水庫運行期安全監測及事故預判

劉 艷

(新疆下坂地水利樞紐工程建設管理局，新疆 喀什 844000)

0 引 言

水庫建成投入使用之后，會受到多方面因素的共同影響，容易各種安全風險和危險事故。為實時掌握水庫的運行狀態，就必須加強安全監測和事故預判。水庫規模比較大，影響水庫安全運行的因素又比較多，傳統粗放式的安全監測，已經難以滿足現代化水庫安全運行的需求，需要加大新技術、新設備、新管理理念的應用，才能最大限度上保證水庫運行的安全性。基于此，開展水庫運行期安全監測與事故預判的分析研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

新疆下坂地水利樞紐工程位于新疆塔里木河源流葉爾羌河主要支流之一的塔什庫爾干河中下游。該工程是塔里木河流域近期綜合治理中唯一的山區水庫樞紐工程，主要任務是以生態補水及春旱供水為主，結合發電的綜合性Ⅱ等大(2)型工程。水庫正常擋水位2960m，總庫容8.67億m3，電站總裝機150MW。樞紐建筑物由攔河壩、導流泄洪洞、引水發電洞和電站廠房四部分組成。大壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，壩頂高程2966.00m，最大壩高78m。導流泄洪洞布置在右岸，引水發電洞布置在左岸，穿越哈木勒提溝拐向正東。電站廠房布置在壩址下游8.5km河道的左岸。工程總投資約18.5億元人民幣。主要工程施工工期2006年3月1日至2009年6月30日，2020年12月通過竣工驗收。

2 水庫運行期安全監測的內容

影響水庫安全運行的因素比較多，需要監測的內容也比較多，為保證水庫始終在安全可靠的狀態下運行，必須結合實際情況，明確水庫運行期安全監測的內容，就案例工程而言，主要包括以下5個方面：

2.1 壩體監測

水庫壩體監測的內容主要體現在3個方面，包括外部變形監測、內部變形監測以及防滲墻檢測。

外部變形監測：案例工程在2016年和2017年對壩體外部變形進行了全面監測，檢測結果表明，樞紐永久性變形監測網安全可靠，壩體在運行期間，水平方向壩體總體表現為：向下游、向河槽方向變形，豎直方向表現為沉降。壩體最大向下游變形為EM3-5測點的76.49mm；向右最大變形為EM2-2測點的49.7mm，向左最大變形為EM2-12測點的54.2mm；壩體中部沉降大、兩側沉降小，壩體最大沉降變形發生在上游壩體為EM1-7測點，最值為285.30mm。壩0+65斷面壩軸線下游8m磁環沉降管累計沉降過程線如圖1所示。

圖1 壩0+65斷面壩軸線下游8m磁環沉降管累計沉降過程線

內部變形監測：古河槽部位壩體軸線下游35.6m處ES06測點的累計沉降變形量比較大，最大的量值為269mm，占壩體總高度的0.5%，壩體各測管單點沉降最大值發生在壩體高度三分之一到二分之一的位置。磁環測管的最大單點沉降量為0+300斷面軸線下游79.9m處2903.5m高程的78mm。歷年沉降監測數據雖有小幅增大的變化，但增幅不大，大壩的沉降變形總體上是趨于收斂的。測斜管左右岸方向觀測結果表明，左右兩側壩體有逐步向中間變形的趨勢。尤其是蓄水之后，左側壩體向右岸最大變形值為19mm，右側壩壩體左岸最大變形值達到29mm。大壩內部水平方向的變形總體上和外部變形測量成果基本吻合，符合大壩荷載運行期間變形規律的要求。

防滲墻監測：大壩蓄水之前，左右兩岸混凝土防滲墻上下游面的中部、頂部、河槽最深處混凝土防滲墻的下游面和部分區域出現了一定的拉應力，通過實際監測，最大的拉應力為0+160樁號，2858m高程的S03測點，最大拉應力達到1.35MPa，并未超過設計抗拉強度1.4MPa。而蓄水之后，混凝土防滲墻全斷面處于壓應力工作狀態，混凝土防滲墻的工作應力狀態得到了有效改善，蓄水之后混凝土防滲墻的最大撓度變化幅度不超過1mm。

2.2 導流泄洪洞監測

導流泄洪洞監測也是水庫運行期安全監測的主要內容，需要是度三岔口部位和導流洞進口部位進行監測。部位不同，監測的方法也不相同。

三岔口部位監測：埋設初期圍巖變形舌頭段0+421.0樁號頂拱長大量達到7.0mm，之后的變形逐步趨于穩定。同時監測斷面頂部圍巖變形量要大于兩邊墻圍巖變形，同觀測部位淺層圍巖變形大于深層圍巖變形。錨桿拉應力基本上和圍巖變形成對應關系。錨桿最大應力為高洞室段0+441樁號頂拱部位，量值為278.4MPa，其余測點錨桿應力逐漸收斂，量值基本上在-76.9-118.1MPa之間。

導流洞進口部位監測：弧形閘門門軸拉錨筋及門軸后深層基巖錨桿應力為12.2-50.2MPa，測值穩定。

2.3 引水發電洞監測

上平段0+148m斷面圍巖變形以張開變形為主，最大變形8.4mm，洞0+148m斷面錨桿最大拉應力156.2MPa。洞0+148m最大鋼筋拉應力發生在洞頂，最值為17.7MPa，而洞室底部的測值發生突變，由-200MPa多突變至-500MPa[1]。

2.4 地下廠房監測

本工程主廠房圍巖和副廠房圍巖的變形，都以張開為主，在進行變形監測中，變形主要 集中在測點埋設的初期，期間最大值為5.4mm，發生在副廠房和縱向中間樁號的頂拱，在分布上呈現出縱向樁號中部大于兩側，可同斷面頂拱部的大于邊墻。圍巖錨桿應力分布和變形應力分布基本對應，最大值為134.7MPa，其余量值都比較小，目前本工程廠房圍巖變形基本上趨于穩定狀態。地下廠房廠(縱)0+23.2m斷面圍巖錨桿應力過程線如圖2所示。

圖2 地下廠房廠(縱)0+23.2m斷面圍巖錨桿應力過程線

2.5 滲流及滲流量監測

工程下游壩體的浸潤線較低，浸潤高程在2895-2900m高程之間，受庫水位影響較小；下游基礎內2860m高程的測點滲壓水位在2886.788-2901.553m之間；下游基礎內28612m高程的測點滲壓水位在2884.998-2903.677之間。

左岸繞壩滲流測點與庫水位相關密切，庫水位最高時(2957.9m高程)，UP-A-G七個測點的滲壓水位分別為2939.56m、2928.96m、2926.15m、2925.39m、2912.64m、2895.77m、2890.96m。

2014年之前最大滲流量為28.97L/s。2012年左、右兩岸補強灌漿效果不明顯，2014年再次補強灌漿，壩底廊道滲流量有較明顯改善。2017至2019年滲流量有逐年小幅增加的情況。2019年最大滲流量為12.61L/s。

3 水庫運行期安全事故預判方法

事故預判是發現和處理水庫運行期安全問題的主要手段，在進行水庫運行期安全事故預判中可采取直接判定法和綜合判定法。要先用前者進行預判，如果無法直接判定，再用綜合判定法進行判定。

在采用直接判定法中，只要水庫運行期安全監測結果符合以下任何一項要素，都可以判定為重大事故隱患。

1)水庫運行期安全鑒定為三類，按照《水庫大壩安全鑒定辦法》的要求和規定，三類壩就是低于洪水標準低于部頒發水泥樞紐工程除險加固近期非常運用洪水標準，或者是工程存在嚴重安全隱患，無法按照設計要求正常運行的大壩工程。

2)壩體出現裂縫，引起滲水、漏水問題。

3)壩體滲漏明顯異常，并且壩體上出現了嚴重的流土、漏洞、管涌等安全問題。

4)水庫大壩閘門主要承重構件出現了裂縫、門體止水裝置老化、損壞滲漏等都出現了超出規范的要求。并且閘門在啟閉中出現了異常振動、卡阻等。卷揚式啟閉機鋼絲繩達到報廢標準，但未進行報廢處理。

5)泄水建筑物堵塞無法泄洪或者行洪設施不符合相關要求。

在應用判定法時，主要水庫運行期安全監測結果，滿足任意3項基礎條件+任意3項物的不安全狀態就表明該水庫存在重大事故隱患[2]。

基礎條件為：水庫運行管理機構和管理制度不健全，管理人員職責不夠模明晰；大壩安全監測、防汛交通、通信等管理設置不夠完善；水庫在運行中調度規程、水庫大壩安全管理應急預案未制定出來或者沒有及時報批；不能按照審批的調度規程進行科學合理的調度運用，也沒有按照相關規范和標準，開展全方位的巡視檢查和安全監測，難以實時掌握大壩的安全運行狀態；大壩養護和維修不夠及時，處于不安全的工作狀態或者是不完整的工作狀態。

物的不安全狀態：水庫大壩沒有嚴格按照相關的規定進行安全鑒定。水庫大壩的安全鑒定依據為《水庫大壩安全鑒定辦法》；大壩的抗震安全性綜合評價級別為C級，主要依據是《水庫大壩安全評價導則》，如果大壩的抗震安全評價為C級，就是不安全或者的大壩工程，需要及時處理；大壩泄洪洞、溢流面等位置出現了大面積汽蝕現象；壩體混凝土老化嚴重，碳化嚴重，表面出現了大量裂縫；針對白蟻災害區域的土壩，沒有進行科學有效的白蟻防治工作；閘門液壓式啟閉機缸體或者活塞桿上出現裂紋，或者有明顯的變形和扭曲等。

4 提升水庫運行期安全監測和事故預判準確的措施

4.1 細化監測方法

在選擇水庫運行期安全監測方法時，需要充分結合水庫的實際情況，編制出專用強、實用性好、可操作性強的規范。水庫運行期安全監測設計時必須嚴格遵循少而精、設備耐久性比較強的原則，所選擇的監測設備，必須操作簡單、易于維護、耐久性好，尤其是對各種預埋設備而言，隨著使用年限的增加，必然會出現一定程度的損壞和老化，無法更換或者難以更換的水庫運行期安全監測的儀器設備必須有一定的富余量[3]。監測方法可采取傳統的人工監測法，自動化監測并不是水庫運行期安全監測的明智之舉，不但費用昂貴，監測項目有限，而且可靠性比較差，容易失竊。水庫運行期安全監測和事故預判的準確性離不開完善監測設施的支持，需要結合水庫安全運行實際管理情況，逐步完善各種基礎設施，為水庫運行期安全監測和事故預判提供真實有效的數據支持。

4.2 嚴格落實好水庫運行安全法規

水庫運行安全法規是水庫運維管理的主要參考和依據，針對目前很多水庫管理單位，存在違法執行嚴重的問題，需要進一步加強水泥行業的法規建設[4]。近年來，我國水利部門逐步頒發了很多水庫運行管理、養護管理、安全管理、安全監測方面的技術指標和法律規范。對水庫運行期安全監測和事故預判準確性的提升起到了很大的推動作用。在水庫運行期安全監測中，需要每位工作人員，都能熟練地掌握各種法律法規和技術標準，并在實際工作中嚴格執行，才能保證水庫始終處于安全可靠的運行狀態。

4.3 應用一體化信息管理系統

水庫運行期安全監測與事故預判具有很強的復雜性，內容多，需要考慮的因素比較多，為保證水庫運行期安全監測與事故預判得準確，為出險加固提供真實的數據參考，需要采用統一的系統架構和平臺，研發出一套集基本信息、雨水情、安全監測、防洪調度、興利調度、視頻監控等多種功能為以提升的水庫信息化解決方案。以實現對水庫運行期安全情況的實時監測，促使水庫安全管理更加科學和便利。

5 結 語

綜上所述，結合工程實例，分析了水庫運行期安全監測及事故預判，分析結果表明，水庫運行安全與否，直接關系到水庫工程運行的穩定性，以及下游居民的財產和生命安全。因此，必須高度重視水庫運行期安全監測及事故預判工作。需要結合實際情況下，立足預判判定標準，并采取科學有效的方法及措施，才能保證水庫始終處于安全穩定的運行狀態，最大限度上發揮出水庫的價值和作用，促使我國水庫事業持續健康地發展。