溫度變化、應(yīng)力分布不均等，以提高計(jì)算的準(zhǔn)確性。為深入挖掘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的潛在信息，可利用統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)深度分析。統(tǒng)計(jì)分析方法可對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述，計(jì)算均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)量，了解數(shù)據(jù)的基本特征和分布情況。通過對(duì)大壩不同部位應(yīng)變數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可判斷應(yīng)變的變化趨勢(shì)和離散程度，評(píng)估壩體的受力穩(wěn)定性。還可進(jìn)行相關(guān)性分析，研究溫度、應(yīng)變等參數(shù)之間的相互關(guān)系，為結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估提供依據(jù)。在分析大壩溫度與應(yīng)變的相關(guān)性時(shí)，若發(fā)現(xiàn)溫度升高時(shí)應(yīng)變也隨之顯著增大，可能表明壩體存在溫度應(yīng)力導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中具有強(qiáng)大的應(yīng)用潛力?？衫弥С窒蛄繖C(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，建立結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)模型。支持向量機(jī)通過尋找一個(gè)最優(yōu)的分類超平面，將不同類別的數(shù)據(jù)分開，可用于判斷結(jié)構(gòu)是否處于正常狀態(tài)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則具有強(qiáng)大的非線性映射能力，能夠?qū)W習(xí)數(shù)據(jù)中的復(fù)雜模式和規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和故障診斷。在大壩安全監(jiān)測(cè)中，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，可預(yù)測(cè)大壩在未來一段時(shí)間內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變變化趨勢(shì)，提前發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。五、與其他監(jiān)測(cè)技術(shù)的對(duì)比分析5.1與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比5.1.1監(jiān)測(cè)精度對(duì)比在溫度測(cè)量精度方面，傳統(tǒng)的溫度計(jì)、熱電偶等監(jiān)測(cè)設(shè)備存在一定的局限性。普通水銀溫度計(jì)的精度通常在0.1-1℃之間，熱電偶的精度一般為±0.5-±2℃。在水電工程中，如大壩內(nèi)部的溫度監(jiān)測(cè)，由于壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度分布不均勻，傳統(tǒng)溫度計(jì)難以準(zhǔn)確測(cè)量局部微小區(qū)域的溫度變化。而布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的溫度分辨率可達(dá)0.1-1℃，能夠更精確地測(cè)量水電工程結(jié)構(gòu)中不同部位的溫度變化。在大體積混凝土澆筑過程中，通過布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部的溫度分布，及時(shí)發(fā)現(xiàn)因水泥水化熱導(dǎo)致的溫度異常升高，為混凝土的溫控措施提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在應(yīng)變測(cè)量精度上，傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片測(cè)量精度一般為±5-±10με。電阻應(yīng)變片在實(shí)際應(yīng)用中，容易受到溫度變化、濕度等環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致測(cè)量誤差增大。在潮濕的環(huán)境中，電阻應(yīng)變片的金屬絲可能會(huì)發(fā)生氧化，從而改變其電阻值，影響測(cè)量精度。而布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的應(yīng)變分辨率可達(dá)1-10με，且不受電磁干擾，能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量水電工程結(jié)構(gòu)在各種工況下的應(yīng)變變化。在大壩壩踵、壩趾等應(yīng)力集中部位，利用布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)變的微小變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)安全隱患。布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在溫度和應(yīng)變測(cè)量精度上具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)樗姽こ探Y(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的異常變化，保障工程的安全運(yùn)行。5.1.2監(jiān)測(cè)范圍對(duì)比傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法多為點(diǎn)式監(jiān)測(cè)，如電阻應(yīng)變片、水準(zhǔn)儀等，只能在有限的離散點(diǎn)上獲取數(shù)據(jù)。在大壩監(jiān)測(cè)中，通常只能在壩頂、壩踵、壩趾等少數(shù)關(guān)鍵部位布置電阻應(yīng)變片和水準(zhǔn)儀，測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，難以全面反映大壩整體的應(yīng)力應(yīng)變和變形情況。對(duì)于大壩內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布，傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)方法更是難以獲取。相比之下，布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)具有分布式測(cè)量特性，能夠沿光纖連續(xù)測(cè)量溫度和應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的全面、連續(xù)感知。在水電工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中，只需將傳感光纖鋪設(shè)在結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部，就可以對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，獲取結(jié)構(gòu)在不同部位、不同時(shí)刻的詳細(xì)信息。在大型輸水隧洞的監(jiān)測(cè)中，將傳感光纖沿隧洞全長(zhǎng)鋪設(shè)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)隧洞沿線的應(yīng)變和溫度變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)因地質(zhì)條件變化、水流沖刷等因素導(dǎo)致的隧洞結(jié)構(gòu)異常。在水電站廠房的監(jiān)測(cè)中，通過分布式光纖布置，可以全面監(jiān)測(cè)廠房梁柱等結(jié)構(gòu)在機(jī)組運(yùn)行、地震等荷載作用下的應(yīng)變和溫度變化，有效預(yù)防結(jié)構(gòu)破壞的發(fā)生。布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的分布式測(cè)量特性使其在監(jiān)測(cè)范圍上具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠克服傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)的局限性，為水電工程結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)提供更全面、更準(zhǔn)確的信息。5.1.3實(shí)時(shí)性對(duì)比傳統(tǒng)的人工定期監(jiān)測(cè)方式，如人工巡檢、水準(zhǔn)儀定期測(cè)量等，存在明顯的時(shí)效性不足。人工巡檢需要巡檢人員按照一定的時(shí)間間隔進(jìn)行檢查，對(duì)于大型水電工程，巡檢周期可能較長(zhǎng)，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的異常變化。水準(zhǔn)儀定期測(cè)量也需要人工操作儀器，測(cè)量間隔通常為幾天甚至幾周，無法實(shí)時(shí)反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。在水庫水位快速變化期間，傳統(tǒng)的定期監(jiān)測(cè)方式可能無法及時(shí)捕捉到壩體應(yīng)力應(yīng)變和變形的快速變化，從而延誤對(duì)潛在安全隱患的發(fā)現(xiàn)和處理。而布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，通過與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連，實(shí)時(shí)采集和處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的異常變化并發(fā)出預(yù)警。在水電工程運(yùn)行過程中，一旦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變或溫度異常，布里淵光時(shí)域感測(cè)系統(tǒng)能夠立即檢測(cè)到，并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，相關(guān)人員可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)采取措施，保障工程的安全運(yùn)行。在水電站機(jī)組啟動(dòng)、停止或負(fù)荷變化時(shí)，布里淵光時(shí)域感測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廠房結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度變化，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支持。布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)特性使其在時(shí)效性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠滿足水電工程對(duì)結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求，有效提高工程的安全性和可靠性。5.1.4成本對(duì)比在設(shè)備購置成本方面，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備如電阻應(yīng)變片、水準(zhǔn)儀、全站儀等，單個(gè)設(shè)備的價(jià)格相對(duì)較低。但對(duì)于大型水電工程，由于需要布置大量的測(cè)點(diǎn)，設(shè)備數(shù)量眾多，總體購置成本較高。在大型大壩監(jiān)測(cè)中，需要布置數(shù)百個(gè)甚至上千個(gè)電阻應(yīng)變片，加上配套的測(cè)量?jī)x器，設(shè)備購置成本可達(dá)數(shù)十萬元甚至更高。布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，如布里淵光時(shí)域反射儀（BOTDR）、布里淵光時(shí)域分析儀（BOTDA）等，價(jià)格相對(duì)較高，一套設(shè)備的價(jià)格可能在幾十萬元到上百萬元不等。但由于其分布式測(cè)量特性，一根光纖可以替代大量的傳統(tǒng)點(diǎn)式傳感器，從整體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量來看，可能會(huì)降低部分設(shè)備購置成本。在長(zhǎng)距離引水隧洞監(jiān)測(cè)中，使用布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)只需鋪設(shè)一根光纖，而采用傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)方法則需要布置大量的傳感器，設(shè)備購置成本會(huì)大幅增加。在安裝維護(hù)成本上，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作，安裝過程較為復(fù)雜，且在水電工程結(jié)構(gòu)施工過程中，需要預(yù)留安裝位置，增加了施工難度和成本。電阻應(yīng)變片的粘貼需要嚴(yán)格的工藝要求，否則會(huì)影響測(cè)量精度，且在使用過程中需要定期檢查和維護(hù)，維護(hù)成本較高。布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的傳感光纖安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，在水電工程結(jié)構(gòu)施工過程中，可以方便地預(yù)埋或粘貼在結(jié)構(gòu)中。光纖的維護(hù)成本較低，只需定期檢查光纖是否損壞，無需像傳統(tǒng)傳感器那樣進(jìn)行復(fù)雜的校準(zhǔn)和維護(hù)工作。但布里淵光時(shí)域感測(cè)設(shè)備的維護(hù)需要專業(yè)的技術(shù)人員和設(shè)備，對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)水平要求較高，這在一定程度上增加了維護(hù)成本。在人力投入方面，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法需要大量的人力進(jìn)行定期巡檢和數(shù)據(jù)采集，人工成本較高。而布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，減少了人工巡檢的工作量，人力投入相對(duì)較少。但在數(shù)據(jù)處理和分析方面，需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作，對(duì)人員的技術(shù)素質(zhì)要求較高。總體而言，布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)在設(shè)備購置成本上可能較高，但在安裝維護(hù)成本和人力投入方面具有一定優(yōu)勢(shì)，且隨著技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備的國產(chǎn)化，其成本有望進(jìn)一步降低。5.2與其他先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比5.2.1與光纖光柵傳感技術(shù)對(duì)比原理差異：布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)基于光纖中布里淵散射效應(yīng)，通過檢測(cè)布里淵散射光的頻移來測(cè)量溫度和應(yīng)變。當(dāng)光纖受到溫度變化或應(yīng)變作用時(shí)，其內(nèi)部的聲學(xué)聲子特性發(fā)生改變，導(dǎo)致布里淵頻移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和應(yīng)變的測(cè)量。而光纖光柵傳感技術(shù)則是基于光纖布拉格光柵（FBG）的布拉格衍射原理，當(dāng)外界物理量（如溫度、應(yīng)變、壓力等）作用于光纖光柵時(shí)，光柵的周期和折射率發(fā)生變化，使得布拉格波長(zhǎng)產(chǎn)生偏移，通過監(jiān)測(cè)布拉格波長(zhǎng)的變化來測(cè)量相應(yīng)的物理量。測(cè)量特性不同：在測(cè)量范圍方面，布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)具有分布式測(cè)量特性，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十公里的光纖監(jiān)測(cè)，能夠?qū)Υ笮退姽こ痰恼w結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。而光纖光柵傳感技術(shù)雖然可以通過串接多個(gè)光纖光柵組成準(zhǔn)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，但每個(gè)光柵只能測(cè)量一個(gè)點(diǎn)的物理量，其測(cè)量范圍相對(duì)有限，不適用于大規(guī)模的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。在測(cè)量精度上，布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的應(yīng)變分辨率可達(dá)1-10με，溫度分辨率可達(dá)0.1-1℃；光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)變分辨率可達(dá)到1με以下，溫度分辨率可達(dá)0.1℃，在精度上略優(yōu)于布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到環(huán)境因素和測(cè)量系統(tǒng)的影響，兩者的精度差異并不明顯。適用場(chǎng)景區(qū)別：布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)適用于大型水電工程的大范圍結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，如大壩、長(zhǎng)距離輸水隧洞等，能夠全面反映結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的潛在隱患。在大壩監(jiān)測(cè)中，通過沿壩體鋪設(shè)傳感光纖，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壩體在不同工況下的應(yīng)力應(yīng)變分布，為大壩的安全評(píng)估提供全面的數(shù)據(jù)支持。光纖光柵傳感技術(shù)則更適用于對(duì)局部關(guān)鍵部位進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè)，如水電站廠房的梁柱節(jié)點(diǎn)、壓力管道的薄弱部位等。在水電站廠房梁柱節(jié)點(diǎn)處安裝光纖光柵傳感器，可精確測(cè)量節(jié)點(diǎn)在不同荷載作用下的應(yīng)變變化，為結(jié)構(gòu)的局部安全評(píng)估提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。5.2.2與分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)對(duì)比監(jiān)測(cè)參數(shù)不同：布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)主要用于監(jiān)測(cè)溫度和應(yīng)變，通過分析布里淵散射光的頻移變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖沿線溫度和應(yīng)變的分布式測(cè)量，從而獲取水電工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和溫度分布情況，為結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。而分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)則專注于監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)，利用光纖中瑞利散射光的相位變化來檢測(cè)外界的振動(dòng)擾動(dòng)。當(dāng)外界振動(dòng)作用于光纖時(shí)，會(huì)引起光纖的微小形變，導(dǎo)致瑞利散射光的相位發(fā)生變化，通過檢測(cè)這種相位變化來感知振動(dòng)的頻率、幅度和位置等信息。響應(yīng)速度差異：分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)具有較高的響應(yīng)速度，能夠快速捕捉到外界的振動(dòng)信號(hào)，一般響應(yīng)時(shí)間可達(dá)到毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)。這使得它在監(jiān)測(cè)突發(fā)的振動(dòng)事件，如地震、機(jī)械振動(dòng)等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠及時(shí)為工程安全提供預(yù)警。相比之下，布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的響應(yīng)速度相對(duì)較慢，主要是因?yàn)槠錅y(cè)量原理涉及到對(duì)布里淵散射光頻移的精確檢測(cè)和分析，信號(hào)處理過程較為復(fù)雜，響應(yīng)時(shí)間通常在秒級(jí)。在水電工程中，對(duì)于一些緩慢變化的溫度和應(yīng)變情況，布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)的響應(yīng)速度能夠滿足需求，但對(duì)于快速變化的振動(dòng)事件，其響應(yīng)速度則略顯不足。應(yīng)用領(lǐng)域互補(bǔ)：在水電工程中，分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)主要應(yīng)用于監(jiān)測(cè)地震、機(jī)械振動(dòng)等對(duì)工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)影響。在地震發(fā)生時(shí)，能夠及時(shí)檢測(cè)到地震波引起的振動(dòng)信號(hào)，確定振動(dòng)的強(qiáng)度和傳播方向，為工程的抗震安全評(píng)估提供重要依據(jù)。在水電站機(jī)組運(yùn)行過程中，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)組的振動(dòng)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組的故障隱患。而布里淵光時(shí)域感測(cè)技術(shù)主要用于監(jiān)測(cè)水電工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變和溫度狀態(tài)，兩者在應(yīng)用領(lǐng)域上具有互補(bǔ)性。通過將兩種技術(shù)結(jié)合使用，可以更全面地監(jiān)測(cè)水電工程結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，提高工程的安全性和可靠性。六、技術(shù)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)與解決方案6.1面臨的挑戰(zhàn)6.1.1信號(hào)干擾與噪聲問題外界環(huán)境因素對(duì)布里淵散射信號(hào)的干擾較為顯著。在水電工程的復(fù)雜環(huán)境中，溫度的劇烈變化會(huì)對(duì)布里淵散射信號(hào)產(chǎn)生影響。當(dāng)溫度發(fā)生快速波動(dòng)時(shí)，光纖材料的熱脹冷縮會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部應(yīng)力分布發(fā)生改變，進(jìn)而影響布里淵頻移，使測(cè)量得到的溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。在夏季高溫時(shí)段，壩體表面溫度可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)升高10-20℃，這種溫度的急劇變化會(huì)使布里淵散射信號(hào)的頻移發(fā)生較大改變，給準(zhǔn)確測(cè)量帶來困難。強(qiáng)電磁干擾也是一個(gè)重要問題。水電工程中存在大量的電氣設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器等，這些設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)。在水電站廠房?jī)?nèi)，電氣設(shè)備周圍的電磁場(chǎng)強(qiáng)度可能達(dá)到數(shù)特斯拉，這會(huì)對(duì)光纖中的光信號(hào)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致布里淵散射信號(hào)的強(qiáng)度和頻移發(fā)生波動(dòng)，影響測(cè)量精度。信號(hào)傳輸過程中也會(huì)產(chǎn)生噪聲。光纖的固有損耗會(huì)使光信號(hào)在傳輸過程中逐漸衰減，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度減弱，噪聲相對(duì)增強(qiáng)。當(dāng)光信號(hào)在長(zhǎng)距離光纖中傳輸時(shí)，如在長(zhǎng)距離輸水隧洞監(jiān)測(cè)中，光纖長(zhǎng)度可能達(dá)到數(shù)公里，信號(hào)衰減會(huì)較為明顯，噪聲的影響也會(huì)更加突出。光纖的連接點(diǎn)、彎曲部位等也會(huì)產(chǎn)生額外的散射和反射，增加噪聲干擾。在光纖連接點(diǎn)處，由于連接工藝的不完善，可能會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)的反射和散射，產(chǎn)生噪聲信號(hào)，影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。6.1.2測(cè)量精度與空間分辨率的制約提高測(cè)量精度和空間分辨率存在相互制約的關(guān)系。從原理上看，測(cè)量精度與布里淵散射信號(hào)的檢測(cè)精度密切相關(guān)。為了提高測(cè)量精度，通常需要增加信號(hào)的采集時(shí)間和平均次數(shù)，以降低噪聲的影響，提高信號(hào)的信噪比。然而，增加采集時(shí)間和平均次數(shù)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量速度變慢，從而限制了空間分辨率的提高。因?yàn)樵谔岣呖臻g分辨率時(shí)，需要更短的脈沖寬度和更緊密的測(cè)量間隔，這就要求更快的測(cè)量速度，而增加采集時(shí)間和平均次數(shù)會(huì)與之產(chǎn)生矛盾。在水電工程監(jiān)測(cè)中，這種矛盾表現(xiàn)得較為明顯。在大壩監(jiān)測(cè)中，為了準(zhǔn)確測(cè)量壩體關(guān)鍵部位的應(yīng)力應(yīng)變，需要較高的測(cè)量精度，這就可能需要較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間，導(dǎo)致空間分辨率降低，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體局部微小區(qū)域的異常變化。而在一些對(duì)空間分辨率要求較高的場(chǎng)景，如監(jiān)測(cè)輸水隧洞的裂縫開展情況，需要高空間分辨率來準(zhǔn)確定位裂縫位置，但這可能會(huì)犧牲一定的測(cè)量精度，導(dǎo)致對(duì)裂縫處應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量不夠準(zhǔn)確。6.1.3光纖耐久性與維護(hù)問題光纖在復(fù)雜環(huán)境下存在耐久性問題。在水電工程中，光纖長(zhǎng)期暴露在潮濕、高溫、強(qiáng)酸堿等惡劣環(huán)境中，容易發(fā)生老化現(xiàn)象。在潮濕環(huán)境下，光纖表面的涂層可能會(huì)被腐蝕，導(dǎo)致光纖的機(jī)械強(qiáng)度下降，容易出現(xiàn)斷裂。長(zhǎng)期的高溫作用會(huì)使光纖材料的性能發(fā)生改變，影響其對(duì)溫度和應(yīng)變的傳感性能。在大壩內(nèi)部的高溫、高濕環(huán)境中，光纖的使用壽命可能會(huì)縮短，需要頻繁更換，增加了維護(hù)成本和工作量。光纖的維護(hù)也存在困難且成本較高。由于水電工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳感光纖通常鋪設(shè)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或難以到達(dá)的位