大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵簡析

李宏偉

（中國水電建設(shè)集團十五工程局科研設(shè)計院 陜西 咸陽 712000）

大壩與其他建筑物相比，有其鮮明的特殊性：投資數(shù)額巨大，但效益也很顯著；失事即會造成很嚴(yán)重損失甚至災(zāi)難；壩體的結(jié)構(gòu)及運行環(huán)境亦即大壩的工作環(huán)境非常復(fù)雜；項目設(shè)計、施工和大壩運行、維護管理任務(wù)非常艱巨。因此，只有通過對大壩的全方位的安全監(jiān)測，才能準(zhǔn)確掌握大壩的工作性態(tài)。

1 大壩安全因素分析

有資料顯示，經(jīng)過對大壩失事概率與原因分析，僅有11%是大壩老化、主體質(zhì)變(開裂、侵蝕和風(fēng)化)及施工質(zhì)量等原因而失事；而設(shè)計洪水位較低、設(shè)備無法正常運行，引起洪水漫頂導(dǎo)致失事占30%；基礎(chǔ)失穩(wěn)、地質(zhì)因素和意外結(jié)構(gòu)事故約占27%；地下滲漏引起揚壓力太高、滲流量變大和滲透坡降過大占到20%；其他特殊因素只占12%。

由此說明大壩失事涉及的范圍廣、因素多。一般可分為3類：①由設(shè)計、施工以及自然因素引起的失事，大壩一旦建成失事因素就已潛在。如設(shè)計的洪水位偏低、混凝土標(biāo)號過小、抗震等級不夠等，這種情況沒有從量變到質(zhì)變的積累過程；②沖刷、侵蝕、老化、銹蝕等運行、管理過程中形成的，有一個從量變到質(zhì)變的積累過程；③前兩種情況混合作用，即設(shè)計、施工中的問題沒有得到改正；在運行過程中，由于管理問題而導(dǎo)致設(shè)計、施工中的隱患演變?yōu)槭鹿省?/p>

1.1 設(shè)計因素

在設(shè)計階段，壩址所處的地形、地質(zhì)狀況、水文條件及地震信息；樞紐的總體布局、壩型結(jié)構(gòu)、各分區(qū)材料構(gòu)成、水文資料和洪水演算、地質(zhì)勘探等方面都是影響大壩安全的重要因素。比如在1980年，烏江渡水庫泄洪水霧引起開關(guān)站出線相間短路跳閘、線燒斷，泄洪閘門不能開啟，究根結(jié)底還是由于大壩整體布置不合理所導(dǎo)致。所以，大壩的安全隱患大多在設(shè)計階段已潛存下來。

1.2 施工階段

大壩項目的實施必須嚴(yán)格按照設(shè)計方案施工，以確保工程質(zhì)量，同時還必須注意及時解決施工中出現(xiàn)的新情況、新問題。比如土石壩的碾壓、混凝土壩的溫控及防滲排水處理、泄洪建筑物的機電安裝等都會直接影響大壩的安全，必須嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范施工，始終把質(zhì)量放在首位。喀什一級大壩就因密實度太低，強震時發(fā)生液化和沉陷而失事。

1.3 運行管理

對大壩的運行管理必須涵蓋對水庫的調(diào)度、附屬機電設(shè)施、大壩維護、監(jiān)測手段及資料分析、大壩安全狀況評價等。發(fā)生在1969年佛子嶺大壩的漫頂事故，就是由于汛期不合理地抬高了運行水位所致；這充分體現(xiàn)了備用電源、汛前檢查有關(guān)泄洪設(shè)備在這方面是非常有必要的。所以，對大壩進行全方位的巡視檢查、儀器監(jiān)測等都是非常必要且必不可少的。聯(lián)合調(diào)度在梯級水庫調(diào)度中顯得更為重要。

2 大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵及拓展

校核設(shè)計、改進施工和評價大壩安全狀況等充分體現(xiàn)了大壩安全監(jiān)測的重要作用。評估大壩安全性能是核心，準(zhǔn)確掌握大壩安全性態(tài)，充分發(fā)揮工程效益，節(jié)約工程投資，保護下游生命財產(chǎn)安全是大壩安全監(jiān)測的根本目的。

2.1 監(jiān)測范圍和因素

影響大壩安全的因素多、范圍大。比如泄洪設(shè)施和設(shè)備及電源的可靠性、梯級水庫的運行狀況及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊較大規(guī)模的施工特別是地下施工爆破等。壩體、壩基和壩肩以及對大壩安全有重大影響的近壩區(qū)岸坡、與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物構(gòu)成了大壩安全監(jiān)測的范圍。大壩安全監(jiān)測的時間應(yīng)從設(shè)計開始直至運行管理。大壩安全監(jiān)測的范圍應(yīng)根據(jù)大壩所選地址、各種樞紐布置、壩體的高度、庫容及失事后果等確定，可以由壩體、壩基推廣到庫區(qū)及梯級水庫大壩。大壩安全監(jiān)測的內(nèi)容有壩體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)狀況、輔助機電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。

2.2 大壩安全監(jiān)測的針對性

大壩最容易出現(xiàn)安全問題的關(guān)鍵時期包括大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期。設(shè)計參數(shù)的復(fù)核和施工質(zhì)量的檢驗以及施工中出現(xiàn)的新情況新問題是施工期監(jiān)測的重點所在，而后者應(yīng)針對材料老化和設(shè)計復(fù)核進行。

壩址、壩型和結(jié)構(gòu)不同，就要采用不一樣的監(jiān)測方法。如針對面板堆石壩主要監(jiān)測面板與趾板之間的防滲、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎(chǔ)處理及防滲、高強震地區(qū)均質(zhì)土壩的液化；對于碾壓混凝土壩重點在層間結(jié)構(gòu)、薄拱壩壩肩的穩(wěn)定、比較多的泥沙河流出現(xiàn)的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩(wěn)定等。如果出現(xiàn)了總體布置不合理，泄洪水霧就極有可能引起跳閘等問題，所以要加強對霧化的監(jiān)測和汛期備用電源的檢查等。大壩監(jiān)測應(yīng)和大壩設(shè)計、施工與運行管理相互補充，特別是出現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)、施工過程中應(yīng)用新材料、施工中使用新方法，如果施工中出現(xiàn)新的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件以及運行中遇到不利工況時，就必須進行全方位監(jiān)測，從而為采取必要的工程措施提供分析依據(jù)。

2.3 監(jiān)測手段和方法

大壩安全監(jiān)測手段和方法目前國內(nèi)最常用的就是巡視檢查和儀器監(jiān)測。巡視檢查就是借助國內(nèi)外先進的儀器和技術(shù)，對大壩進行全方位的、精確度比較高的全面檢查，盡可能地做到早期發(fā)現(xiàn)隱患、準(zhǔn)確有效的做出解決方案。目前比較推薦使用的有高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態(tài)面波法，均可達到隱患定位及嚴(yán)重程度的準(zhǔn)確判定。大壩邊界條件和環(huán)境因素比較復(fù)雜，再加上材料出現(xiàn)的非線性，使監(jiān)測工作難度有了很大程度的增大，儀器的監(jiān)測一般僅限于“點(小范圍)監(jiān)測”；變形(滲流)測點監(jiān)測的是壩體(基)綜合反應(yīng)，所以比較難以進行具體情況的分析。 為此，必須堅持各種監(jiān)測手段和方法并重，把定性和定量監(jiān)測結(jié)合，實現(xiàn)立體式、全天候、即時化和全方位狀況監(jiān)測。

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)存在費用高、穩(wěn)定性和可靠性難以完全保證、監(jiān)測項目不全、安裝調(diào)試與維護困難、實時化程度低等問題，為此，費用低、安裝調(diào)試簡單、易維護、可以進行大范圍監(jiān)測、實時性高的系統(tǒng)才是發(fā)展方向。

2.4 大壩安全監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化和智能化

在以往，大壩觀測資料由專職機構(gòu)負責(zé)分析，導(dǎo)致不能及時掌握大壩性態(tài)、有效進行最優(yōu)的運行調(diào)度。資料分析只是利用建立數(shù)學(xué)模型(統(tǒng)計模型)，與具體的大壩和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不是很緊密。而大壩安全監(jiān)測自動化并非對全部監(jiān)測的項目數(shù)據(jù)能進行自動的采集，單一憑監(jiān)控指標(biāo)來判別大壩安全肯定存在很大方面的局限性。目前的監(jiān)控指標(biāo)主要是依靠工作中的經(jīng)驗和理論積累數(shù)據(jù)計算確定，前者無疑存在很大的人為因素，后者由于存在邊界條件的假設(shè)、計算理論和數(shù)學(xué)模型的局限，導(dǎo)致產(chǎn)生較大誤差。比如土石壩，當(dāng)上游庫出現(xiàn)水位突然降低時，而測壓管水位是不會超過我們監(jiān)控指標(biāo)的，但此時上游壩體很有可能出現(xiàn)失穩(wěn)。從1987年到現(xiàn)在，我國對水電站、大壩安全進行定期檢查 (鑒定)，組織專家們對大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況進行全面評價，并取得明顯成效。因此，使用的大壩安全評估軟件必須與大壩安全定檢內(nèi)容相適應(yīng)，應(yīng)用專家系統(tǒng)與決策支持系統(tǒng)把大壩安全定檢與監(jiān)測資料分析結(jié)合，實現(xiàn)與大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水雨情測報系統(tǒng)、水庫自動調(diào)度系統(tǒng)等的有機結(jié)合。

自動監(jiān)測系統(tǒng)必須要實現(xiàn)巡測、在線診斷以及報警的全自動化。由于許多測值超差均系自動化系統(tǒng)本身引起，所以在數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計中應(yīng)增加：當(dāng)某一個測值或其變化的速率超過正常范圍的時候，自動檢測系統(tǒng)要立即對該測點進行再次的不定時、多密度的重復(fù)測量，對提高系統(tǒng)維護和資料分析提出更多、更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以確保監(jiān)測的質(zhì)量。

大壩安全監(jiān)測應(yīng)實現(xiàn)全國大壩安全監(jiān)測信息網(wǎng)絡(luò)化，并不斷向智能化邁進，努力實現(xiàn)效益的最大化目標(biāo)。

3 結(jié)語

大壩安全監(jiān)測包括信息采集、分析、處理措施和信息反饋。

(1)大壩安全監(jiān)測時間上應(yīng)從設(shè)計之時開始；在空間上應(yīng)包括梯級水庫；在內(nèi)容上應(yīng)包括與大壩安全有關(guān)的泄洪及機電設(shè)備等因素。

(2)大壩安全監(jiān)測必須堅持把大壩安全評估與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計參數(shù)等指標(biāo)有機結(jié)合，與氣象、水情、洪水預(yù)報及水庫調(diào)度相結(jié)合。

(3)大壩安全監(jiān)測要與時俱進，努力實現(xiàn)即時化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。

總之，大壩安全監(jiān)測就是要全方位、全時空綜合運用一切科學(xué)合理的有效手段，力爭用最少的投入來保證大壩長期、穩(wěn)定、安全運行，努力追求效益的最大化。陜西水利

[1]邢林聲.紀(jì)村混凝土壩基紅層的惡化及其原因分析［J］.水利學(xué)報，1996，(9).

[2]謝向文.黃河下游堤防隱患探測技術(shù)研究［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2000，(4)：20-24.