大壩安全監測的內涵簡析

李宏偉

（中國水電建設集團十五工程局科研設計院 陜西 咸陽 712000）

大壩與其他建筑物相比，有其鮮明的特殊性：投資數額巨大，但效益也很顯著；失事即會造成很嚴重損失甚至災難；壩體的結構及運行環境亦即大壩的工作環境非常復雜；項目設計、施工和大壩運行、維護管理任務非常艱巨。因此，只有通過對大壩的全方位的安全監測，才能準確掌握大壩的工作性態。

1 大壩安全因素分析

有資料顯示，經過對大壩失事概率與原因分析，僅有11%是大壩老化、主體質變(開裂、侵蝕和風化)及施工質量等原因而失事；而設計洪水位較低、設備無法正常運行，引起洪水漫頂導致失事占30%；基礎失穩、地質因素和意外結構事故約占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。如設計的洪水位偏低、混凝土標號過小、抗震等級不夠等，這種情況沒有從量變到質變的積累過程；②沖刷、侵蝕、老化、銹蝕等運行、管理過程中形成的，有一個從量變到質變的積累過程；③前兩種情況混合作用，即設計、施工中的問題沒有得到改正；在運行過程中，由于管理問題而導致設計、施工中的隱患演變為事故。

1.1 設計因素

在設計階段，壩址所處的地形、地質狀況、水文條件及地震信息；樞紐的總體布局、壩型結構、各分區材料構成、水文資料和洪水演算、地質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站出線相間短路跳閘、線燒斷，泄洪閘門不能開啟，究根結底還是由于大壩整體布置不合理所導致。所以，大壩的安全隱患大多在設計階段已潛存下來。

1.2 施工階段

大壩項目的實施必須嚴格按照設計方案施工，以確保工程質量，同時還必須注意及時解決施工中出現的新情況、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，必須嚴格標準，規范施工，始終把質量放在首位。喀什一級大壩就因密實度太低，強震時發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度、附屬機電設施、大壩維護、監測手段及資料分析、大壩安全狀況評價等。發生在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；這充分體現了備用電源、汛前檢查有關泄洪設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、儀器監測等都是非常必要且必不可少的。聯合調度在梯級水庫調度中顯得更為重要。

2 大壩安全監測的內涵及拓展

校核設計、改進施工和評價大壩安全狀況等充分體現了大壩安全監測的重要作用。評估大壩安全性能是核心，準確掌握大壩安全性態，充分發揮工程效益，節約工程投資，保護下游生命財產安全是大壩安全監測的根本目的。

2.1 監測范圍和因素

影響大壩安全的因素多、范圍大。比如泄洪設施和設備及電源的可靠性、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岸坡、與大壩安全有直接關系的建筑物構成了大壩安全監測的范圍。大壩安全監測的時間應從設計開始直至運行管理。大壩安全監測的范圍應根據大壩所選地址、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、壩基推廣到庫區及梯級水庫大壩。大壩安全監測的內容有壩體結構、地質狀況、輔助機電設備及泄洪消能建筑物等。

2.2 大壩安全監測的針對性

大壩最容易出現安全問題的關鍵時期包括大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期。設計參數的復核和施工質量的檢驗以及施工中出現的新情況新問題是施工期監測的重點所在，而后者應針對材料老化和設計復核進行。

壩址、壩型和結構不同，就要采用不一樣的監測方法。如針對面板堆石壩主要監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處理及防滲、高強震地區均質土壩的液化；對于碾壓混凝土壩重點在層間結構、薄拱壩壩肩的穩定、比較多的泥沙河流出現的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩定等。如果出現了總體布置不合理，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測和汛期備用電源的檢查等。大壩監測應和大壩設計、施工與運行管理相互補充，特別是出現新的結構、施工過程中應用新材料、施工中使用新方法，如果施工中出現新的地質構造和地質條件以及運行中遇到不利工況時，就必須進行全方位監測，從而為采取必要的工程措施提供分析依據。

2.3 監測手段和方法

大壩安全監測手段和方法目前國內最常用的就是巡視檢查和儀器監測。巡視檢查就是借助國內外先進的儀器和技術，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現隱患、準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、瞬態面波法，均可達到隱患定位及嚴重程度的準確判定。大壩邊界條件和環境因素比較復雜，再加上材料出現的非線性，使監測工作難度有了很大程度的增大，儀器的監測一般僅限于“點(小范圍)監測”；變形(滲流)測點監測的是壩體(基)綜合反應，所以比較難以進行具體情況的分析。 為此，必須堅持各種監測手段和方法并重，把定性和定量監測結合，實現立體式、全天候、即時化和全方位狀況監測。

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

2.4 大壩安全監測的網絡化和智能化

在以往，大壩觀測資料由專職機構負責分析，導致不能及時掌握大壩性態、有效進行最優的運行調度。資料分析只是利用建立數學模型(統計模型)，與具體的大壩和設計標準不是很緊密。而大壩安全監測自動化并非對全部監測的項目數據能進行自動的采集，單一憑監控指標來判別大壩安全肯定存在很大方面的局限性。目前的監控指標主要是依靠工作中的經驗和理論積累數據計算確定，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、計算理論和數學模型的局限，導致產生較大誤差。比如土石壩，當上游庫出現水位突然降低時，而測壓管水位是不會超過我們監控指標的，但此時上游壩體很有可能出現失穩。從1987年到現在，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構性態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容相適應，應用專家系統與決策支持系統把大壩安全定檢與監測資料分析結合，實現與大壩監測數據采集系統、閘門監控系統、水雨情測報系統、水庫自動調度系統等的有機結合。

自動監測系統必須要實現巡測、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本身引起，所以在數據采集軟件設計中應增加：當某一個測值或其變化的速率超過正常范圍的時候，自動檢測系統要立即對該測點進行再次的不定時、多密度的重復測量，對提高系統維護和資料分析提出更多、更準確的數據，以確保監測的質量。

大壩安全監測應實現全國大壩安全監測信息網絡化，并不斷向智能化邁進，努力實現效益的最大化目標。

3 結語

大壩安全監測包括信息采集、分析、處理措施和信息反饋。

(1)大壩安全監測時間上應從設計之時開始；在空間上應包括梯級水庫；在內容上應包括與大壩安全有關的泄洪及機電設備等因素。

(2)大壩安全監測必須堅持把大壩安全評估與設計標準、設計參數等指標有機結合，與氣象、水情、洪水預報及水庫調度相結合。

(3)大壩安全監測要與時俱進，努力實現即時化、智能化、網絡化。

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

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

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