衛(wèi)星雷達(dá)技術(shù)正成為守護(hù)大壩安全的重要工具，它通過(guò)毫米級(jí)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)我們?nèi)庋蹮o(wú)法察覺的隱患。

最新衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)境內(nèi)數(shù)十座水壩正在緩慢下沉，其中利文斯敦大壩在十年間每年下沉約8毫米。這種不均勻變形可能表明大壩結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，已被監(jiān)管機(jī)構(gòu)列為“潛在高風(fēng)險(xiǎn)”級(jí)別。

科學(xué)家們利用衛(wèi)星雷達(dá)技術(shù)對(duì)分布在13個(gè)州及波多黎各的41座高風(fēng)險(xiǎn)水力發(fā)電大壩進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果令人擔(dān)憂——所有大壩均出現(xiàn)不同程度的垂直位移。

大壩老化與監(jiān)測(cè)挑戰(zhàn)

美國(guó)擁有約9.2萬(wàn)座規(guī)模不一的大壩，絕大多數(shù)已超過(guò)50年壩齡，許多甚至建于上世紀(jì)中葉，正步入結(jié)構(gòu)老化高峰期。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法存在數(shù)據(jù)獲取時(shí)間長(zhǎng)、覆蓋范圍有限、精度受限等局限。

大壩安全監(jiān)測(cè)是通過(guò)儀器觀測(cè)和巡視檢查對(duì)水利水電工程主體結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)、兩岸邊坡及相關(guān)設(shè)施所作的測(cè)量及觀察。以往的手段是利用滑動(dòng)測(cè)斜儀和電子沉降儀分別進(jìn)行人工測(cè)量，存在監(jiān)測(cè)密度低、不具實(shí)時(shí)性等問(wèn)題。

地球物理學(xué)家穆罕默德·赫拉米在美國(guó)地球物理聯(lián)盟年會(huì)上公布了這一發(fā)現(xiàn)，指出不均勻變形可能表明大壩結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

衛(wèi)星雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)

干涉合成孔徑雷達(dá)（InSAR）技術(shù)成為大壩監(jiān)測(cè)的革命性工具。該技術(shù)通過(guò)衛(wèi)星周期性飛過(guò)目標(biāo)上空，向地面發(fā)射雷達(dá)信號(hào)并接收回波完成“掃描”。

當(dāng)衛(wèi)星在幾天或十幾天后再次回到完全相同的位置進(jìn)行第二次掃描時(shí)，科學(xué)家們將這兩次圖像在電腦上進(jìn)行像素級(jí)疊加。地面發(fā)生的毫米級(jí)變化會(huì)在合成圖像上呈現(xiàn)為特定的“干涉條紋”，通過(guò)這些條紋能精確反演出地表沉降的真實(shí)速率。

在加拿大奧德曼河大壩的研究中，全分辨率InSAR技術(shù)處理顯示大壩存在持續(xù)下沉現(xiàn)象，速率在5.08至6.23毫米/年之間波動(dòng)。

技術(shù)創(chuàng)新與精準(zhǔn)預(yù)測(cè)

科學(xué)家開發(fā)出結(jié)合圖注意力網(wǎng)絡(luò)與長(zhǎng)短期記憶（GAT-LSTM）的新模型，解決了現(xiàn)有方法忽視空間依賴性的問(wèn)題。這一模型在短期預(yù)報(bào)中表現(xiàn)優(yōu)異，準(zhǔn)確率達(dá)到83.64%，顯著優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)LSTM模型的76.90%。

研究人員將衛(wèi)星監(jiān)測(cè)比作體檢中的異常指標(biāo)，這類發(fā)現(xiàn)會(huì)促使醫(yī)生進(jìn)一步檢查潛在隱患，而非直接診斷嚴(yán)重疾病。這意味著衛(wèi)星數(shù)據(jù)提供的是早期預(yù)警，而非斷定大壩即將崩潰。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還能捕捉變形與水庫(kù)水位之間的強(qiáng)相關(guān)性。研究表明，2017–2019年水位下降期間壩頂變形加速，預(yù)計(jì)2023–2024年水位顯著下降時(shí)也存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。

從監(jiān)測(cè)到預(yù)警的完整體系

一套完整的大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、處理、分析和預(yù)警多個(gè)環(huán)節(jié)。現(xiàn)代系統(tǒng)通過(guò)多源數(shù)據(jù)融合，能夠高效、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)大壩不同區(qū)域的位移及沉降情況。

新型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅關(guān)注大壩本身的變形，還會(huì)評(píng)估環(huán)境因素的影響，包括土壤特征、植被特征和水位特征等，從而全面把握大壩安全狀況。

科學(xué)家們計(jì)劃在未來(lái)開發(fā)出一份動(dòng)態(tài)地圖，展示美國(guó)所有潛在高風(fēng)險(xiǎn)大壩的位移情況，核心目標(biāo)是在全美范圍內(nèi)及早檢測(cè)大壩不穩(wěn)定的跡象。

應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)與未來(lái)展望

面對(duì)大壩下沉問(wèn)題，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)提供了寶貴的早期預(yù)警。然而，衛(wèi)星數(shù)據(jù)雖有價(jià)值，但精度有限，無(wú)法完全取代現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估。需要將高科技監(jiān)測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)檢查相結(jié)合。弗吉尼亞理工大學(xué)的地球物理學(xué)家馬努切赫·希爾扎伊強(qiáng)調(diào)，他們的研究結(jié)果并不表明下游社區(qū)面臨迫在眉睫的危險(xiǎn)。大壩高度的微小變化可能存在良性解釋，如正常沉降或測(cè)量誤差，必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察確認(rèn)是否反映結(jié)構(gòu)性問(wèn)題。

隨著氣候變化加劇，大氣中水蒸氣流動(dòng)預(yù)計(jì)將達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄高位，這是產(chǎn)生極端降雨的關(guān)鍵因素。日益強(qiáng)烈的暴雨可以迅速填滿水庫(kù)，使大壩承受前所未有的壓力。新奧爾良的防洪墻正在以每年20毫米的速度下沉，超過(guò)當(dāng)?shù)睾Ｆ矫嫔仙俣?。研究人員警告，按照這一趨勢(shì)，50年后這些耗資145億美元的防洪系統(tǒng)的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)⑹А?/p>

監(jiān)測(cè)技術(shù)突破意味著我們不再需要被動(dòng)等待危險(xiǎn)發(fā)生。科學(xué)家計(jì)劃開發(fā)的動(dòng)態(tài)地圖將能展示所有潛在高風(fēng)險(xiǎn)大壩的位移情況，為預(yù)防性維護(hù)和風(fēng)險(xiǎn)干預(yù)提供關(guān)鍵依據(jù)。定期篩查、及早干預(yù)、避免災(zāi)難——這一類似于醫(yī)療保健的預(yù)防體系正是應(yīng)對(duì)大壩安全挑戰(zhàn)的核心思路。