摘 要：從分析影響大壩安全的各種因素入手，在時(shí)空兩個(gè)方面拓寬了大壩安全監測的概念，即大壩安全監測應在時(shí)空上將影響大壩安全的因素考慮在內。在此基礎上，提出：（1）大壩安全監測要有明顯的針對性；（2）重視對潰壩的分析；（3）大壩安全監測應和設計及大壩安全定檢結合起來(lái)，以方便資料分析和相互校核；（4）加強對大壩安全監測（包括監測系統），特別是自動(dòng)化系統的效益評估，要求大壩安全監測系統成為水庫運行調度的依據，真正為提高水庫效益服務(wù)；（5）通過(guò)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，實(shí)現大壩安全監測的網(wǎng)絡(luò )化，以方便經(jīng)驗交流，提高監測技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：大壩安全監測；時(shí)空；運行管理；網(wǎng)絡(luò )��

　　眾所周知，大壩是一種特殊建筑物，其特殊性主要表現在如下3個(gè)方面：①投資及效益的巨大和失事后造成災難的嚴重性；②結構、邊界條件及運行環(huán)境的復雜性；③設計、施工、運行維護的經(jīng)驗性、不確定性和涉及內容的廣泛性。以上特殊性說(shuō)明了要準確了解大壩工作性態(tài)，只能通過(guò)大壩安全監測來(lái)實(shí)現，同時(shí)也說(shuō)明了大壩安全監測的重要性。事實(shí)上，大壩安全監測已受到人們的廣泛重視，我國已先后頒布了差阻式儀器標準及監測儀器系列型譜、《水電站大壩安全檢查實(shí)施細則》、《混凝大壩安全監測技術(shù)規范》、《水庫大壩安全管理條例》、《土石壩安全監測技術(shù)規范》等，同時(shí)，國際大壩會(huì )議也多次討論過(guò)大壩安全問(wèn)題[1].

　　大壩安全監測是人們了解大壩運行性態(tài)和安全狀況的有效手段。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、管理水平的提高及人們觀(guān)念的轉變，大壩安全監測的內涵也進(jìn)一步加深。為此，筆者從分析影響大壩安全的因素入手，對大壩安全監測的若干問(wèn)題進(jìn)行探討。

　　1影響大壩安全的因素

　　影響大壩安全的因素很多，據國際大壩會(huì )議“關(guān)于水壩和水庫惡化”小組委員會(huì )記錄的1 100座大壩失事實(shí)例，從1950年至1975年大壩失事的概率和成因分析中得出大壩失事的頻率和成因分別為：30%是由于設計洪水位偏低和泄洪設備失靈引起洪水漫頂而失事；27%是由于地質(zhì)條件復雜，基礎失穩和意外結構事故；20%是由于地下滲漏引起揚壓力過(guò)高、滲流量增大、滲透坡降過(guò)大引起；11%是由于大壩老化、建筑材料變質(zhì)（開(kāi)裂、侵蝕和風(fēng)化）以及施工質(zhì)量等原因；12%是不同的特有原因所致。

　　通過(guò)上面的數值可以作如下分析：大壩失事的原因很多、涉及范圍也很廣，但大致可以分成3類(lèi)。第一類(lèi)是由設計、施工和自然因素引起，它沒(méi)有一個(gè)從量變到質(zhì)變的過(guò)程，而是一旦大壩建成就已確定了的，如設計洪水位偏低、混凝土標號過(guò)低、未考慮地震荷載等；第二類(lèi)是在運行、管理過(guò)程中逐步形成的，有一個(gè)從量變到質(zhì)變的發(fā)展過(guò)程，如沖刷、浸蝕、混凝土的老化、金屬結構的銹蝕等；第三類(lèi)是上述兩種混合情況，即設計、施工中的不完善在運行中得不到改正，或者說(shuō)隨著(zhù)時(shí)間的推移和運行管理的不力使設計、施工中的隱患發(fā)展為破壞。就目前而言，大壩安全監測主要是針對后兩種情況。下面將從設計、施工、運行維護3個(gè)階段來(lái)討論，著(zhù)重強調目前大壩安全監測容易忽視的一些方面。

　　1.1設計階段

　　眾所周知，在設計階段，壩址的確定決定了地形、地質(zhì)、地震發(fā)生頻率及水文條件等；樞紐的總體布置、壩型及結構、材料選擇和分區、水文資料的收集及洪水演算、地質(zhì)勘探等都將影響大壩的安全。1980年6月19日，烏江渡水庫泄洪水霧引起開(kāi)關(guān)站出線(xiàn)相間短路跳閘、引出線(xiàn)燒斷、工地停電，類(lèi)似情況1980年6月23日在黃龍灘、1986年9月3日在白山等也曾發(fā)生。以上事故的發(fā)生引起工地停電和泄洪閘門(mén)不能開(kāi)啟的嚴重后果，均是由于整體布置不合理，對泄洪水霧飄移危害認識不夠所致�？κ惨患壌髩挝挥诟叩卣鹆叶葏^，粘土斜墻壩的抗震性能差，而設計又將防滲膜放在斜墻下游側，形成潛在的最薄弱滑裂面，因而在1985年大地震時(shí)，迎水面滑落庫中，其原因是壩體結構設計不合理。綜上所述，大壩的許多安全隱患是由設計階段留下的，特別是水文計算及地質(zhì)勘探和處理兩個(gè)方面，如紀村壩基紅層問(wèn)題，前期勘探工作不夠是重要原因之一[2].

　　1.2施工階段

　　施工階段能否貫徹設計意圖、確保施工質(zhì)量，特別是有效解決施工中發(fā)現的新問(wèn)題是確保大壩安全的關(guān)鍵因素之一，如混凝土壩的溫控措施、土石壩的碾壓及防滲排水結構的施工、有關(guān)泄洪建筑物的機電安裝等都將直接影響大壩的安全�？κ惨患壌髩卧�1982年施工中，其壩體及防滲墻都未進(jìn)行碾壓，致使密實(shí)度降低，在強震時(shí)容易液化和沉陷，這也是1985年地震時(shí)引起大壩整體破壞原因之一。

　　1.3運行管理

　　運行管理涉及水庫調度、大壩及附屬機電設施檢查、監測手段及資料分析方法、大壩安全狀況評價(jià)等，其中每一環(huán)節都事關(guān)大壩的安全……佛子嶺大壩1969年發(fā)生的漫頂事故，其重要原因就是因為盲目追求灌溉效益，汛期不適當地抬高運行水位所致；陳村大壩出現的105 m高程水平裂縫與大壩長(cháng)期遭遇高溫低水位運行工況有關(guān)[3]；佛子嶺、磨子潭和溝后水庫等在泄洪閘門(mén)開(kāi)啟的關(guān)鍵時(shí)刻都出現了電源中斷這一嚴重問(wèn)題，說(shuō)明了備用電源及汛前檢查有關(guān)泄洪設備（施）的重要性，更不用說(shuō)對大壩進(jìn)行全面的巡視檢查、儀器監測和及時(shí)的資料分析了。這里還要強調的一點(diǎn)就是聯(lián)合調度問(wèn)題，在梯級水庫調度中這一點(diǎn)顯得特別重要，如石漫灘水庫潰壩與上游的元門(mén)水庫潰壩是密不可分的。

　　2大壩安全監測的目的和意義

　　眾所周知，大壩安全監測有校核設計、改進(jìn)施工和評價(jià)大壩安全狀況的作用，且重在評價(jià)大壩安全。筆者認為，大壩安全監測的淺層意義是為了人們準確掌握大壩性態(tài)；深層意義則是為了更好地發(fā)揮工程效益、節約工程投資。大壩安全監測不僅是為了被監測壩的安全評估，還要有利于其他大壩包括待建壩的安全評估。

　　3大壩安全監測的新內涵

　　通過(guò)以上分析可知，影響大壩安全的因素很多（壩址選擇、樞紐布置、壩體結構、材料特性、水庫調度等）、時(shí)間跨度大（從設計施工到運行管理）；大壩安全監測的目的是為了在確保工程安全的前提下，更好地發(fā)揮工程效益。隨著(zhù)科技的發(fā)展、人們觀(guān)念的變化，實(shí)現大壩安全監測的手段和目的都有了一定程度的變化，筆者認為可從如下幾方面進(jìn)行理解。

　　3.1監測范圍和內容

　　規范[4][5]規定“大壩安全監測范圍，包括壩體、壩基、壩肩，以及對大壩安全有重大影響的近壩區岸坡和其它與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物和設備”。眾所周知，瓦依昂（Vajont）拱壩就是由于庫區發(fā)生大滑坡引起了潰壩；1961年3月6日，我國柘溪水電廠(chǎng)首次蓄水時(shí)，在大壩上游右岸1.55 km處也曾發(fā)生大滑坡；佐齊爾拱壩1978年12月份發(fā)現拱冠向上游移動(dòng)的原因就是因為離壩1.5 km的地方在比壩低320 m處開(kāi)挖了一條排放地下水的隧洞所致�？梢�(jiàn)，關(guān)系大壩安全的因素存在的范圍大，包括的內容多，如泄洪設備及電源的可靠性、梯級水庫的運行及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊范圍內大的施工特別是地下施工爆破等。

　　大壩安全監測的范圍應根據壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資及失事后果等進(jìn)行確定，根據具體情況由壩體、壩基推廣到庫區及梯級水庫大壩，大壩安全監測的時(shí)間應從設計時(shí)開(kāi)始直至運行管理，大壩安全監測的內容不僅是壩體結構及地質(zhì)狀況，還應包括輔助機電設備及泄洪消能建筑物等。

　　3.2大壩安全監測的針對性

　　大壩安全監測是針對具體大壩的具體時(shí)期作出的，一定要有鮮明的針對性。

　　（1）時(shí)間上的針對性。

　　由于大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期是大壩安全容易出現問(wèn)題的時(shí)期，因此在前一個(gè)階段監測的重點(diǎn)應是設計參數的復核和施工質(zhì)量的檢驗，而后者則應是針對材料老化[7]和設計復核進(jìn)行。

　　大壩的破壞機理研究至今還是一個(gè)薄弱環(huán)節，關(guān)鍵是原型破壞試驗作不了，因此，加強對潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監測系統在關(guān)鍵時(shí)候能發(fā)揮作用，能得到關(guān)鍵數據；

　　（2）空間結構上的針對性。

　　針對具體的壩址、壩型和結構有針對性地加強監測，如針對面板堆石壩面板與趾板之間的防滲、碾壓混凝土壩的層間結構、高強震地區均質(zhì)土壩的液化、薄拱壩壩肩的穩定、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎處理及防滲、多泥沙河流的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩定等。由于總體布置不合理，泄洪水霧有可能引起跳閘等問(wèn)題，應注意對霧化的監測和汛期對備用電源的檢查等。再者，大壩監測應和大壩設計、施工和運行管理互相補充，特別是在設計中運用新結構、新方法、新材料，施工時(shí)發(fā)現新的地質(zhì)構造和地質(zhì)條件。運行遇到不利工況時(shí)，大壩安全監測理應成為檢驗設計、施工及運行效果的必要手段，從而為采取必要的工程措施以確保大壩安全創(chuàng )造條件。

　　3.3監測手段和方法

　　大壩安全監測包括巡視檢查和儀器監測[4]，筆者認為巡視檢查和儀器監測是分不開(kāi)的。前者也要盡可能的利用當今的先進(jìn)儀器和技術(shù)對大壩特別是隱患進(jìn)行檢查，以便作到早發(fā)現早處理，如土石壩的洞穴、暗縫、軟弱夾層等很難通過(guò)簡(jiǎn)單的人工檢查發(fā)現，因此，必須借用高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態(tài)面波法等進(jìn)行檢查[6]，從而完成對其定位及嚴重程度的判定。人工巡查和儀器監測分不開(kāi)的另一條原因是由于大壩的特殊性和目前儀器監測的水平所決定的。大壩邊界條件和工作環(huán)境較為復雜，同時(shí)，由于材料的非線(xiàn)性（特別是土石壩），從而使監測的難度增大；另一方面，目前儀器監測還只能作到“點(diǎn)（小范圍）監測”，如測縫計只能發(fā)現通過(guò)測點(diǎn)的裂（接）縫開(kāi)度的變化，而不能發(fā)現測點(diǎn)以外裂（接）縫開(kāi)度的變化；變形（滲流）測點(diǎn)監測到的是壩體（基）綜合反應，因而難以進(jìn)行具體情況的原因分析。正是由于上述原因，監測手段和方法必須多樣化，即將各種監測手段和方法[4][5]結合起來(lái)，將定性和定量監測結合起來(lái)，如將傳統的變形、滲流、應力應變及溫度監測同面波法、彩色電視、超聲波、CT、水質(zhì)分析等結合起來(lái)。隨著(zhù)科技水平的發(fā)展，一種真正的“分布式測量系統”——光纖測量系統即將面世，水科院、國電公司成都院等單位已對此作了大量的研究，也曾在三峽作過(guò)試驗。該系統將光纖既作為傳感部件，又作為信號傳輸部件埋設于壩體中，使每一根光纖成為大壩的神經(jīng)，感受大壩性態(tài)的變化并具體定位，從而使監測走向立體和全方位。

　　目前，自動(dòng)化系統還存在費用高、可靠性難以保證、監測項目不全、安裝調試困難、實(shí)時(shí)化程度低等問(wèn)題，筆者認為一種費用低、安裝調試簡(jiǎn)單、易維護、可以進(jìn)行大范圍監測、實(shí)時(shí)性高的系統才是發(fā)展方向。同時(shí)，監測方法、監測量的變化（如由標量到矢量、由數值分析到圖象分析）必將導致分析方法的變化。

　　3.4大壩安全監測的網(wǎng)絡(luò )化、智能化、效益化

　　在過(guò)去的許多年中，人們總是將觀(guān)測資料交由專(zhuān)職單位去分析，這樣做要花費大量的時(shí)間，不利于及時(shí)有效地掌握大壩性態(tài)和進(jìn)行最優(yōu)的運行調度。同時(shí)，一般單位的資料分析總是在建立數學(xué)模型（特別是統計模型）的基礎上，缺乏與具體大壩的聯(lián)系及與設計標準（穩定、強度）的比較，也不利于監測技術(shù)的提高。近期，一些單位在專(zhuān)家系統、人工智能及決策支持系統開(kāi)發(fā)中，直接將監測資料（如庫水位、溫度、應力、揚壓力等）與設計標準（穩定、強度）對照起來(lái)用于壩體強度及穩定校核是一種很好的思路。但是，目前的大壩安全監測自動(dòng)化水平多數還停留在部分監測項目數據的自動(dòng)采集上，難以滿(mǎn)足實(shí)際需要。事實(shí)上單憑監控指標來(lái)判別大壩安全是不完善的，因為目前的監控指標主要依靠經(jīng)驗和理論計算確定。前者人為因素大，后者由于計算理論、數學(xué)模型和邊界條件的假定，誤差也較大，實(shí)際應用也值得商榷。如對于土石壩，當上游庫水位驟降時(shí)測壓管水位不會(huì )超過(guò)監控指標，但此時(shí)上游壩體有可能失穩。我國自1987年開(kāi)始的水電站大壩安全定期檢查（鑒定），是對大壩結構性態(tài)和安全狀況的全面檢查和評價(jià)，已得到廣大科技人員認可，實(shí)踐證明是有效的。它就是根據設計復核、壩基隱患、壩體穩定、泄洪消能、庫區淤積及近壩庫岸滑坡等方面對大壩安全進(jìn)行評價(jià)。因此，大壩安全評估軟件應與大壩安全定檢內容相適應，應用專(zhuān)家系統和決策支持系統將大壩安全定檢的成功經(jīng)驗和監測資料分析的有效方法結合起來(lái)，在此基礎上實(shí)現與大壩監測數據采集系統、閘門(mén)監控系統、水庫自動(dòng)調度系統、水雨情測報系統的有機結合，將大壩安全作為約束條件，效益的最大化作為目標函數才能適應用戶(hù)和時(shí)代的需要。

　　最近，國家防總在建立全國防汛決策支持系統中將大壩安全監測（工情監測）作為整個(gè)系統的一個(gè)部分，從而突出水庫運行以效益為中心，大壩安全是約束條件的觀(guān)點(diǎn)。另一方面，在大壩失事或事故中，洪水漫頂占了相當大的比例。試想：如果大壩某些性態(tài)異�；蜷l門(mén)起閉機損壞，而又不知近期洪水情況，如何在洪水到來(lái)時(shí)確保大壩安全？同時(shí)，運行也會(huì )影響大壩安全，如陳村大壩105 m高程裂縫的出現及發(fā)展與不正確的運行方式有關(guān)；碧口大壩1995年也因泥沙淤積在較短的時(shí)間內將排沙洞口淤堵，威脅了電站安全。故為充分發(fā)揮水庫效益，確保大壩安全，必須盡可能將流域水情、梯級水庫調度情況及洪水預報、大壩安全監測和本水庫運行調度結合起來(lái)。

　　另一方面，目前自動(dòng)監測系統的數據采集軟件均有巡測和選測功能，為適應“無(wú)人值班，少人值守”的要求，設置自動(dòng)進(jìn)行巡測、在線(xiàn)診斷、自動(dòng)報警是對系統的必然要求。由于許多測值超差均由于自動(dòng)化系統本身引起，故筆者建議在數據采集軟件中應增如下功能：即當某測值或其變化速率超過(guò)正常范圍時(shí)，系統應立即對該測點(diǎn)進(jìn)行多次重復測量或自動(dòng)加密測次，以方便系統維護和資料分析。

　　隨著(zhù)信息化的推廣，大壩安全監測應主動(dòng)適應時(shí)代要求，走向網(wǎng)絡(luò )化、智能化，采用網(wǎng)絡(luò )數據庫、INTERNET/INTRANET技術(shù)，建立全國的大壩安全監測信息網(wǎng)是時(shí)代的要求。

　　4結語(yǔ)

　　通過(guò)以上分析可知，大壩安全監測實(shí)際上是一種管理，包括信息采集、處理、結論的得出、措施的制定、信息的反饋，其根本目的是為了工程效益。綜合起來(lái)可以得出如下幾點(diǎn)：

　�。�1）大壩安全監測范圍空間上應包括梯級水庫；時(shí)間上應從設計開(kāi)始。大壩安全監測內容應包括與大壩安全有關(guān)的泄洪及機電設備；

　�。�2）大壩安全監測應與氣象、水情、洪水預報及水庫調度結合起來(lái)，使之成為水庫運行調度決策支持系統的一部分，真正為工程效益的最大化服務(wù)；

　�。�3）大壩安全監測應將大壩安全評估與設計標準、設計參數（如安全系數，可靠度指標）等指標結合起來(lái)，充分利用大壩安全定檢的成功經(jīng)驗和方法，從而易于理解、掌握和應用；

　�。�4）大壩安全監測應充分利用科技進(jìn)步，走向即時(shí)化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化。

　　總之，大壩安全監測就是利用一切手段，確保大壩以較少的投入來(lái)保證長(cháng)期、穩定、安全的運行，實(shí)現效益的最大化。��

　　參考文獻

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