卫星雷达技术正成为守护大坝安全的重要工具，它通过毫米级的精准监测，提前发现我们肉眼无法察觉的隐患。
最新卫星观测数据显示，美国境内数十座水坝正在缓慢下沉，其中利文斯敦大坝在十年间每年下沉约8毫米。这种不均匀变形可能表明大坝结构不稳定，已被监管机构列为“潜在高风险”级别。
科学家们利用卫星雷达技术对分布在13个州及波多黎各的41座高风险水力发电大坝进行监测，结果令人担忧——所有大坝均出现不同程度的垂直位移。
大坝老化与监测挑战
美国拥有约9.2万座规模不一的大坝，绝大多数已超过50年坝龄，许多甚至建于上世纪中叶，正步入结构老化高峰期。传统监测方法存在数据获取时间长、覆盖范围有限、精度受限等局限。
大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡及相关设施所作的测量及观察。以往的手段是利用滑动测斜仪和电子沉降仪分别进行人工测量，存在监测密度低、不具实时性等问题。
地球物理学家穆罕默德·赫拉米在美国地球物理联盟年会上公布了这一发现，指出不均匀变形可能表明大坝结构不稳定。
卫星雷达监测技术
干涉合成孔径雷达（InSAR）技术成为大坝监测的革命性工具。该技术通过卫星周期性飞过目标上空，向地面发射雷达信号并接收回波完成“扫描”。
当卫星在几天或十几天后再次回到完全相同的位置进行第二次扫描时，科学家们将这两次图像在电脑上进行像素级叠加。地面发生的毫米级变化会在合成图像上呈现为特定的“干涉条纹”，通过这些条纹能精确反演出地表沉降的真实速率。
在加拿大奥德曼河大坝的研究中，全分辨率InSAR技术处理显示大坝存在持续下沉现象，速率在5.08至6.23毫米/年之间波动。
技术创新与精准预测
科学家开发出结合图注意力网络与长短期记忆（GAT-LSTM）的新模型，解决了现有方法忽视空间依赖性的问题。这一模型在短期预报中表现优异，准确率达到83.64%，显著优于标准LSTM模型的76.90%。
研究人员将卫星监测比作体检中的异常指标，这类发现会促使医生进一步检查潜在隐患，而非直接诊断严重疾病。这意味着卫星数据提供的是早期预警，而非断定大坝即将崩溃。
监测系统还能捕捉变形与水库水位之间的强相关性。研究表明，2017–2019年水位下降期间坝顶变形加速，预计2023–2024年水位显著下降时也存在潜在风险。
从监测到预警的完整体系
一套完整的大坝监测系统包括数据采集、处理、分析和预警多个环节。现代系统通过多源数据融合，能够高效、准确地监测大坝不同区域的位移及沉降情况。
新型监测系统不仅关注大坝本身的变形，还会评估环境因素的影响，包括土壤特征、植被特征和水位特征等，从而全面把握大坝安全状况。
科学家们计划在未来开发出一份动态地图，展示美国所有潜在高风险大坝的位移情况，核心目标是在全美范围内及早检测大坝不稳定的迹象。
应对挑战与未来展望
面对大坝下沉问题，远程监控技术提供了宝贵的早期预警。然而，卫星数据虽有价值，但精度有限，无法完全取代现场评估。需要将高科技监测与现场检查相结合。弗吉尼亚理工大学的地球物理学家马努切赫·希尔扎伊强调，他们的研究结果并不表明下游社区面临迫在眉睫的危险。大坝高度的微小变化可能存在良性解释，如正常沉降或测量误差，必须通过现场勘察确认是否反映结构性问题。
随着气候变化加剧，大气中水蒸气流动预计将达到创纪录高位，这是产生极端降雨的关键因素。日益强烈的暴雨可以迅速填满水库，使大坝承受前所未有的压力。新奥尔良的防洪墙正在以每年20毫米的速度下沉，超过当地海平面上升速度。研究人员警告，按照这一趋势，50年后这些耗资145亿美元的防洪系统的防护标准或将失效。
监测技术突破意味着我们不再需要被动等待危险发生。科学家计划开发的动态地图将能展示所有潜在高风险大坝的位移情况，为预防性维护和风险干预提供关键依据。定期筛查、及早干预、避免灾难——这一类似于医疗保健的预防体系正是应对大坝安全挑战的核心思路。
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