水電站大壩安全監(jiān)測(cè)存在的問題及對(duì)策

李坤軍 馬業(yè)鑫

【摘 要】水電站大壩的受力情況比較復(fù)雜，受各種因素的影響，工作狀況隨時(shí)都在變化，而大壩的缺陷又具有隱蔽性、漸變性等特點(diǎn)，隨著時(shí)間的推移，將逐漸暴露，不時(shí)地會(huì)出現(xiàn)異常現(xiàn)象。而水工安全監(jiān)測(cè)工作是確保大壩長(zhǎng)期安全運(yùn)行的重要手段。本文歸納了水電站大壩安全監(jiān)測(cè)存在的問題，對(duì)加強(qiáng)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)提出了對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】水電站大壩；安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化；觀測(cè)資料；監(jiān)測(cè)設(shè)備

一、水電站大壩監(jiān)測(cè)狀況

水電站大壩的安全監(jiān)測(cè)，是指運(yùn)用特定的儀器設(shè)備，對(duì)大壩主體、大壩地基部位、大壩附近的岸坡以及大壩周邊自然狀況所做的觀測(cè)和巡查。對(duì)于水電站大壩進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)，有利于在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)大壩的安全隱患，采取適當(dāng)?shù)拇胧┫@些隱患，確保水電站大壩質(zhì)量安全，保護(hù)大壩附近居民的健康和財(cái)產(chǎn)安全。

截至目前，我國(guó)各地共有約8.5萬(wàn)座大中型水庫(kù)，這些水庫(kù)運(yùn)行狀況基本平穩(wěn)，尤其是某些性能穩(wěn)定的大型水庫(kù)。但是，由于受到社會(huì)歷史因素的影響，各種類型的水電站大壩在具體運(yùn)行過程中也暴露出了一些安全隱患，其中部分大壩成為隱患較為集中的區(qū)域，大壩的主體存在風(fēng)險(xiǎn)，隨時(shí)有決堤、潰塌的可能性。這些危險(xiǎn)性較高的水電站大壩很有可能在外界氣候條件和水文條件發(fā)生改變時(shí)，給當(dāng)?shù)鼐用裨斐蓢?yán)重災(zāi)害。因此，在發(fā)現(xiàn)大壩安全隱患的初期，我們就要果斷采取加固措施，確保水庫(kù)功能的正常發(fā)揮。

二、水電站大壩安全監(jiān)測(cè)中存在的問題

（一）安全監(jiān)測(cè)措施存在的問題

大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求以及現(xiàn)代化管理工作的需要，大多數(shù)大壩的安全監(jiān)測(cè)設(shè)施存在不同程度的問題，如觀測(cè)設(shè)施陳舊、精度低、可靠性差；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置不合理，缺少某些必要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，有些比較小的壩則基本沒有監(jiān)測(cè)設(shè)施；施工期間及移交前期管理混亂，易造成觀測(cè)設(shè)施遭受人為的破壞；觀測(cè)工作中斷，資料丟失等。

（二）大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化問題

大壩原型觀測(cè)數(shù)據(jù)的采集傳輸應(yīng)做到準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)，尤其要保證在暴雨、大風(fēng)、地震等惡劣條件下測(cè)讀數(shù)據(jù)的可靠性、適時(shí)性。而目前絕大多數(shù)水電廠大壩還是采用人工施測(cè)，很難保證在惡劣條件下采集數(shù)據(jù)的可靠、及時(shí)。由于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)讀快、準(zhǔn)確性高、傳輸和處理迅速，可改善觀測(cè)條件和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，因而近幾年有一部分大壩相繼實(shí)施監(jiān)測(cè)自動(dòng)化改造工程，但因規(guī)劃不周、儀器穩(wěn)定性差等原因，大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作遭到挫折和反復(fù)。

（三）水工觀測(cè)資料分析問題

目前水電廠水工觀測(cè)人員對(duì)觀測(cè)資料整理分析工作內(nèi)容包括月報(bào)表、日常資料整編以及年度觀測(cè)成果初步分析等，分析評(píng)價(jià)深度只停留在短期的定性分析， 缺乏系統(tǒng)性與綜合性，使觀測(cè)成果不能完整、客觀地反映大壩安全狀況。

三、水電站大壩安全監(jiān)測(cè)的內(nèi)容

（一）監(jiān)測(cè)事項(xiàng)

1、對(duì)大壩周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)

包括對(duì)水庫(kù)上游和下游水位高低、水庫(kù)水溫、空氣環(huán)境溫度、大壩底部泥土淤積程度和大壩下游的淤泥沖擊程度的監(jiān)測(cè)。

2、對(duì)水流滲出和大壩形狀變化的監(jiān)測(cè)

對(duì)水流滲出的監(jiān)測(cè)，包括對(duì)水流滲出量、環(huán)繞大壩的水流量、滲出水流的透明程度以及化學(xué)性質(zhì)、混凝土材料的揚(yáng)壓作用力、土石材料的浸潤(rùn)程度、大壩地基的水分滲透能力以及導(dǎo)入水流滲入能力的監(jiān)測(cè)；對(duì)大壩形狀變化的監(jiān)測(cè)，包括對(duì)大壩主體水平方向和垂直方向位置移動(dòng)的監(jiān)測(cè)、對(duì)大壩接縫部位和裂隙的監(jiān)測(cè)、對(duì)混凝土材料傾斜程度的監(jiān)測(cè)，以及對(duì)土石材料固結(jié)程度的監(jiān)測(cè)等。

（二）監(jiān)測(cè)對(duì)象

1、大壩的主體部分

技術(shù)人員要檢查相鄰大壩段落之間的錯(cuò)位狀況、伸縮面與止水狀況、大壩表面情況、大壩道壁情況以及較寬縫隙內(nèi)部有無漏水現(xiàn)象發(fā)生。還要注意觀察混凝土材料有無缺損、溶解和腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，檢查排水孔是否處于正常工作狀態(tài)中，觀察水分滲漏量和水質(zhì)有沒有發(fā)生明顯的改變。

2、大壩的地基和大壩肩部

要檢查基礎(chǔ)性的巖石主體是否受到了擠壓，是否發(fā)生了松動(dòng)、錯(cuò)位、凸起現(xiàn)象，大壩主體與巖石基礎(chǔ)性部位的結(jié)合接縫處是否發(fā)生了松動(dòng)或者滲水，大壩肩部有無明顯的裂縫、滑落、侵蝕等現(xiàn)象。另外，大壩基礎(chǔ)部位的排水功能也是一個(gè)重要的監(jiān)測(cè)對(duì)象，它關(guān)系到排水設(shè)施的工作狀態(tài)、水分滲出量、水體渾濁程度等因素。

四、加強(qiáng)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)的對(duì)策

（一）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)設(shè)施、儀器設(shè)備的管理工作

1、戶外設(shè)施中，水準(zhǔn)工作基點(diǎn)盡量設(shè)在山體平洞中，區(qū)段沉陷點(diǎn)應(yīng)設(shè)立永久性保護(hù)牌，測(cè)點(diǎn)安設(shè)應(yīng)規(guī)范化，混凝土澆筑紅色瓷片飾面，這樣既美觀，又提醒人們對(duì)它的重視，投資不大，效果明顯；平面控制網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)建立永久性觀測(cè)亭，既可以保護(hù)設(shè)施，又可以美化裝點(diǎn)環(huán)境。

2、戶內(nèi)設(shè)施中，對(duì)于照明線路，采用雙路電源，一路為36V 電源作為儀器烘烤及工作用電，夏、秋季節(jié)全天投入；對(duì)于大壩廊道內(nèi)的工作環(huán)境，為了消除結(jié)露或潮濕對(duì)設(shè)施的影響，對(duì)觀測(cè)房墻抹上防結(jié)露材料、室內(nèi)設(shè)置吸濕機(jī)以及封堵所有與大氣對(duì)流的門洞，以隔絕外界濕熱空氣的竄入，觀測(cè)時(shí)，把門打開交換空氣。

（二）強(qiáng)化日常觀測(cè)管理工作

在大壩日常觀測(cè)工作中，保持觀測(cè)人員的穩(wěn)定，重點(diǎn)觀測(cè)項(xiàng)目實(shí)行專人負(fù)責(zé)，以保證觀測(cè)項(xiàng)目不誤時(shí)、不缺項(xiàng)、不漏測(cè)；為保證觀測(cè)精度滿足規(guī)范要求，每次觀測(cè)完畢后即刻進(jìn)行整理計(jì)算，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常立刻查找原因，以便返工或加以修正，并做好記錄，對(duì)觀測(cè)成果資料進(jìn)行認(rèn)真校核。

（三）加強(qiáng)觀測(cè)資料分析工作

1、深化觀測(cè)資料分析工作

為了使觀測(cè)資料成果客觀、真實(shí)地反映大壩實(shí)際變化，更好地服務(wù)于大壩安全，分析工作不能只停留在短期的定性分析和單項(xiàng)定量分析上，要以聯(lián)系的、全面的、系統(tǒng)的觀點(diǎn)去綜合分析，加強(qiáng)與大專院校、科研單位的合作，采取多種分析方法，如統(tǒng)計(jì)模型、確定性模型，對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，建立預(yù)報(bào)模型且提出分階段大壩監(jiān)控指標(biāo)，要找出影響壩體最不利的運(yùn)行工況，以對(duì)大壩運(yùn)行提出指導(dǎo)性意見。

2、對(duì)水工觀測(cè)資料實(shí)行微機(jī)管理

建立、完善水工觀測(cè)資料管理系統(tǒng)，將歷史的、現(xiàn)在的各種觀測(cè)資料全部輸進(jìn)計(jì)算機(jī)且能進(jìn)行水工觀測(cè)資料的數(shù)據(jù)處理工作，不僅能進(jìn)行測(cè)點(diǎn)位移計(jì)算、觀測(cè)資料整理整編工作，還能進(jìn)行過程線、相關(guān)曲線的點(diǎn)繪和觀測(cè)成果綜合分析及觀測(cè)信息資料（ 如歷史考證數(shù)據(jù)、異常記錄、設(shè)備設(shè)施檔案等） 的處理工作，從而達(dá)到當(dāng)需要各類成果資料時(shí)，只要打開管理庫(kù)便一目了然，既方便、快速又準(zhǔn)確、可靠。

（四）加強(qiáng)對(duì)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)的推廣和應(yīng)用

1、水平移動(dòng)設(shè)施

隨著電子科技和通訊科技的快速發(fā)展，各國(guó)都致力于發(fā)展遙感測(cè)量設(shè)備，并開始推廣自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。水電站大壩變形檢測(cè)的遙感測(cè)量裝置包括：電機(jī)設(shè)備、光電設(shè)備、感應(yīng)設(shè)備和激光設(shè)備。目前，我國(guó)應(yīng)用較廣的大壩安全監(jiān)測(cè)水平移動(dòng)技術(shù)設(shè)備有垂線和引張用線兩種。

常見的坐標(biāo)儀器有感應(yīng)式儀器和電機(jī)式儀器，其中電機(jī)式坐標(biāo)裝置利用紅外線的探頭來跟蹤設(shè)定的垂線，通過對(duì)電機(jī)電壓和脈沖的計(jì)量，來獲得垂線位置的具體移動(dòng)情況。感應(yīng)式裝置采用電感和電容相關(guān)原理制作而成，其中的電容裝置測(cè)量和閱讀速度較快，但是對(duì)周邊環(huán)境的要求也相對(duì)高一些。同時(shí)，這種裝置內(nèi)部的線路過長(zhǎng)，很容易偏離中心。電機(jī)裝置測(cè)量和閱讀的速度偏慢，但是對(duì)周邊環(huán)境的要求不是很高，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和耐久性較好。

2、垂直移動(dòng)設(shè)施

水電站大壩的垂直移動(dòng)設(shè)施多運(yùn)用靜力系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，系統(tǒng)在檢測(cè)水平移動(dòng)的同時(shí)，還能檢測(cè)垂直移動(dòng)的距離。光電坐標(biāo)系統(tǒng)是采用物鏡設(shè)備將特定的圖形投影在集成裝置上面，通過特定的線路來轉(zhuǎn)換成垂直移動(dòng)。激光式設(shè)備是用激光來進(jìn)行檢測(cè)的裝置。在現(xiàn)實(shí)的監(jiān)測(cè)活動(dòng)中，運(yùn)用范圍較廣的是變壓器儀器和電容儀器。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上，大壩安全是公共安全問題，關(guān)系到社會(huì)的穩(wěn)定。我國(guó)屬于壩工大國(guó)，強(qiáng)化大壩安全管理是刻不容緩的事情。大壩安全監(jiān)測(cè)作為一個(gè)跨學(xué)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(qiáng)。水電站監(jiān)測(cè)技術(shù)人員要結(jié)合水電站安全監(jiān)管的現(xiàn)狀，不斷提高安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性程度，同時(shí)運(yùn)用最新的技術(shù)研發(fā)成果，將大壩的安全監(jiān)測(cè)工作做好。

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