大壩安全管理信息系統(tǒng)在大壩高邊坡日常監(jiān)管中的應(yīng)用

徐金英 胡明庭

摘 要：大壩高邊坡是大壩設(shè)計、施工和運行階段的關(guān)鍵技術(shù)問題，本文以華電集團某大壩高邊坡為例，詳細介紹華電集團大壩安全管理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集及錄入、數(shù)據(jù)檢查及記錄、報告報表制作、監(jiān)督管理等功能在大壩高邊坡日常監(jiān)管中的應(yīng)用，為大壩高邊坡日常監(jiān)管工作提供有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：大壩安全管理信息系統(tǒng);大壩高邊坡;日常監(jiān)管;數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)檢查;報告報表

中圖分類號：TV641? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）10-0158-03

1研究背景

水電能源是一種清潔的可再生資源，開發(fā)水電資源是實現(xiàn)可再生能源發(fā)展、改善我國能源結(jié)構(gòu)、推動我國能源轉(zhuǎn)型、兌現(xiàn)《巴黎協(xié)定》承諾[1]的重大舉措。我國西南地區(qū)有著高聳的峽谷，擁有修建高壩大庫的天然優(yōu)良壩址[2]，開發(fā)西南山區(qū)的水電資源是當代經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展的必然選擇。高壩大庫的修建意味著工程規(guī)模大、邊坡高[3]、技術(shù)復(fù)雜、施工難度大，這些高壩大庫一旦破壞，后果無可估量，因此，保障高壩大庫的安全建設(shè)和穩(wěn)定運行是當前和今后開發(fā)水電資源的重大問題。據(jù)統(tǒng)計，全球40%的大壩失事是由壩基破壞引起的[2]，而邊坡失穩(wěn)又是壩基破壞的常見形式，因此，關(guān)注大壩高邊坡的穩(wěn)定問題是保障大壩安全建設(shè)和運行的重要研究內(nèi)容。高邊坡開挖支護是保障水利工程建設(shè)的重要基礎(chǔ)工作[4，5，6]，建設(shè)過程中具有施工難度大、技術(shù)要求高等特點。施工完成后，高邊坡的開挖支護工作仍是水利工程的“軟肋”，一旦高邊坡開挖支護部分出現(xiàn)失穩(wěn)，將直接關(guān)乎水利工程的命脈，因此針對大壩高邊坡運行期的日常監(jiān)測和管理工作是大壩主管單位和發(fā)電企業(yè)的重點工作。

華電集團作為國家大型電力央企，確保每座水電站大壩的安全和保障大壩上下游人民的生命和財產(chǎn)安全有著不可推卸的社會責任，為了整體提升集團的大壩安全管理水平和技術(shù)水平，華電集團早在2010年左右，就開啟建立集團大壩安全管理系統(tǒng)V1.0，2017年對大壩系統(tǒng)V1.0進行了全面升級改造，建成了發(fā)電行業(yè)首個基于大壩集群統(tǒng)一安全管理的信息化平臺，平臺構(gòu)建C/S軟件和B/S系統(tǒng)的架構(gòu)模式[7]，業(yè)務(wù)涵蓋大壩安全管理的各項工作，是華電集團大壩安全一體化、集約化、專業(yè)化管理的有力“裝備”。本文基于華電集團烏江流域某大壩高邊坡的日常監(jiān)管工作，結(jié)合華電集團近年來構(gòu)建的大壩集群安全管理信息系統(tǒng)[7]，總結(jié)發(fā)電企業(yè)應(yīng)用大壩安全信息管理系統(tǒng)在大壩高邊坡日常監(jiān)測和管理中的技術(shù)措施和管理經(jīng)驗。

2工程概況

華電集團某電站位于貴州省六廣河河段，大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高115.95米，工程于2002年開工，2006年全部機組轉(zhuǎn)商運行。壩址右壩肩上方的灰?guī)r陡崖上有個危巖體，是壩址范圍規(guī)模最大、危害最嚴重的危巖體，距右壩肩距離140米，分布高程880～1095米。通過分析危巖體地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶水文地質(zhì)條件及巖體風化及卸荷特征，并綜合考慮危巖體所處地理位置，分析確定危巖體可能的破壞模式應(yīng)以剪切（座滑）破壞模式為主，其次以局部崩塌、滑移破壞模式，整體傾倒破壞可能性較小。危巖體的加固處理工作從2003年開始實施，整個危巖體加固處理歷時約10年。2017年危巖體監(jiān)測現(xiàn)狀評估結(jié)論為：危巖體變形和支護結(jié)構(gòu)整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

按照華電集團的統(tǒng)一安排，該大壩于2017年接入集團大壩安全信息管理系統(tǒng)，危巖體作為大壩高邊坡日常監(jiān)測和管理的重點內(nèi)容，集成開展數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢查、報告定制等各項大壩安全信息相關(guān)管理工作。

3大壩安全管理信息系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)采集及錄入

基于危巖體的加固措施和監(jiān)測設(shè)計文件，按部位整理危巖體的監(jiān)測項目為外觀觀測、內(nèi)觀測量、錨固洞、中上部有追挖洞、底部設(shè)有抗滑樁，布置的主要儀器類型有：單向測縫計、雙向裂縫計、多點變位計、錨索測力計、鋼筋計、溫度計及土壓力計等。據(jù)統(tǒng)計，危巖體主要測點為265支，損壞24支，整體儀器完好率為91%，詳細臺賬見表1。

分析各監(jiān)測測點的數(shù)據(jù)來源，主要分為人工和自動化兩種類型，人工數(shù)據(jù)錄入以Excel表和C/S軟件界面?zhèn)魅霝橹?，自動?shù)據(jù)錄入采用自動化數(shù)據(jù)庫接口程序?qū)?，同一測點下設(shè)有自動化數(shù)據(jù)源及人工比測數(shù)據(jù)分量，便于人工和自動化數(shù)據(jù)的相互校準，詳見下圖。

3.2 數(shù)據(jù)檢查及記錄

數(shù)據(jù)檢查及反饋的主要表現(xiàn)為監(jiān)測數(shù)據(jù)越限預(yù)報警，通過設(shè)置監(jiān)測測點的正常范圍上下限、異常范圍上下限、變化速率等指標進行實時評判，及時給出數(shù)據(jù)評判越限預(yù)報警;設(shè)置測點觀測頻次，用于統(tǒng)計監(jiān)測數(shù)據(jù)的缺報漏報次數(shù)及缺失率情況;設(shè)置數(shù)據(jù)入庫（包含自動化錄入和人工錄入）自動審查機制，對存在問題的數(shù)據(jù)給予測值未審核狀態(tài)，需要人工給予審核通過或不通過處理，并對人工審核情況進行統(tǒng)計;針對上述數(shù)據(jù)檢查情況，最終形成檢查記錄單，便于匯總階段性大壩安全管理工作。

3.3 報告報表制作

依據(jù)華電集團大壩安全管理規(guī)定，各大壩主管單位需及時提交周報、月報及年度整編報告至華電集團大壩安全信息管理系統(tǒng)中。因此，針對危巖體的變形和滲流的測值歷史過程線及其布設(shè)位置，繪制圖形、 制作表格及編制Word分析模板，對重要監(jiān)測項目的測值過程線給出分析與數(shù)值統(tǒng)計，最終給出危巖體月度、年度及周分析報告。

3.4 監(jiān)督管理

依據(jù)華電集團的規(guī)定，大壩安全監(jiān)測工作每年設(shè)有技術(shù)監(jiān)督水工專業(yè)現(xiàn)場檢查、集團大壩安全專題會議以及集團水電技術(shù)中心和各區(qū)域公司的日常監(jiān)督檢查等。該大壩高邊坡危巖體在進行2019年危巖體檢查時，發(fā)現(xiàn)部分測點測值有不收斂的狀態(tài)，隨即集團公司聯(lián)合集團水電技術(shù)中心、烏江公司及大壩主管單位、大壩監(jiān)測單位和河海大學(xué)緊急召開大壩危巖體專題會議，結(jié)論認為：部分測點雖呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，但仍在設(shè)計范圍內(nèi);個別測點雖有較大測值，但經(jīng)整體分析危巖體狀態(tài)卻與監(jiān)測測值反應(yīng)情況不符，因此需排除個別測點干擾;綜合評定該大壩高邊坡自2013年開挖支護竣工驗收以來，危巖體和變形支護結(jié)構(gòu)整體趨于穩(wěn)定。

4結(jié)論

保障大壩安全是大壩建設(shè)和運行的首要任務(wù)，大壩安全監(jiān)測作為大壩的“耳目”，用于實時監(jiān)視大壩安全運行狀態(tài)。雖然大壩安全監(jiān)測工作只是大壩安全管理的一部分，僅能反應(yīng)大壩安全狀態(tài)的局部，由于其作為大壩安全狀態(tài)表現(xiàn)的直觀信息，被發(fā)電企業(yè)和大壩主管單位所重視。本文基于華電集團針對大壩安全管理的工作思路，技術(shù)上建成以大壩安全監(jiān)測、監(jiān)控為核心，包含大壩安全管理各項業(yè)務(wù)的統(tǒng)一大壩安全信息管理系統(tǒng)，接入集團全部大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，分層級關(guān)注各大壩監(jiān)測項目，重點分析大壩關(guān)鍵測點信息;管理上按照“集團-區(qū)域-廠級”三級管理體系，涉及大壩安全問題的工作以專題會議的形式，及時研究解決方案，快速解決大壩安全隱患，全力保障大壩安全穩(wěn)定運行。

縱觀我國整個大壩安全管理行業(yè)的技術(shù)導(dǎo)向和管理思路，華電集團從技術(shù)和管理雙向提升、雙向保障集團大壩安全管理經(jīng)驗是可行有效和可觀的，但展望未來，隨著技術(shù)革新和“無人值守、少人維護”管理模式的推進，當前的大壩安全信息管理系統(tǒng)不能滿足未來大壩安全管理的需要，研發(fā)在線監(jiān)控、專家診斷、無人機巡檢、三維可視化、數(shù)字仿真的實際應(yīng)用和實時在線診斷是下一步華電集團開展大壩安全管理研究工作的重點內(nèi)容。

參考文獻：

[1]張博庭.中國水電70年發(fā)展綜述-慶祝中華人民共和國成立70周年[J].水電與抽水蓄能，2019，5（5）：1-6.

[2]徐金英.混凝土大壩-地基-庫水體系非線性動力響應(yīng)分析[D].北京：中國水利水電科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文，2015：1-2.

[3]蒙覃軍.洛古水電站節(jié)理巖體邊坡及壩基穩(wěn)定性分析研究[D].南京：河海大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007：1-11.

[4]劉巖，石繼忠.大壩高邊坡開挖支護工程施工管理質(zhì)量調(diào)控[J].中國水運，2016，16（7）：139-140.

[5]周建軍.隔河巖大壩變形及高邊坡GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)[J].人民長江，1998，29（11）：44-45.

[6]張阿峰.恰甫起海大壩高邊坡GPS監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理及穩(wěn)定性分析[J].廣西水利水電，2014（4）：10-12.

[7]徐金英，胡明庭，潘利坦.關(guān)于大壩集群統(tǒng)一安全管理的研究與應(yīng)用[J].水電與抽水蓄能，2019，5（5）：43-45.