結合喀臘塑克水利工程實例探析大壩工程安全監測控制

□魏 波（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局）

0 前言

水利工程的安全既關系著水利設施的效益發揮，又關系著人民的生命和財產安全。大壩工程也不例外，大壩的安全出現問題影響著水利樞紐應有功能和效益的發揮，一旦大壩發生事故，附近的居民將會遭受生命安全危險。因此需要對大壩中存在的某些不安全因素進行監測，以確保大壩的安全運行，并且隨著大壩安全監測技術的飛速發展，各類監測儀器設備的日趨精準，為大壩的安全監測提供了新的方法和新的處理手段，保障了大壩安全運行。

1 大壩安全監測控制的重要性

大壩安全監測控制一般包括兩個部分：監測技術控制和監測人員控制。

1.1 安全監測技術控制

大壩安全監測技術控制的內容因安全監測手段和相應的監測設施的不同而不同，一般來說，大壩工程的規模越大，監測工作量就越大，需要的監測設施也就越多，其擋水建筑物大壩所承擔的風險也就越高。因此應盡量從結構設計和工程處理上保障大壩的安全和項目監測設施的完善。同時還要不斷地維護和管理監測設施，如對于監測了很多年的大壩，已基本清楚效應量的變化規律能否減少觀測次數；對于效應監測量非常重要，工程部分施工質量存在問題的，相應部位能否加強觀測；隨著科技的飛速發展，如何實現監測信息的快速反饋，如何實現監測量的自動監測，以實現大壩安全監測更好地服務于大壩的運行管理等。這些內容對于發揮大壩安全監測的作用具有重要意義，因此應科學管理大壩安全監測工作，探尋出一個高質量的控制方式，以實現對安全監測數據的有效采集和處理，這對于確保非常時期的大壩安全尤為重要。

1.2 安全監測人事控制

安全監測人事控制與工程的管理體制、監測技術的改進有著直接的關系。如：伴隨著改革不斷深化，水利工程出現了私有企業的管理形式，使得大壩工程安全監測控制更具有靈活性；一個健康的大壩使用安全監測自動化系統，能夠有效地提高安全監測的質量，節約安全監測人員成本，反之則會加大監測人員的勞動強度[1]。

2 實例分析——喀臘塑克水利工程大壩安全監測控制研究

2.1 工程概況

喀臘塑克水利工程為新疆北疆供水工程的重要水源工程之一，大壩正常蓄水位739 m，死水位680 m，水庫庫容20.45億m3，電站裝機容量140 MW，年發電量5.19億度。大壩安全監測結合計算機技術，實行監測及采集自動化處理。

2.2 監測過程中出現的問題

監測過程中出現的問題主要有：監測設施較多，給管理及分析帶來了難度；受施工環境的影響，壩內埋設的應變監測設施存在一定問題；安全監測工作人員的工作方式不固定，受其他因素的影響，如：爆破、施工等，測量無法按時進行。

2.3 大壩安全監測技術控制方式研究

2.3.1 儀器布置優化

由于監測系統關系著大壩安全，監測儀器的布設和測量難以做到空間的連續性，這就決定了大壩安全監測系統布置優化的重要性及對監測部位的選擇，盡量將儀器設備布置在最科學合理的地方，以節約監測經費及獲取有用的數據。反之則可能遺漏一些重要的先兆信息或異常跡象，甚至無法得到可靠的監測數據，降低了監測系統應用的功能。因此監測儀器布置優化應精選監測斷面，嚴格對斷面進行分層（關鍵斷面、重要斷面、一般斷面）布置儀器；不要對同一部位布置多種監測儀器，關鍵及重要部位除外；應盡量減少中間測站的數量、監測儀器的種類，以提高監測網絡結構的緊湊性和及時維護、更新測量系統；綜合考慮監測儀器的選型問題，使之符合自動化系統布置的需要；提高監測儀器的使用效率。2.3.2優化研究成果

監測斷面優化大壩關鍵監測部位有2處；提出了工程變形監測統一基準的建議，提出了框架網絡結構方案，提出了優化壩區變形控制網，優化倒垂系統、高程監測系統等措施。

2.4 數字監控的應用

數字監控首次實現了在全壩全過程三維有限元仿真分析的基礎上對該大壩的安全評估。即在大壩從施工到運行的全過程中，把儀器檢測、三維有限元實時數值分析、反分析、預報分析與決策支持有機地結合起來，形成大壩數字監控系統，從而將水利工程大壩安全監控水平上到一個新的臺階[2]。

在大壩的設計、施工和運行管理中，數字仿真和儀器觀測是兩個強有力的工具，但過去它們是由不同的人在不同的時間分別進行的。它們各自具有本身的優點和缺點，因此它們所發揮的作用，受到了很大限制。大壩的數字監控是從工程開工、施工到運行期，同時進行數字仿真和儀器監測，使兩者優勢互補，發揮1+1＞2的作用，再加上反分析與決策支持系統，形成強大的大壩安全監控系統。

大壩的數字監控，在施工期間可給出當時的溫度場和應力場，并根據當時大壩實際狀態及預定的施工計劃預報運行期的應力場和安全系數，如發現問題可及時采取對策，避免出現事故。在運行期，可以充分反映施工過程各項因素的影響及儀器觀測資料，對大壩做出比較切合實際的安全評估。利用數字監控，適當擴充，還可以建立數字大壩，有利于大壩的管理。在目前條件下，用一臺微機，每周上機一次，即可完成全部計算，運用方便，所費不多，收效顯著。數字監控系統結構和功能如圖1所示。

圖1 大壩數字監控系統結構和功能示意圖

2.5 大壩工程安全監測人事優化控制

對于安全監測人員的安排遵循了以下原則：

第一，周期性的對大壩安全、數據信息進行觀測，在特殊情況下還要進行加測，如：洪水、地震等情況。

第二，充分考慮觀測項目間的聯系，對建筑物進行全面觀測、重點觀測，對于有直接關聯的原因量和效應量，做到同步觀測。

第三，不間斷的對建筑物進行觀測，觀測的設備、方法在相當一段時期內較為固定。

第四，不隨意降低觀測數據的精度指標，以確保其真實性和可靠性。

第五，對于異常的觀測資料要及時上報上層領導。

3 結語

通過文章分析可以看出水利工程中的大壩工程安全監測控制的重要性，尤其是在大壩工程建設快速發展過程中。研究表明對水利工程中大壩安全監測控制是大壩安監發展的必然趨勢，這就需要我國大壩工程的研究者和工作者首先要加強保護和管理好全監測設施，從而保障設施的完好率和資料的連續可靠性；其次要重視計算機在工程中的應用，提高數據處理效率，推進大壩安全監測系統自動化建設邁入一個新的臺階；最后為了充分發揮大壩安全監測的“耳目”作用，必須要加強設計、施工和管理單位自身行為，這樣才能確保大壩安全監測工作全過程有效地控制。

[1]何玉春,謝明勇.水庫大壩安全觀測與運行管理工程實踐[J].水利技術監督，2009（1）：71-72.

[2]楊杰.大壩安全監控中若干不確定性問題的分析方法與應用研究[D].河海大學，2006：5-19.