堤防工程安全監(jiān)測(cè)的必要性探析

顧伊娜， 孫 松， 張德友

(1.江蘇省淮沭新河管理處， 江蘇 淮安 223001；2.江蘇省洪澤湖水利工程管理處， 江蘇 淮安 223100)

江蘇位于中國(guó)東部沿海地區(qū)，地處長(zhǎng)江、淮河流域下游，東瀕黃海，境內(nèi)河湖眾多，水網(wǎng)稠密。根據(jù)《省政府關(guān)于江蘇省骨干河道名錄(2018年修訂)的批復(fù)》(蘇政復(fù)〔2019〕20號(hào))，全省列入省骨干河道名錄的重要河道723條，其中流域性河道33條，區(qū)域性骨干河道123條，跨縣重要河道200條，縣域重要河道367條。作為擋水建筑物的堤防工程長(zhǎng)期以來(lái)在水壓力等各種荷載及其影響因素的作用下，可能會(huì)發(fā)生決口甚至潰堤失事，因此堤防工程安全監(jiān)測(cè)非常有必要。堤防工程具有堤線長(zhǎng)、高度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和臨河洪水位變化快等特點(diǎn)，受技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素制約，其安全監(jiān)測(cè)工作一直是水利工程的短板，有必要加強(qiáng)并規(guī)范。

1 安全監(jiān)測(cè)的目的和意義

1.1 監(jiān)測(cè)堤防工程的工作狀態(tài)

很多實(shí)例表明，水工建筑物發(fā)生破壞事故往往是有先兆的，堤防也是如此。對(duì)堤防工程利用人工檢查觀測(cè)或者設(shè)備自動(dòng)采集等方式進(jìn)行認(rèn)真系統(tǒng)的檢查觀測(cè)，并對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行分析，就能及時(shí)掌握其性態(tài)變化，確保工程安全運(yùn)行。如監(jiān)測(cè)到不正常情況，及時(shí)采取除險(xiǎn)加固措施，可把事故消滅在萌芽狀態(tài)。

1.2 驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論的正確性和選用參數(shù)的合理性

由于水文、氣象、地質(zhì)等條件的復(fù)雜性，目前尚不能對(duì)影響工程的所有復(fù)雜因素進(jìn)行精確計(jì)算，而在工程設(shè)計(jì)中常將結(jié)構(gòu)作適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化或者采用一些經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行求解，故而難以確切反映實(shí)際情況。對(duì)已建的堤防工程在適當(dāng)?shù)牟课宦裨O(shè)檢查觀測(cè)設(shè)施或儀器設(shè)備，開(kāi)展長(zhǎng)期檢查觀測(cè)，不僅能掌握工程性態(tài)的變化規(guī)律，而且可以驗(yàn)證原設(shè)計(jì)理論的正確性和參數(shù)選用的合理性[1]。

1.3 檢查施工質(zhì)量

在施工期，堤防工程安全監(jiān)測(cè)同樣重要。施工期開(kāi)展工程檢查觀測(cè)，分析檢查觀測(cè)成果，可以了解堤防工程在施工期間的結(jié)構(gòu)性態(tài)變化，為后繼施工采取合理措施提供信息，據(jù)此指導(dǎo)施工，確保施工質(zhì)量。

1.4 為修正設(shè)計(jì)理論提供科學(xué)依據(jù)

目前，研究水工建筑物結(jié)構(gòu)性態(tài)的主要手段是理論計(jì)算和模型試驗(yàn)。由于影響因素的復(fù)雜性，研究時(shí)均需作一些假定或簡(jiǎn)化，致使解答與實(shí)際情況存在差異。工程檢查觀測(cè)資料反映了各種因素的影響，其結(jié)果可彌補(bǔ)前兩種方法的不足，據(jù)此對(duì)設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行修正，可進(jìn)一步提高工程技術(shù)水平。

由此可知，堤防安全監(jiān)測(cè)工作既有實(shí)用價(jià)值，又有科學(xué)研究意義，是促進(jìn)堤防工程設(shè)計(jì)理論和建設(shè)技術(shù)不斷發(fā)展的有效方法之一。

2 安全監(jiān)測(cè)方式

堤防工程安全監(jiān)測(cè)方式包括巡視檢查、專(zhuān)項(xiàng)探測(cè)和常規(guī)監(jiān)測(cè)三大類(lèi)。由于堤線長(zhǎng)、級(jí)別多、差異大，堤防工程安全監(jiān)測(cè)應(yīng)充分考慮其特點(diǎn)，合理進(jìn)行堤防監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分，選擇適宜的監(jiān)測(cè)方式。

2.1 不同區(qū)域選擇不同監(jiān)測(cè)方式

堤防監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分應(yīng)綜合考慮堤防重要性和自身安全性，并根據(jù)各堤段運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大小，將其分為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。風(fēng)險(xiǎn)大小理論上為堤防決口失事概率與單次決口所造成損失的乘積，具體操作時(shí)難度較大，可作簡(jiǎn)化處理：?jiǎn)未螞Q口所造成損失大小用堤防重要性(級(jí)別)表示，而決口失事概率用堤防自身安全狀況類(lèi)別反映，并參照《堤防工程安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL/Z 679—2015)進(jìn)行類(lèi)別判定[2]，對(duì)應(yīng)形成的堤防風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分見(jiàn)表1。

表1 堤防風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分參照

不同監(jiān)測(cè)方式獲得的監(jiān)測(cè)信息不同，在具體選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分結(jié)果，有所側(cè)重，綜合考慮。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)應(yīng)以巡視檢查為主，專(zhuān)項(xiàng)探測(cè)為輔；中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)應(yīng)以巡視檢查為主，專(zhuān)項(xiàng)探測(cè)和常規(guī)監(jiān)測(cè)為輔；而高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)則應(yīng)做到巡視檢查、專(zhuān)項(xiàng)探測(cè)、常規(guī)監(jiān)測(cè)并重，且互為補(bǔ)充。

2.2 巡視檢查

作為堤防安全監(jiān)測(cè)的基本手段和重要方式，堤防工程巡視檢查必須按要求的時(shí)間和頻次進(jìn)行，并規(guī)范記錄。對(duì)巡視檢查中發(fā)現(xiàn)的一般問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理；情況較嚴(yán)重的，除查明原因采取措施外，還應(yīng)報(bào)告上級(jí)主管部門(mén)；情況嚴(yán)重的，應(yīng)對(duì)異常和損壞現(xiàn)象做詳細(xì)記錄(包括拍照或錄像)，分析原因，提出處理意見(jiàn)，并報(bào)上級(jí)主管部門(mén)。

巡視檢查主要包括人工檢查與圖像視頻監(jiān)視。目前堤防管理單位普遍存在人手不足和人員專(zhuān)業(yè)技術(shù)不夠等問(wèn)題，因此建議積極推廣視頻監(jiān)控、無(wú)人機(jī)等現(xiàn)代化設(shè)備。視頻監(jiān)視及圖像識(shí)別等成熟技術(shù)，可用于堤防上下堤路口等重點(diǎn)部位和區(qū)域的日常監(jiān)視?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和河道堤防管理的需要設(shè)置，一般間隔1 km可設(shè)置1個(gè)高清攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)堤防和水位的情況，并采集高清視頻數(shù)據(jù)，通過(guò)連接攝像頭的寬帶網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)獲取的視頻數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理中心。目前部分堤防工程已經(jīng)建立數(shù)據(jù)處理預(yù)警系統(tǒng)，在接收到視頻數(shù)據(jù)后，對(duì)該視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并開(kāi)展預(yù)評(píng)估，超過(guò)一定闕值后及時(shí)報(bào)警[3]。無(wú)人機(jī)可有效輔助常規(guī)視覺(jué)檢查，無(wú)人機(jī)紅外線監(jiān)視技術(shù)可用于夜間應(yīng)急巡查，圖像識(shí)別技術(shù)可用于堤壩崩塌滑落石塊監(jiān)測(cè)。

2.3 專(zhuān)項(xiàng)探測(cè)

專(zhuān)項(xiàng)探測(cè)包括堤身堤基隱患探測(cè)和水下根石探測(cè)，堤防隱患探測(cè)應(yīng)根據(jù)《堤防隱患探測(cè)規(guī)程》(SL436—2008)相關(guān)規(guī)定開(kāi)展。根石探測(cè)又稱(chēng)為護(hù)腳石探測(cè)，是對(duì)護(hù)腳拋石分布范圍進(jìn)行測(cè)量的工作。根石探測(cè)主要是探測(cè)拋石的位置，水下地形探測(cè)主要是探測(cè)泥沙淤積形態(tài)，二者可結(jié)合進(jìn)行。隱患探測(cè)和水下根石探測(cè)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，探測(cè)數(shù)據(jù)和圖像具有多解性，因此該項(xiàng)工作均需委托具備相應(yīng)資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍承擔(dān)。

專(zhuān)項(xiàng)探測(cè)要做到定期探測(cè)與應(yīng)急探測(cè)相結(jié)合。堤防隱患探測(cè)的頻次，需要根據(jù)影響堤防隱患發(fā)展變化的因素綜合確定，主要因素包括偎水、降雨、害堤動(dòng)物活動(dòng)以及堤頂碾壓情況等，建議每10年進(jìn)行1次隱患普查。根石探測(cè)要根據(jù)堤防偎水及出險(xiǎn)情況安排，對(duì)偎水或可能偎水的在汛前要探測(cè)1次，以確定補(bǔ)石量和防守重點(diǎn)，對(duì)汛期偎水的在汛后可補(bǔ)測(cè)1次。出現(xiàn)特別檢查情況，如發(fā)生大洪水、大暴雨、臺(tái)風(fēng)、熱帶風(fēng)暴、有感地震，出現(xiàn)封河、開(kāi)河等工程非常運(yùn)用情況和發(fā)生重大事故時(shí)，應(yīng)適時(shí)安排專(zhuān)項(xiàng)探測(cè)。

2.4 常規(guī)監(jiān)測(cè)

常規(guī)監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)堤防工程的級(jí)別、規(guī)模、結(jié)構(gòu)型式、地形、地質(zhì)條件及臨河水情等因素，設(shè)置必要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，選用適宜的監(jiān)測(cè)方法。常規(guī)監(jiān)測(cè)一定要首先明確監(jiān)測(cè)目的，根據(jù)監(jiān)測(cè)目的和堤防實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。堤防工程戰(zhàn)線長(zhǎng)，地形地質(zhì)條件變化大，安全監(jiān)測(cè)斷面、項(xiàng)目總量多，管理工作量大，但是堤防工程一般高度不大，影響到堤身安全的主要是沉降變形和堤身、堤基滲流狀況，因此常規(guī)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)一般以變形和滲流監(jiān)測(cè)為主?！端姽こ贪踩O(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL725—2016)規(guī)定，堤防安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分類(lèi)和選項(xiàng)[4]見(jiàn)表2。

表2 堤防安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分類(lèi)和選項(xiàng)

由于大多數(shù)堤防偎水時(shí)間有限，常規(guī)監(jiān)測(cè)頻次主要視監(jiān)測(cè)目的和偎水情況而定，堤防偎水后一般應(yīng)能提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，更好服務(wù)防汛查險(xiǎn)需要。非汛期為積累資料也為查看監(jiān)測(cè)設(shè)施工作狀況，每月也應(yīng)至少監(jiān)測(cè)1次，各時(shí)期的觀測(cè)頻次應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況適當(dāng)增減。特殊時(shí)期，如發(fā)生暴雨、大洪水、臨河水位較快變化等情況時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)次，運(yùn)行期如測(cè)值長(zhǎng)期保持基本不變，可適當(dāng)調(diào)減測(cè)次。采取自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的，可根據(jù)需要適當(dāng)加密測(cè)次。

3 安全監(jiān)測(cè)資料整編

安全監(jiān)測(cè)資料包括巡視檢查、專(zhuān)項(xiàng)探測(cè)和常規(guī)監(jiān)測(cè)獲得的全部資料，整編時(shí)應(yīng)根據(jù)各類(lèi)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)分類(lèi)整理。資料整理在每次觀測(cè)結(jié)束后進(jìn)行，以便及時(shí)對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行計(jì)算、校核、審查。資料整編每年進(jìn)行1次，并由堤防管理單位的上級(jí)主管部門(mén)組織對(duì)年度監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行全面審查。監(jiān)測(cè)資料整編時(shí)，目前僅由堤防管理單位人員根據(jù)自身判斷對(duì)資料進(jìn)行初步分析，建議由專(zhuān)業(yè)人員完成更深入全面的分析。監(jiān)測(cè)資料除在計(jì)算機(jī)載體內(nèi)存儲(chǔ)外，巡視檢查、專(zhuān)項(xiàng)探測(cè)和常規(guī)監(jiān)測(cè)的原始記錄、圖表、影像資料以及全部資料整編分析成果應(yīng)建檔保存，由此建立監(jiān)測(cè)資料數(shù)據(jù)庫(kù)，并可建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)。

4 洪澤湖大堤安全監(jiān)測(cè)情況

4.1 洪澤湖大堤概況

洪澤湖大堤位于洪澤湖東岸，北起淮陰區(qū)碼頭鎮(zhèn)，南至盱眙張莊高地，全長(zhǎng)67.25 km，逐步將土堤加設(shè)石工墻。洪澤湖大堤上承淮河上中游15.8萬(wàn)km2的洪水，下保蘇北里下河地區(qū)農(nóng)田和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，必須確保安全。它和沿堤建筑物三河閘、二河閘等工程構(gòu)成了洪澤湖控制樞紐工程，發(fā)揮著防洪、灌溉、城市供水、水產(chǎn)航運(yùn)等綜合效益。

洪澤湖大堤為I級(jí)水工建筑物，其設(shè)計(jì)水位16.0 m，校核水位17.0 m，有效吹程30 km，正向風(fēng)速十級(jí)(V=26.5 m/s)，波高采用2.2 m，防浪林臺(tái)及防浪林一起消能70%，堤頂高程19.5～20.0 m，湖底平均高程10.5 m，防浪林臺(tái)面高程14.5 m。大堤土質(zhì)以粉質(zhì)黏土為主占60%～70%，其次為重粉質(zhì)壤土及黏土和粉質(zhì)土層，10.0～10.5 m以上為人工填土。

4.2 洪澤湖大堤安全監(jiān)測(cè)情況

根據(jù)工程級(jí)別、地形地質(zhì)、水文氣象條件、建成時(shí)間及管理運(yùn)用要求，目前省管段洪澤湖大堤開(kāi)展的安全監(jiān)測(cè)方式主要是巡視檢查和常規(guī)監(jiān)測(cè)。巡視檢查主要包括人工檢查與圖像視頻監(jiān)視，建立堤防巡視檢查小組，并設(shè)14組視頻監(jiān)控。常規(guī)檢測(cè)主要有垂直位移監(jiān)測(cè)和滲流監(jiān)測(cè)，其中滲流監(jiān)測(cè)包括測(cè)壓管水位(浸潤(rùn)線)監(jiān)測(cè)和滲流量監(jiān)測(cè)。大堤共布置5個(gè)垂直位移觀測(cè)斷面共計(jì)37個(gè)垂直位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，每年汛前、汛后進(jìn)行垂直位移觀測(cè)；設(shè)有8個(gè)測(cè)壓管觀測(cè)斷面，共計(jì)36根測(cè)壓管，每半個(gè)月觀測(cè)1次；堤后滲流量觀測(cè)設(shè)6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每周觀測(cè)1次。人工巡查、視頻監(jiān)視和觀測(cè)監(jiān)測(cè)組成洪澤湖大堤安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)方式相輔相成，為確保堤防保持安全穩(wěn)定狀態(tài)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前，洪澤湖大堤巡視檢查和常規(guī)監(jiān)測(cè)的原始記錄、圖表、影像資料以及全部資料整編分析成果均建檔保存，尚未建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

水利是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和命脈，是生態(tài)環(huán)境改善不可分割的保障體系，其興衰關(guān)系到民生福祉，必須滿(mǎn)足新時(shí)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的要求。堤防工程是水利工程的重要組成部分，肩負(fù)著維持水利工程正常運(yùn)行，保障河道沿線企業(yè)經(jīng)營(yíng)、居民生活、良田豐收的重要使命。堤防工程監(jiān)測(cè)則是保證堤防工程安全穩(wěn)定的重要手段之一，但因堤防工程堤線長(zhǎng)、級(jí)別多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管理單位人員普通不足等問(wèn)題，堤防工程安全監(jiān)測(cè)工作仍需進(jìn)一步加強(qiáng)和規(guī)范，切實(shí)落實(shí)“強(qiáng)監(jiān)管”要求，并積極推廣現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備，提高安全監(jiān)測(cè)效率，確保堤防工程的安全運(yùn)行。