淺談大壩安全監(jiān)測

王曉霞 王海龍

（中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司，陜西 西安 710065）

水，是人類和一切生物生存所不可缺少的自然資源之一，沒有水就沒有生命。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民物質(zhì)和文化生活水平的不斷提高，人類對水資源的需求量也日益增長。為了能夠合理利用水資源，使其能更好地為人類服務(wù)，人們開始修建水利工程以達到“興水利，除水害”的目的。

修建水庫蓄水，既可調(diào)節(jié)水量，以豐補枯，抬高水頭發(fā)電，又可灌溉，防洪，養(yǎng)魚，且能夠攔截部分泥沙，防止水土流失，收到綜合利用水資源的目的。但修建水庫大壩也隱含著很多風險，大壩的修建會打破江河流域原來的生態(tài)平衡，會對水環(huán)境產(chǎn)生不良的影響，如果大壩失事或潰決將會給人類生命財產(chǎn)帶來嚴重損失。因此，世界各國政府對水壩的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行以及監(jiān)測都進行了一定程度的管理和控制。

隨著世界各國水資源的不斷開發(fā)和利用，大壩及其它類型的水工建筑物，數(shù)量、規(guī)模都在不斷增加和擴大，與此同時，大壩失事現(xiàn)象也頻頻出現(xiàn)。例如，五十年代末法國的馬爾巴塞雙曲拱壩和六十年代初意大利瓦依昂拱壩先后失事及1975年8月我國的河南板橋和石漫灘水庫潰壩，1990年青海溝后水庫失事等，都給國家和人民的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失，也因此使人們意識到：要規(guī)避風險，充分發(fā)揮工程效益，首先要從工程勘測、規(guī)劃、設(shè)計做起，做到萬無一失；在工程施工階段要對工程施工的每一個環(huán)節(jié)加以控制，充分保證水庫大壩的工程質(zhì)量，這是實現(xiàn)工程安全的主要保證，但是，究竟什么才是大壩的安全？當然不只是不失事或尚未失事就算安全。W.珀儲(奧地利)曾在國際大壩委員會關(guān)于大壩安全的第59號公報將它定義為：“大壩的安全表現(xiàn)為不存在任何可導致其損壞或破壞的條件或發(fā)展趨勢。因此，為安全起見，大壩的設(shè)計必須留有適當?shù)陌踩嗟?，必須考慮在大壩使用壽命內(nèi)能抵御正常運行以及異常災(zāi)禍可能出現(xiàn)的各種不利情況?！?/p>

大壩安全監(jiān)測即對任何施工、蓄水和運行的水庫大壩及其它水工建筑物布設(shè)監(jiān)測系統(tǒng)，通過量測壩體及基礎(chǔ)變形滲壓滲流、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)等，以了解大壩及基礎(chǔ)性狀的演變趨勢，發(fā)現(xiàn)危及安全的異常因素，預測預報大壩安全性態(tài)，以便能把有可能發(fā)現(xiàn)的事故損失降低到最小程度。進行大壩安全監(jiān)測，有助于認識各種觀測量的變化規(guī)律和成因機理，以確保大壩安全，能夠反饋大壩設(shè)計、指導施工和大壩運行，推動壩工理論的發(fā)展，提高大壩運行的綜合效益。

20世紀20年代以來，人們逐漸意識到大壩安全的重要性，各國專家、工程技術(shù)人員紛紛開始對大壩安全監(jiān)測的各個環(huán)節(jié)進行研究和開發(fā)。自60年代以來，世界各國都在竟相發(fā)展大壩安全監(jiān)測技術(shù)，為了鄭重地闡述大壩技術(shù)的專業(yè)性要求和已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的錯誤和失誤，國際大壩委員會于1973年出版了一本名為“大壩的事故教訓”的綜合性手冊，并且在1983年又附上了一份名為“大壩和水庫的失效——舉例和分析”的報告。這些報告和手冊是關(guān)心大壩安全和從事大壩監(jiān)測工作的工程技術(shù)人員不可多得的寶貴財富。到了80年代大壩安全監(jiān)測發(fā)展迅速，人們對安全監(jiān)測的認識更趨全面，觀測范圍進一步擴大，新的儀器也不斷涌現(xiàn)，觀測手段更加先進，自動化監(jiān)測系統(tǒng)有較快的發(fā)展，數(shù)據(jù)處理向在線實時控制發(fā)展，反饋分析成果豐碩。隨著國產(chǎn)第一個監(jiān)測自動化系統(tǒng)在東江拱壩安裝成功，標志著我國大壩自動化監(jiān)測已進入了實用階段。90年代至今，隨著電子、計算機、通信等技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展和滲透，大壩安全監(jiān)測已經(jīng)進入全面自動化的階段，數(shù)據(jù)的采集、處理、解釋分析都可由自動化系統(tǒng)完成，并且自動化監(jiān)測逐漸趨向成熟化與實用化，如：意大利開始發(fā)展無線遙測技術(shù)；美國、加拿大利用衛(wèi)星遙測謠傳監(jiān)測信息；2003年年底，南水大壩配置了徠卡公司生產(chǎn)的TCA2003全站儀 (又稱測量機器人)，實現(xiàn)了測量機器人在大壩監(jiān)測網(wǎng)測量中的應(yīng)用，使我國的監(jiān)測技術(shù)又邁向了一個新臺階等。監(jiān)控分析的數(shù)學模型呈現(xiàn)多樣化形式，除統(tǒng)計模型、確定性模型外，時間序列、灰色理論、模糊數(shù)學、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、有限元法和混沌動力學的分析等多種理論和方法被紛紛引入大壩安全監(jiān)測資料和大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)的正反分析。監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計也逐漸趨向開放型，分布式，網(wǎng)絡(luò)化，在大壩安全監(jiān)測儀器、觀測方法等研究方面均出現(xiàn)一些新特點和新方向，并取得喜人的進展和成果，如：大壩CT技術(shù)，光纖傳感技術(shù)，滲流熱監(jiān)測技術(shù)，“4S”技術(shù)CDMA通信技術(shù)等。

近年來，許多20世紀60、70年代修建，目前正在運行的病險水庫都進行了除險加固，大壩安全監(jiān)測項目得到了更新、完善，各個監(jiān)測項目在檢驗除險加固效果的同時，監(jiān)視著大壩的運行性態(tài)，部分除險加固的大壩采用了最新的自動化技術(shù)，實現(xiàn)了大壩安全監(jiān)測及其管理現(xiàn)代化。大壩安全監(jiān)測自動化最初是從應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測開始的，但由于變形監(jiān)測能直觀地反映大壩運行性態(tài)出現(xiàn)異常，最終都是通過變形測值出現(xiàn)異常得到反映的。但是，目前在大壩安全監(jiān)測方面仍存在設(shè)計布置的監(jiān)測項目和測點的不合理，方法繁瑣落后，儀器設(shè)備選型不當?shù)膯栴}，以致造成人力、物力、財力的損失和浪費，影響監(jiān)測成果的真實性和可靠性，難以解決大壩監(jiān)測中需解決的實際問題。由此可見，在大壩安全監(jiān)測設(shè)計過程中，要提高監(jiān)測系統(tǒng)的有效性，監(jiān)測項目的確定、測點的合理布置和儀器的選型是很重要的環(huán)節(jié)，這些應(yīng)在嚴格按照規(guī)范要求下結(jié)合工程實際問題進行。同時還要確保監(jiān)測系統(tǒng)由負責的、有經(jīng)驗的技術(shù)人員管理，并結(jié)合經(jīng)常及定期的現(xiàn)場檢查，對壩的安全進行評價。

大壩安全是公共安全問題，關(guān)系到社會的穩(wěn)定。我國屬于壩工大國，強化大壩安全管理是刻不容緩的事情。大壩安全監(jiān)測作為一個跨學科跨專業(yè)的綜合性工程領(lǐng)域，其工作涉及面廣，技術(shù)難度大，專業(yè)性強；儀器儀表的埋設(shè)與安裝穿插于主體工程施工之中，現(xiàn)場協(xié)調(diào)工作量大；對于特大型工程，由于建筑物種類多，土石方和混凝土工程量十分巨大，施工時間長，給安全監(jiān)測工程提出了許多新問題；在施工中經(jīng)常提出一些臨時需要監(jiān)測的項目。這些特點增加了管理和監(jiān)理工作的難度，同時也對工作人員和工作方式提出了高要求，需要多方面專家共同研究和探索。

[1]潘家錚.國際上大壩安全監(jiān)測情況的分析和評論[J].大壩與安全，1995(3).

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[3]張建豐，等.林皋水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].西安理工大學水利水電土木建筑研究設(shè)計院，1997.

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