水電站大壩運(yùn)行安全監(jiān)控指標(biāo)分類(lèi)分級(jí)

馬寧

國(guó)家電力投資集團(tuán)公司大壩管理中心 陜西西安 710000

修建水電站大壩的初衷就是加強(qiáng)對(duì)水力資源的利用效率，除此之外，水電站大壩對(duì)于一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也能起到很大的促進(jìn)作用。但是水電站大壩在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多的安全問(wèn)題，也存在很多的安全隱患，一旦發(fā)生潰堤等情況就會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成巨大的破壞。運(yùn)行安全評(píng)價(jià)工作就是為了保證水電站大壩的安全運(yùn)行，對(duì)于提高大壩運(yùn)行的安全性有很大的作用。但是結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看在監(jiān)控指標(biāo)分類(lèi)分級(jí)和監(jiān)控手段中還有很多有待完善的地方，這對(duì)于行業(yè)工作人員來(lái)說(shuō)不僅是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇[1]。

1 水電站大壩失事情況的概述

水電站大壩的數(shù)量和規(guī)模還是比較大的，根據(jù)國(guó)際大壩委員會(huì)的失事統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，大大小小的大壩失事記錄有1000多件，我國(guó)大壩大規(guī)模的失事記錄較少，但是小型的大壩失事情況還是比較多的，2003年底以前共有3000多個(gè)小型大壩失事，大壩失事不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也給周邊人民的人身財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大的威脅，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，土壩是大壩失事的主要類(lèi)型。由于各國(guó)之間的地理環(huán)境和水文環(huán)境之間都存在較大的差異，所以大壩的失事原因也存在較大的差異，結(jié)合我國(guó)的大壩失事情況來(lái)看，水庫(kù)漫頂所導(dǎo)致的大壩失事是最多的，其次就是大壩的結(jié)構(gòu)質(zhì)量上存在問(wèn)題，管理不當(dāng)也是大壩失事的一個(gè)重要原因。與我國(guó)的大壩失事原因不同的是，西班牙的大壩失事原因大多是基礎(chǔ)破壞和溢洪道容量不足，由此可見(jiàn)各國(guó)之間的大壩失事在誘發(fā)原因上還是存在較大的差異的。這些大壩失事情況，是水電站大壩運(yùn)行過(guò)程中的重要教訓(xùn)，也是大壩進(jìn)行管理的理論基礎(chǔ)，監(jiān)控指標(biāo)分類(lèi)分級(jí)工作能夠保障安全評(píng)價(jià)工作的順利推進(jìn)，也能夠在很大程度上預(yù)防安全事故的發(fā)生，總的來(lái)說(shuō)，水電站大壩的安全維護(hù)工作可以說(shuō)是任重而道遠(yuǎn)，但是為了充分發(fā)揮水電站大壩的作用，完善監(jiān)控指標(biāo)分類(lèi)分級(jí)工作是首要任務(wù)。

2 水電站大壩失事的主要原因

2.1 大壩建筑結(jié)構(gòu)不合理

水電站大壩是一項(xiàng)施工量比較大的工作，無(wú)論是在建筑材料的使用上還是在人力資源的利用上，所以對(duì)水電站大壩的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常有必要的，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)大壩施工中的資源優(yōu)化配置，另一方面也能提高大壩施工建設(shè)的效率。但是結(jié)合我國(guó)的水電站大壩實(shí)際建筑過(guò)程來(lái)看，對(duì)于大壩建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還是不盡合理的，首先就是沒(méi)有考慮到水電站大壩的工作重點(diǎn)，對(duì)一些較為復(fù)雜的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行著重把握，其次也沒(méi)有充分結(jié)合我國(guó)復(fù)雜多變的地形和水文條件，做到因時(shí)制宜，因地制宜。

2.2 監(jiān)控體制不完善

監(jiān)控工作是保證水電站大壩安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，同時(shí)也是大壩運(yùn)行中的重要保障，監(jiān)控工作能對(duì)大壩運(yùn)行中的多種因素進(jìn)行綜合分析，能對(duì)安全事故起到一定的預(yù)防作用，同時(shí)也能對(duì)各種安全事故采取及時(shí)有效的政策，最重要的是能發(fā)揮一定的監(jiān)督作用，能為水電站大壩的安全運(yùn)行奠定一個(gè)穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境。但是我國(guó)的水電站大壩的監(jiān)控體制還是不完善的，出現(xiàn)這種情況也有很多的原因，一方面是監(jiān)控體制的管理理念較為落后，另一方面就是監(jiān)控體制的工作重點(diǎn)是不盡合理的，可以說(shuō)多種因素造成了監(jiān)控體制的不完善[2]。

2.3 工作人員素質(zhì)較低下

工作人員是監(jiān)控工作中的核心，因?yàn)楸O(jiān)控指標(biāo)分類(lèi)分級(jí)工作都需要工作人員去推進(jìn)，所以說(shuō)工作人員在監(jiān)控工作中能發(fā)揮至關(guān)重要的作用。但是結(jié)合我國(guó)工作人員的素質(zhì)來(lái)看，還是不容樂(lè)觀(guān)的，大部分工作人員的素質(zhì)還是比較低的，一方面專(zhuān)業(yè)素質(zhì)較為低下，另一方面就是監(jiān)控理念較為傳統(tǒng)，很難適應(yīng)當(dāng)代大壩監(jiān)控工作的實(shí)際，所以說(shuō)提高工作人員的綜合素質(zhì)也是水電站大壩運(yùn)行安全中的重要任務(wù)。

3 水電站大壩運(yùn)行安全監(jiān)控指標(biāo)分類(lèi)分級(jí)

根據(jù)相關(guān)部門(mén)的調(diào)查結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，雖然各國(guó)的水電站大壩運(yùn)行中都存在不同的安全管理問(wèn)題，分析的角度也存在的差異，但是歸根究底，水電站大壩的安全管理問(wèn)題大部分是洪水問(wèn)題，基礎(chǔ)問(wèn)題和結(jié)構(gòu)質(zhì)量問(wèn)題，人為因素造成的負(fù)面影響還是比較大的，這就提高了監(jiān)控工作的可行性，所以進(jìn)行運(yùn)行安全監(jiān)控指標(biāo)分類(lèi)分級(jí)工作還是非常有必要的，總的來(lái)說(shuō)，有以下工作重點(diǎn)：

3.1 防洪能力

防洪能力是大壩運(yùn)行安全監(jiān)控指標(biāo)中的一大重點(diǎn)，因?yàn)楹樗畣?wèn)題是大壩安全的主要威脅之一，防洪標(biāo)準(zhǔn)、壩頂防浪墻高程、洪水調(diào)度運(yùn)用方式是防洪能力中的主要要素，也是衡量大壩防洪能力的重要指標(biāo)，主要是壩程高頂和水電站水位之間的關(guān)系。防洪監(jiān)控工作涉及防洪能力，壩體結(jié)構(gòu)，泄洪消能設(shè)施和金屬結(jié)構(gòu)，但是防洪能力的一般只考慮壩頂高程，所以壩頂高程是防洪能力監(jiān)控中的重點(diǎn)。

壩頂高程可按以下方式進(jìn)行分級(jí)：一級(jí)滿(mǎn)足要求；二級(jí)高于設(shè)計(jì)洪水位和正常蓄水位，低于校核洪水位，且防浪墻頂高程低于浪頂高程；三級(jí)低于設(shè)計(jì)洪水位。

3.2 壩基狀況

根據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，由于壩基失穩(wěn)和壩基結(jié)構(gòu)問(wèn)題而導(dǎo)致的大壩失事占總失事數(shù)量的近30%，所以大壩的壩基狀況也是監(jiān)控工作的重點(diǎn)之一，在這個(gè)監(jiān)控指標(biāo)中，最主要的因素是壩基的變形穩(wěn)定（承載力），抗滑穩(wěn)定，壩基滲透穩(wěn)定，在壩基狀況調(diào)查過(guò)程中也要充分結(jié)合我國(guó)水電站大壩建設(shè)的實(shí)際情況。

各指標(biāo)可按以下方式進(jìn)行分級(jí)。一級(jí)：壩基變形收斂，適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)工作要求，巖體、軟弱夾層性狀有穩(wěn)定，壩基抗力巖體未受沖刷或沖刷輕微，壩基滲控體系運(yùn)行效果良好。覆蓋層地基、巖基軟弱夾層滲透坡降小于或等于允許值；二級(jí)：壩基變形未收斂，巖體、軟弱夾層性狀有惡化跡象，滲控體系存在缺陷，但不會(huì)影響上部結(jié)構(gòu)整體安全；三級(jí)：壩基變形未收斂，已導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)損壞，，巖體、軟弱夾層性狀?lèi)夯觿?，或壩基抗力巖體已嚴(yán)重淘刷，已出現(xiàn)明顯的錯(cuò)動(dòng)或滑移等跡象，滲控體系存在嚴(yán)重缺陷，覆蓋層地基、巖基軟弱夾層變形加劇，危及大壩安全。

3.3 壩體結(jié)構(gòu)

壩體的結(jié)構(gòu)是大壩總體結(jié)構(gòu)的重要組成，主要監(jiān)控指標(biāo)重力壩可以劃分為抗滑穩(wěn)定、壩基或壩體應(yīng)力、壩體變形滲流裂縫，拱壩可以劃分成拱座穩(wěn)定安全、壩體應(yīng)力、壩體變形滲流裂縫，土石壩可以劃分成筑壩材料、壩坡穩(wěn)定、壩體變形、滲流穩(wěn)定。

各指標(biāo)可按以下方式進(jìn)行分級(jí)。一級(jí)：滿(mǎn)足要求；二級(jí)：壩體、壩基存在失穩(wěn)的可能性，出現(xiàn)局部開(kāi)裂和壓縮變形，壩體變形較大，相鄰壩段錯(cuò)動(dòng)明顯；部分壩段防滲結(jié)構(gòu)失效，混凝土滲漏量較大；存在貫穿性裂縫，影響結(jié)構(gòu)的整體性和安全性；三級(jí)：壩體、壩基已有失穩(wěn)跡象，壩踵出現(xiàn)拉應(yīng)力或壩址壓應(yīng)力超過(guò)允許值，出現(xiàn)大規(guī)模開(kāi)裂或壓縮變形，壩體變形較大，防滲結(jié)構(gòu)大部分失效，貫穿性裂縫規(guī)模較大，破壞了結(jié)構(gòu)的整體性，影響結(jié)構(gòu)安全性。

3.4 泄洪消能設(shè)施

眾所周知，洪水問(wèn)題是大壩運(yùn)行安全中的主要隱患，所以泄洪消能設(shè)施的重要性日益顯著，洪水漫頂?shù)群樗畣?wèn)題大部分都是因?yàn)樾购橄茉O(shè)施沒(méi)有發(fā)揮自身的作用，主要包括總體布置，泄流能力，結(jié)構(gòu)安全性和消能防沖安全性四個(gè)監(jiān)控指標(biāo)。

各監(jiān)控指標(biāo)可按以下方式進(jìn)行分級(jí)。一級(jí)：布置合理，泄流能力，結(jié)構(gòu)安全性和消能工運(yùn)行滿(mǎn)足要求；二級(jí)：布置不合理，或泄流能力，結(jié)構(gòu)安全性和消能工存在部分缺陷，但尚不影響安全泄洪；三級(jí)布置不合理，泄流能力，結(jié)構(gòu)安全性和消能工存在重大缺陷，影響泄水建筑物正常泄洪。

3.5 金屬結(jié)構(gòu)安全

金屬結(jié)構(gòu)安全也是水電站大壩運(yùn)行安全的一大重點(diǎn)，金屬結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控指標(biāo)可以劃分成金屬結(jié)構(gòu)布置是否合理，金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，啟閉機(jī)安全。

各監(jiān)控指標(biāo)可按以下方式進(jìn)行分級(jí)。一級(jí)：滿(mǎn)足要求；二級(jí)：布置不合理，金屬結(jié)構(gòu)安全不滿(mǎn)足要求，但尚不影響防洪和擋水安全；三級(jí)布置不合理，金屬結(jié)構(gòu)安全不滿(mǎn)足要求，已影響防洪和擋水安全。

3.6 邊坡安全

按照工程屬性來(lái)進(jìn)行劃分，邊坡可以劃分成自然邊坡和工程邊坡。無(wú)論是自然邊坡還是工程邊坡，都會(huì)對(duì)水電站和大壩的運(yùn)行產(chǎn)生重要影響，邊坡的位置近壩直接關(guān)系到大壩的整體安全，因此監(jiān)控指標(biāo)除了邊坡的安全狀況之外，還要注意其危害性[3]。

各監(jiān)控指標(biāo)可按以下方式進(jìn)行分級(jí)。一級(jí)：邊坡穩(wěn)定，不存在滑坡風(fēng)險(xiǎn)；二級(jí)：邊坡存在趨勢(shì)性變形，但尚在可控范圍內(nèi)；三級(jí)：邊坡隨時(shí)可能出現(xiàn)滑塌，已對(duì)大壩安全運(yùn)行造成威脅。

4 結(jié)語(yǔ)

從上述敘述中可以看出，水電站大壩的運(yùn)行安全監(jiān)控指標(biāo)分類(lèi)分級(jí)是一件較為復(fù)雜的工作，需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)也是比較多的，這對(duì)于行業(yè)工作人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，總的來(lái)說(shuō)，有以下幾個(gè)方面的工作可以加強(qiáng)：從國(guó)家層面來(lái)說(shuō)，要發(fā)揮宏觀(guān)調(diào)控的作用，加強(qiáng)對(duì)水電站大壩的安全管理；從行業(yè)自身來(lái)說(shuō)，要完善管理方式，豐富管理內(nèi)容，為水電站大壩的安全運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。水電站大壩的安全運(yùn)行事關(guān)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需要多個(gè)部門(mén)的群策群力。