大坝安全监测的内涵简析

李宏伟

（中国水电建设集团十五工程局科研设计院 陕西 咸阳 712000）

大坝与其他建筑物相比，有其鲜明的特殊性：投资数额巨大，但效益也很显著；失事即会造成很严重损失甚至灾难；坝体的结构及运行环境亦即大坝的工作环境非常复杂；项目设计、施工和大坝运行、维护管理任务非常艰巨。因此，只有通过对大坝的全方位的安全监测，才能准确掌握大坝的工作性态。

1 大坝安全因素分析

有资料显示，经过对大坝失事概率与原因分析，仅有11%是大坝老化、主体质变(开裂、侵蚀和风化)及施工质量等原因而失事；而设计洪水位较低、设备无法正常运行，引起洪水漫顶导致失事占30%；基础失稳、地质因素和意外结构事故约占27%；地下渗漏引起扬压力太高、渗流量变大和渗透坡降过大占到20%；其他特殊因素只占12%。

由此说明大坝失事涉及的范围广、因素多。一般可分为3类：①由设计、施工以及自然因素引起的失事，大坝一旦建成失事因素就已潜在。如设计的洪水位偏低、混凝土标号过小、抗震等级不够等，这种情况没有从量变到质变的积累过程；②冲刷、侵蚀、老化、锈蚀等运行、管理过程中形成的，有一个从量变到质变的积累过程；③前两种情况混合作用，即设计、施工中的问题没有得到改正；在运行过程中，由于管理问题而导致设计、施工中的隐患演变为事故。

1.1 设计因素

在设计阶段，坝址所处的地形、地质状况、水文条件及地震信息；枢纽的总体布局、坝型结构、各分区材料构成、水文资料和洪水演算、地质勘探等方面都是影响大坝安全的重要因素。比如在1980年，乌江渡水库泄洪水雾引起开关站出线相间短路跳闸、线烧断，泄洪闸门不能开启，究根结底还是由于大坝整体布置不合理所导致。所以，大坝的安全隐患大多在设计阶段已潜存下来。

1.2 施工阶段

大坝项目的实施必须严格按照设计方案施工，以确保工程质量，同时还必须注意及时解决施工中出现的新情况、新问题。比如土石坝的碾压、混凝土坝的温控及防渗排水处理、泄洪建筑物的机电安装等都会直接影响大坝的安全，必须严格标准，规范施工，始终把质量放在首位。喀什一级大坝就因密实度太低，强震时发生液化和沉陷而失事。

1.3 运行管理

对大坝的运行管理必须涵盖对水库的调度、附属机电设施、大坝维护、监测手段及资料分析、大坝安全状况评价等。发生在1969年佛子岭大坝的漫顶事故，就是由于汛期不合理地抬高了运行水位所致；这充分体现了备用电源、汛前检查有关泄洪设备在这方面是非常有必要的。所以，对大坝进行全方位的巡视检查、仪器监测等都是非常必要且必不可少的。联合调度在梯级水库调度中显得更为重要。

2 大坝安全监测的内涵及拓展

校核设计、改进施工和评价大坝安全状况等充分体现了大坝安全监测的重要作用。评估大坝安全性能是核心，准确掌握大坝安全性态，充分发挥工程效益，节约工程投资，保护下游生命财产安全是大坝安全监测的根本目的。

2.1 监测范围和因素

影响大坝安全的因素多、范围大。比如泄洪设施和设备及电源的可靠性、梯级水库的运行状况及大坝安全状况、下游冲刷及上游淤积、周边较大规模的施工特别是地下施工爆破等。坝体、坝基和坝肩以及对大坝安全有重大影响的近坝区岸坡、与大坝安全有直接关系的建筑物构成了大坝安全监测的范围。大坝安全监测的时间应从设计开始直至运行管理。大坝安全监测的范围应根据大坝所选地址、各种枢纽布置、坝体的高度、库容及失事后果等确定，可以由坝体、坝基推广到库区及梯级水库大坝。大坝安全监测的内容有坝体结构、地质状况、辅助机电设备及泄洪消能建筑物等。

2.2 大坝安全监测的针对性

大坝最容易出现安全问题的关键时期包括大坝施工期、初次蓄水期和大坝老化期。设计参数的复核和施工质量的检验以及施工中出现的新情况新问题是施工期监测的重点所在，而后者应针对材料老化和设计复核进行。

坝址、坝型和结构不同，就要采用不一样的监测方法。如针对面板堆石坝主要监测面板与趾板之间的防渗、破碎地基及深覆盖层上筑坝的基础处理及防渗、高强震地区均质土坝的液化；对于碾压混凝土坝重点在层间结构、薄拱坝坝肩的稳定、比较多的泥沙河流出现的泥沙淤积、库岸高边坡的稳定等。如果出现了总体布置不合理，泄洪水雾就极有可能引起跳闸等问题，所以要加强对雾化的监测和汛期备用电源的检查等。大坝监测应和大坝设计、施工与运行管理相互补充，特别是出现新的结构、施工过程中应用新材料、施工中使用新方法，如果施工中出现新的地质构造和地质条件以及运行中遇到不利工况时，就必须进行全方位监测，从而为采取必要的工程措施提供分析依据。

2.3 监测手段和方法

大坝安全监测手段和方法目前国内最常用的就是巡视检查和仪器监测。巡视检查就是借助国内外先进的仪器和技术，对大坝进行全方位的、精确度比较高的全面检查，尽可能地做到早期发现隐患、准确有效的做出解决方案。目前比较推荐使用的有高密度电阻率法、中间梯度法、瞬态面波法，均可达到隐患定位及严重程度的准确判定。大坝边界条件和环境因素比较复杂，再加上材料出现的非线性，使监测工作难度有了很大程度的增大，仪器的监测一般仅限于“点(小范围)监测”；变形(渗流)测点监测的是坝体(基)综合反应，所以比较难以进行具体情况的分析。 为此，必须坚持各种监测手段和方法并重，把定性和定量监测结合，实现立体式、全天候、即时化和全方位状况监测。

大坝安全监测自动化系统存在费用高、稳定性和可靠性难以完全保证、监测项目不全、安装调试与维护困难、实时化程度低等问题，为此，费用低、安装调试简单、易维护、可以进行大范围监测、实时性高的系统才是发展方向。

2.4 大坝安全监测的网络化和智能化

在以往，大坝观测资料由专职机构负责分析，导致不能及时掌握大坝性态、有效进行最优的运行调度。资料分析只是利用建立数学模型(统计模型)，与具体的大坝和设计标准不是很紧密。而大坝安全监测自动化并非对全部监测的项目数据能进行自动的采集，单一凭监控指标来判别大坝安全肯定存在很大方面的局限性。目前的监控指标主要是依靠工作中的经验和理论积累数据计算确定，前者无疑存在很大的人为因素，后者由于存在边界条件的假设、计算理论和数学模型的局限，导致产生较大误差。比如土石坝，当上游库出现水位突然降低时，而测压管水位是不会超过我们监控指标的，但此时上游坝体很有可能出现失稳。从1987年到现在，我国对水电站、大坝安全进行定期检查 (鉴定)，组织专家们对大坝结构性态和安全状况进行全面评价，并取得明显成效。因此，使用的大坝安全评估软件必须与大坝安全定检内容相适应，应用专家系统与决策支持系统把大坝安全定检与监测资料分析结合，实现与大坝监测数据采集系统、闸门监控系统、水雨情测报系统、水库自动调度系统等的有机结合。

自动监测系统必须要实现巡测、在线诊断以及报警的全自动化。由于许多测值超差均系自动化系统本身引起，所以在数据采集软件设计中应增加：当某一个测值或其变化的速率超过正常范围的时候，自动检测系统要立即对该测点进行再次的不定时、多密度的重复测量，对提高系统维护和资料分析提出更多、更准确的数据，以确保监测的质量。

大坝安全监测应实现全国大坝安全监测信息网络化，并不断向智能化迈进，努力实现效益的最大化目标。

3 结语

大坝安全监测包括信息采集、分析、处理措施和信息反馈。

(1)大坝安全监测时间上应从设计之时开始；在空间上应包括梯级水库；在内容上应包括与大坝安全有关的泄洪及机电设备等因素。

(2)大坝安全监测必须坚持把大坝安全评估与设计标准、设计参数等指标有机结合，与气象、水情、洪水预报及水库调度相结合。

(3)大坝安全监测要与时俱进，努力实现即时化、智能化、网络化。

总之，大坝安全监测就是要全方位、全时空综合运用一切科学合理的有效手段，力争用最少的投入来保证大坝长期、稳定、安全运行，努力追求效益的最大化。陕西水利

[1]邢林声.纪村混凝土坝基红层的恶化及其原因分析［J］.水利学报，1996，(9).

[2]谢向文.黄河下游堤防隐患探测技术研究［J］.水利技术监督，2000，(4)：20-24.