穿堤建筑物隐患灾害机理与数字孪生系统防控方案

一、灾害机理

穿堤建筑物（如涵闸、渡槽、管道）贯穿堤防主体，其隐患的核心致灾机理围绕结构完整性破坏与渗漏通道贯通展开，具体包括三大核心环节：

1.基础沉降：建筑物基础不均匀沉降、水流冲刷淘空基础，导致建筑物倾斜、结构受力不均，形成裂缝；

2.结构老化：长期运行导致建筑物材料腐蚀、老化，结构强度降低，裂缝扩展；

3.渗漏通道贯通：基础沉降、结构老化形成的裂缝逐步贯通，形成渗漏通道，水流渗入堤防土体，引发堤身渗漏、管涌等次生灾害，严重时导致堤防溃口。此外，闸门启闭异常等运行故障会引发次生灾害（如水位异常升高加剧堤防负荷），进一步放大灾害风险。

致灾链条可概括为：基础沉降/结构老化 → 裂缝形成 → 渗漏通道贯通 → 堤身渗漏/管涌 → 堤防失稳/溃口。

二、灾害机理与技术对应关系

针对致灾机理各环节及运行风险，构建“结构探测-运行监测-孪生推演”一体化防控技术体系，具体对应关系如下：

1.基础与结构缺陷探测：全航空瞬变电磁（ATEM）+ 地质雷达（GPR）核心作用：ATEM 探测建筑物基础下方土体异常（如淘空区、软弱夹层），明确基础沉降的根源；GPR 精准识别建筑物结构背后脱空、内部裂缝等缺陷，定位结构老化与裂缝形成的关键区域。数字孪生对应：基于探测数据构建穿堤建筑物三维结构-基础模型，可视化呈现基础异常与结构缺陷的分布状态，为机理演化分析提供基础框架。

2.运行状态监测：运行参数监测系统 + 位移/渗压传感器核心作用：运行参数监测系统实时跟踪闸门启闭状态、电机负载、钢丝绳张力等参数，及时发现启闭异常；位移传感器监测建筑物沉降、倾斜变形；渗压传感器捕捉渗漏压力变化，反映渗漏通道贯通状态。数字孪生对应：将运行参数与结构、渗流监测数据融合，构建“结构-运行-水位”联动孪生模型，量化运行状态对结构稳定性、渗漏演化的影响。

三、孪生应用价值

穿堤建筑物数字孪生模型实现了“结构—运行—水位”的联动预测，可模拟不同水文工况、运行状态下建筑物基础沉降、结构变形、渗漏通道扩展的全过程，精准预判结构失稳、渗漏加剧的风险时段与影响范围；同时，针对闸门启闭异常等故障，通过仿真不同处置方案的效果，指导及时修复，避免次生灾害放大；此外，模型可评估建筑物的剩余安全寿命，为维修、加固、改造提供科学决策依据，从根本上保障穿堤建筑物与堤防的协同安全。