淺談大壩安全監測

王曉霞 王海龍

（中國水利水電建設工程咨詢西北公司，陜西 西安 710065）

水，是人類和一切生物生存所不可缺少的自然資源之一，沒有水就沒有生命。隨著國民經濟的發展，人民物質和文化生活水平的不斷提高，人類對水資源的需求量也日益增長。為了能夠合理利用水資源，使其能更好地為人類服務，人們開始修建水利工程以達到“興水利，除水害”的目的。

修建水庫蓄水，既可調節水量，以豐補枯，抬高水頭發電，又可灌溉，防洪，養魚，且能夠攔截部分泥沙，防止水土流失，收到綜合利用水資源的目的。但修建水庫大壩也隱含著很多風險，大壩的修建會打破江河流域原來的生態平衡，會對水環境產生不良的影響，如果大壩失事或潰決將會給人類生命財產帶來嚴重損失。因此，世界各國政府對水壩的規劃、設計、施工、運行以及監測都進行了一定程度的管理和控制。

隨著世界各國水資源的不斷開發和利用，大壩及其它類型的水工建筑物，數量、規模都在不斷增加和擴大，與此同時，大壩失事現象也頻頻出現。例如，五十年代末法國的馬爾巴塞雙曲拱壩和六十年代初意大利瓦依昂拱壩先后失事及1975年8月我國的河南板橋和石漫灘水庫潰壩，1990年青海溝后水庫失事等，都給國家和人民的生命財產造成了巨大的損失，也因此使人們意識到：要規避風險，充分發揮工程效益，首先要從工程勘測、規劃、設計做起，做到萬無一失；在工程施工階段要對工程施工的每一個環節加以控制，充分保證水庫大壩的工程質量，這是實現工程安全的主要保證，但是，究竟什么才是大壩的安全？當然不只是不失事或尚未失事就算安全。W.珀儲(奧地利)曾在國際大壩委員會關于大壩安全的第59號公報將它定義為：“大壩的安全表現為不存在任何可導致其損壞或破壞的條件或發展趨勢。因此，為安全起見，大壩的設計必須留有適當的安全余地，必須考慮在大壩使用壽命內能抵御正常運行以及異常災禍可能出現的各種不利情況。”

大壩安全監測即對任何施工、蓄水和運行的水庫大壩及其它水工建筑物布設監測系統，通過量測壩體及基礎變形滲壓滲流、應力應變狀態等，以了解大壩及基礎性狀的演變趨勢，發現危及安全的異常因素，預測預報大壩安全性態，以便能把有可能發現的事故損失降低到最小程度。進行大壩安全監測，有助于認識各種觀測量的變化規律和成因機理，以確保大壩安全，能夠反饋大壩設計、指導施工和大壩運行，推動壩工理論的發展，提高大壩運行的綜合效益。

20世紀20年代以來，人們逐漸意識到大壩安全的重要性，各國專家、工程技術人員紛紛開始對大壩安全監測的各個環節進行研究和開發。自60年代以來，世界各國都在竟相發展大壩安全監測技術，為了鄭重地闡述大壩技術的專業性要求和已經發現的錯誤和失誤，國際大壩委員會于1973年出版了一本名為“大壩的事故教訓”的綜合性手冊，并且在1983年又附上了一份名為“大壩和水庫的失效——舉例和分析”的報告。這些報告和手冊是關心大壩安全和從事大壩監測工作的工程技術人員不可多得的寶貴財富。到了80年代大壩安全監測發展迅速，人們對安全監測的認識更趨全面，觀測范圍進一步擴大，新的儀器也不斷涌現，觀測手段更加先進，自動化監測系統有較快的發展，數據處理向在線實時控制發展，反饋分析成果豐碩。隨著國產第一個監測自動化系統在東江拱壩安裝成功，標志著我國大壩自動化監測已進入了實用階段。90年代至今，隨著電子、計算機、通信等技術領域的飛速發展和滲透，大壩安全監測已經進入全面自動化的階段，數據的采集、處理、解釋分析都可由自動化系統完成，并且自動化監測逐漸趨向成熟化與實用化，如：意大利開始發展無線遙測技術；美國、加拿大利用衛星遙測謠傳監測信息；2003年年底，南水大壩配置了徠卡公司生產的TCA2003全站儀 (又稱測量機器人)，實現了測量機器人在大壩監測網測量中的應用，使我國的監測技術又邁向了一個新臺階等。監控分析的數學模型呈現多樣化形式，除統計模型、確定性模型外，時間序列、灰色理論、模糊數學、神經網絡、有限元法和混沌動力學的分析等多種理論和方法被紛紛引入大壩安全監測資料和大壩結構性態的正反分析。監測系統的設計也逐漸趨向開放型，分布式，網絡化，在大壩安全監測儀器、觀測方法等研究方面均出現一些新特點和新方向，并取得喜人的進展和成果，如：大壩CT技術，光纖傳感技術，滲流熱監測技術，“4S”技術CDMA通信技術等。

近年來，許多20世紀60、70年代修建，目前正在運行的病險水庫都進行了除險加固，大壩安全監測項目得到了更新、完善，各個監測項目在檢驗除險加固效果的同時，監視著大壩的運行性態，部分除險加固的大壩采用了最新的自動化技術，實現了大壩安全監測及其管理現代化。大壩安全監測自動化最初是從應力、應變及溫度監測開始的，但由于變形監測能直觀地反映大壩運行性態出現異常，最終都是通過變形測值出現異常得到反映的。但是，目前在大壩安全監測方面仍存在設計布置的監測項目和測點的不合理，方法繁瑣落后，儀器設備選型不當的問題，以致造成人力、物力、財力的損失和浪費，影響監測成果的真實性和可靠性，難以解決大壩監測中需解決的實際問題。由此可見，在大壩安全監測設計過程中，要提高監測系統的有效性，監測項目的確定、測點的合理布置和儀器的選型是很重要的環節，這些應在嚴格按照規范要求下結合工程實際問題進行。同時還要確保監測系統由負責的、有經驗的技術人員管理，并結合經常及定期的現場檢查，對壩的安全進行評價。

大壩安全是公共安全問題，關系到社會的穩定。我國屬于壩工大國，強化大壩安全管理是刻不容緩的事情。大壩安全監測作為一個跨學科跨專業的綜合性工程領域，其工作涉及面廣，技術難度大，專業性強；儀器儀表的埋設與安裝穿插于主體工程施工之中，現場協調工作量大；對于特大型工程，由于建筑物種類多，土石方和混凝土工程量十分巨大，施工時間長，給安全監測工程提出了許多新問題；在施工中經常提出一些臨時需要監測的項目。這些特點增加了管理和監理工作的難度，同時也對工作人員和工作方式提出了高要求，需要多方面專家共同研究和探索。

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[3]張建豐，等.林皋水庫大壩安全監測系統設計[J].西安理工大學水利水電土木建筑研究設計院，1997.

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