水坝设计的安全监控和风险分析

邓安祥

(黔西南州水土保持监测分站，贵州 兴义562400)

0 引 言

安全监控指标一个非常重要的部分，在实际操作中安全监控指标是大坝安全监控的重要组成部分，在大坝的安全管理中是非常重要的一环，在大坝安全监控理论中占有相当重要的地位。在水利工程的长期使用过程中，要随时对大坝进行安全监测，并及对进行除险分析，采取相应措施，做到防患于未然。下面就围绕着水坝的设计和风险分析展开分析。

1 大坝设计存在的主要问题

在正常运用条件下，库水位为设计洪水位时的稳定渗流期，大坝下游坝坡的稳定安全系数不满足规范要求。我国运行年限较长的大坝普遍存在不同程度的渗漏问题。经复核，在各种工况下，出口无保护，大坝浸润线位置及出逸点偏高就易产生渗透破坏。主要原因有:

1)碾压式土石坝填筑料不均匀，压实度或密实度偏低;坝基和坝体防渗设计与处理标准偏低，特别是对谷底老河床位置的冲洪积覆盖层未作彻底挖除，土石坝和部分重力坝清基不彻底，尚残存中等透水的粉土及中细砂，坝基未开挖截水槽，因此坝基在老河床位置存在浅层渗漏问题;下游坝坡、坝脚或坝下游一定范围出现集中渗漏;填筑土质差，渗透系数不能满足规范要求:

2)坝体裂缝造成坝体形成集中渗漏通道。大坝渗漏主要表现为:管涌、散浸、流土等，导致一定范围沼泽化。

受技术和经济条件的影响，我国水坝迎水坡护坡质量差，冲刷、坍塌严重。由于地震裂度及参数不断修改补充以及对地震问题认识不足，抗震标准达不到相应的要求。有的无垫层，混凝土表面骨料裸露。无混凝土护坡的大坝迎水坡疏松脱落［1］。

2 水坝设计的安全监控

大坝的生命周期包括了这么几个状态:正常、故障和失效3个状态。据某水利部门调查的数据显示，所调查的水坝正常状态所占比例为40%，故障所占比例为29%，失效所占比例为31%，结果如表1 所示。依据这3个状态，我们通常把大坝安全监控指标分成两个级别:第一级为大坝正常和故障状态之间的界限点即大坝无故障监控指标。第二级是大坝是否安全的界限点即大坝极限监控指标。所以，大坝的安全监控通常有很多的监测项目和测点。

失效状态和故障状态有很多的特征和表征，这些特征和表征的界限点为状态特征值，即监控系统中的监控指标。一般我们通过下列监测项目来建立监控指标。

图1 水坝的生命周期调查分析

1)坝基扬压力反映了坝基渗透性态，反映了施加于坝基影响坝的稳定和应力的一种荷载，因此，在大坝安全的监控中，坝基扬压力也是相当重要监测指标，这个指标通常与帷幕衰减、坝体失稳有相当大的联系，这对指标监控的意义相当的重要。应力是监控大坝安全的主要监测量，反映坝体和坝基强度、稳定可靠相关的一种物理力学性态指标。

2)变形是相当重要监测指标，反映了坝体坝刚度和整体性的物理力学形态的效应量。大坝的变形和坝体失稳和开裂相当大的联系，中上、下游方向的水平位移是大坝变形指标中一种常见的方式。设计时，本着相对集中与适当分散布置相结合的原则，按施工总进度及施工强度的需要进行规划设计。渗流量在大坝安全的监控中是相当重要监测指标，反映坝体和坝基稳定、耐久性的一种物理力学性态指标。

在实践中如果监测值在安全监控指标的范围之内，大坝就是安全的。通过建立大坝安全监控指标体系后，并检测出来的大坝监测值和建立的安全监控指标进行对照和比较，拿出切实有效的方法来预防大的问题的出现，确保大坝的安全。从这个意义上来讲，安全监控指标能及时发现大坝的安全问题。

3 水坝设计的风险

纵观我国的水坝事故发生概率可以清楚的看出来在中小型水坝中其事故的发生概率较高，而事故的发生原因主要是由于这些水坝在建筑设计时并没有经过严格的设计，其并没有严格的进行水坝设计的风险分析，因而在建筑时便存在较多的风险性以及不安定性，再加上施工质量差且管理不善，为事故的发生埋下了安全隐患，因而在进行睡吧的建筑设计前就应当认真的做好水坝的风险要是分析。

在进行风险识别时需要对于水坝的机电设施、厂房、大坝以及输泄水设施的风险系数分别进行辨识，从而确立出主要的风险因素以及次要的风险要素，以便于对于主要的风险要素着重进行抑制处理。针对不同的风险要进行不同的分析论证，确保风险发生的可能性全部都排除，并且要分析出风险发生的一切后果，做好相应的应对措施。此外，通过对于水坝的风险分析还能够进一步的发现水坝中可能存在的设计以及建筑上的问题。

1)在进行水坝的风险要素分析时发现该区域的水文较为复杂，洪水发生情况多变，因而将其定为主要的风险要素，这样一来就应当在设计时注意这一点，采取一些必要的措施来保证工程的施工质量。

2)在进行水坝的风险要素分析时发现该区域的地壳变化较为频繁，则应当将地震作为风险分析的主要要素，这时就应当对于该区域的地壳变得进行分析预测，并且模拟该区域的地震破坏，通过一些模型试验以及地震破坏度分析来确定地震可能造成的破坏程度。

3)在进行水坝的风险要素分析时发现地基存在一定的缺陷，则应当将这一风险要素放到首位，在进行设计时将地基的加固加入到设计中，从而通过相应的地基加固措施来确保在建成以后设备能够正常的运行。

总而言之就是通过对于水坝设计风险要素分析从而得出存在的一些风险，而后从技术上进行处理，通过相应的处理措施来解决或者抑制风险，从而使其对于工程的影响降到最低［2］。

在进行水坝的设计时要深入现场，观察水库周边植被情况，详细分析病害的原因，应认真分析水库出现病险的原因。水坝设计的风险主要从以下3个方面分析:

1)大坝修建时的填筑情况，是否存在不利填筑面。

2)查清防渗体是否满足要求，有无排水棱体及排水棱体是否失效。

3)坝体断面尺寸是否满足规范要求，当原资料缺失或无资料时，应补充土工实验和地质勘探，认真分析导致大坝出现病害的原因，然后才能对大坝进行科学合理的设计。

［1］李碧荷. 上峰水库大坝施工测量方法初探［J］. 海峡科学，2009(09):30 －31.

［2］梁小勃.GPS 系统在水利工程测量中的应用［J］. 内蒙古水利，2011(03):135 －136.