水库大坝运行期安全监测外包管理

关键词： 坝型 水库

水库大坝运行期安全监测外包管理（精选6篇）

篇1：水库大坝运行期安全监测外包管理

水库大坝运行期安全监测外包管理可行性研究 1 水库大坝运行期安全监测的意义

综观国内外的水库大坝工程建设与运行实践，水库大坝在为人类利用自然资源、改造自然环境、兴利除弊方面发挥巨大作用、创造巨大财富的同时，又具有潜在的重大安全风险。因此，水库大坝的安全运行，不仅关系到电力企业本身的安全生产和经济效益，更关系到大坝下游千百万人民的生命财产安全乃至国民经济的可持续发展。水库大坝安全始终是关系社会公共安全、关系社会稳定的大事，对于从事水库大坝安全监督和安全管理工作的所有人来说，责任重于泰山。

水库大坝作为一个聚集大量能量的特殊建筑物，具有一定的危险性。国内外大量的事例说明，大坝一旦失事，其拦蓄的库水突然下泄将引发严重的次生灾害，带来巨大的财产损失和人员伤亡，引发严重的社会和环境危机。因此大坝安全不仅关系到电厂的安全生产，更关系到上下游人民群众的生命财产安全和社会稳定，是涉及社会公共安全的问题。

大坝安全监测是了解大坝运行形态和安全状况的有效手段，也是大坝运行管理的重要环节。水库大坝是一种特殊的大体积水工建筑物，由于坝区和坝基水文、地质条件的复杂性，以及水压、温度等外部荷载的长期作用，大坝的实际工作性态是无法确知的，在长期荷载的作用下，其结构性态的变异情况则更加难以预估。因此大坝安全运行监控的唯一途径就是在大坝中设置监测仪器系统，通过监测设备获取所在部位的变形、渗流、渗压、应力应变等特征数据，然后采用一定的数学方法和分析模型对这些数据进行处理、计算和综合分析，进而揭示大坝的运行性态、评估大坝的安全状况，为工程运行决策提供科学依据。其作用主要表现在以下几个方面：（1）、保障水库大坝安全运行 水库大坝因设计及施工缺陷、运行管理不当等导致其带病运行，甚至导致溃坝的事例并不少见。在各种荷载、多种自然因素的影响下，大坝安全性态随时都在变化，有些是正常变化，是设计和安全运行许可的，但有些则可能是异常的，是水库大坝安全运行调度要注意的。大坝的安全隐患增加了水库工程对下游人民生命和财产安全的威胁，同时也限制了水资源的合理利用及工程效益的正常发挥，大坝安全监测则能够起到监视及预警工程运行性态、保障水库大坝安全运行的作用，故现代大坝安全监测的首要目的应是保障水库大坝的安全、高效运行，这也是为何对一定规模的工程普遍要求设置相应的监测设施的原因所在。（2）、现代化和法制化工程管理的需要 现代工程管理普遍通过制订相关的法规，来要求和规范大坝安全监测行为，达到指导水库大坝安全运行、规范水库大坝安全管理工作的目的。1991年3月国务院发布的《水库大坝安全管理条例》、1997年电力工业部颁发的《水电站大坝安全管理办法》和《水电站大坝安全监测工作管理规定》、2003年水利部颁发的《水库大坝安全鉴定办法》都是当前我国水库大坝安全管理的法律依据，指导和规范水库大坝安全监测的行政与技术管理。现代社会也要求实行强制的大坝安全监测，规范的大坝安全监测工作是法制在水利行业上的一种具体体现。

(3)、推动工程设计与施工技术的进步 任何科学技术的进步离不开试验研究，但由于大坝工程的特殊性和复杂性，室内试验远不能满足工程技术的研究需要，故大坝工程的设计、施工、分析等技术的进步很大程度上依赖大坝安全监测的成果，通过监测结果来验证和不断改进坝工技术。(4)、为病险工程的诊断和合理加固提供依据 由于水库大坝的历史原因，工程自然老化以及缺乏足够经济支持的维修加固，造成了我国病险水库众多这一特殊现象，大坝监测资料是最能反映大坝安全状况及病险程度的，病险水库的评判离不开对大坝监测资料的分析。一般而言，没有大坝安全监测资料分析的病险水库的诊断在科学上、技术上是欠缺的，所做大坝安全鉴定在工作上是存在不足的，也影响病险加固方案的合理性有效选择，甚至可能造成病险水库的误诊、误治。(5)、评判工程事故及推动监测技术自身的发展 工程事故的发生发展都有一个过程，这一过程中包含有大量事故征兆，往往会在监测资料中留下很多踪迹，通过观测资料分析，可以一定程度上帮助评判工程事故的原因、程度和危害，为事故鉴定及责任划分提供依据。水库大坝运行期安全监测工作的基本任务 水库大坝运行期安全监测工作的基本任务是：

（一）及时发现异常现象或工程隐患，以便采取补救措施，保证大坝安全运行；

（二）了解大坝工作性态，掌握其变化规律，指导大坝运行，提高大坝运行管理水平，为特殊情况下水库调度提供科学的决策依据；

（三）加强监测仪器设备日常维护及检查，保证监测系统始终处于良好的工作状态。3 水库大坝运行期安全监测的工作内容 水库大坝运行期安全监测的工作内容包括：

（1）编制安全监测工作规章和制度，定期开展安全监测并建立安全监测技术档案。

（2）编制安全监测工作月报、年报和不定期专题报告，发现异常情况应及时作专题报告。（3）监测资料整理、整编和监测成果分析

1）日常资料整理必须在每次监测后及时进行，其内容包括仪器监测原始数据的检查、异常值的分析判断、填制报表和绘制过程线以及巡视检查记录的整理等。

2）资料整编是在日常资料整理的基础上，将原始监测资料经过考证、复核、审查、综合整理、初步分析，编印成册，同时将监测资料存入数据库。

3）结合日常资料整理、资料整编及大坝安全详查进行经常性资料分析。发现异常情况应及时分析、判断，对确有问题的，应及时上报。

4）长期监测资料分析一般每隔五年进行一次，也可结合大坝安全定期检查进行。长期监测资料分析应满足下列要求：

①揭示主要监测量的分布规律及变化规律； ②评价大坝工作性态；

③提出主要的大坝安全运行监控指标。

（4）提出监测仪器设备的封存、报废及监测项目的停测报告，经有关部门审批后实施。（5）妥善保护各种监测仪器设备和附属设施，加强监测仪器的日常维护及检查，使系统始终处于良好的工作状态。1）每年汛前汛后结合大坝防汛检查，对安全监测系统作详查。其内容包括：现场检查，审阅系统运行、检查及维护记录，提出监测系统详查报告。

2）每隔五年进行一次安全监测系统的定期检查一般，提出监测系统检查鉴定专题报告。内容应包括监测系统的完备性，监测设施的精度和可靠性，对监测仪器设备封存、报废及监测项目停测的建议以及对安全监测系统的改进意见等。

3）在特殊情况下，如地震、非常洪水、运行条件发生变化以及发现异常情况时，应加强巡视检查，并应增加仪器监测的次数，必要时还应增加监测项目。监测成果应及时整理，并尽快编写专题报告上报。国内已建水库大坝运行期安全监测管理模式及其利弊

电力体制改革后，水电厂的管理模式日益多元化。为了建设现代企业制度，许多电站都进行了公司制改革，大坝安全管理人员数量和素质、管理机构、规章制度、经费落实都面临着许多新的问题。如何在中国特色的社会主义市场经济体制下，加强对水电站大坝的安全管理是摆在我们面前一个紧迫而严峻的课题。

纵观目前国内已建成运行的水库电站运行期安全监测管理模式，主要有以下几种：（1）设置安全监测专业班组，全面履行运行期安全监测职责；

（2）配备安全监测专业技术人员，组织部分外协人员承担运行期安全监测职责；（3）将运行期安全监测工作职能划归相邻专业班组兼顾；（4）通过招标方式选择安全监测队伍；

（5）直接委托安全监测承包商负责运行期安全监测。4.1 几个工程运行期安全监测情况（1）葛洲坝水利枢纽

葛洲坝水利枢纽规模大，建筑物种类多，闸坝多属框架结构，基础地质条件差，因此，设置的安全监测设施比较齐全。监测设施主要有整体联系监测网，闸坝及基础变形监测系统，霸体内部应力应变、温度、接缝监测系统，基础渗流监测系统，基础巡视检查系统。其中整网联测包括平面控制网（坝区基点监测网、直伸边角网、坝顶连续引张线）和38km高程控制网测；闸坝及基础变形监测系统包括正倒垂、引张线、视准线、精密量距、测缝标点、精密水准点等近1000个测点和坝内埋入式仪器近3000个测点；基础渗流监测系统测点总共4000多个。

葛洲坝水利枢纽安全监测项目多，测点分布面广，观测精度要求高，监测工作量大。为了做好运行期监测，运行单位筹建初期就派人参与安全监测仪器设备埋设、安装、调试，收集有关仪器参数，参与验收观测设备，逐步承接观测工作，进而顺利转入运行期安全监测。近年来，运行管理单位有先后多次投入巨资对监测系统进行了自动化改造。

目前葛洲坝水利枢纽运行期安全监测设立了专业班，有各类人员30多人，配备了包括全站仪、水准仪、各类读数仪等较为齐全的监测仪器设备和专门的交通工具。（2）清江高坝洲、隔河岩、水布垭工程

清江流域高坝洲、隔河岩、水布垭三座水电站实行梯级管理调度，成立库坝中心观测班、测量班专职负责三座电站运行期安全监测。公司先后对流域内三座电站安全监测系统进行了改造，1999年对隔河岩水电站基岩变形、沉陷、扬压力、渗流量和坝体温度、应力、裂缝及厂房出口高边坡变形、挠度等监测项目实施了自动化监测改造。2011年对水布垭大坝水管式沉降仪加水系统进行了自动化改造。

库坝中心观测班主要负责内部监测仪器运行期监测数据采集、维护和管理，测量班主要负责外部变形监测，两个班组共有专业人员20多人。此外，公司每年还投入相当大的经费聘请科研机构和大专院校对监测成果进行深入分析。（3）大渡河瀑布沟水电站

瀑布沟水电站库坝监测及水工建筑物维护修补人员共29人，其中领导1人，技术主管2人，班组26人。在班组内部设置班长1名，技术员1名，组长2名，安全员1名，其中班长全面负责班组日常管理工作；技术员负责班组日常监测数据技术管理和员工培训教育工作；组长负责现场日常测量及其他生产工作，确保安全生产和工作质量；安全员1名（兼职）负责班组安全生产培训教育，传达公司、分公司安全生产文件及要求，监督检查现场安全生产行为。另外，班组根据实际可自行增设组长助理，满足现场点多、面广的实际工作需要。班组共分三个作业小组，每个作业小组除设1名组长外，增设1名组长助理协助组长完成日常生产工作。目前，3个作业小组采取小组倒班休息的方式满足员工的正常休假，即每个作业小组在现场工作2个星期，休息1个星期，确保现场始终有2个作业小组开展工作，可以满足现场的生产要求（倒班日期可自行确定）。现场长期保证2台车辆使用（目前一台9座、一台5座）

（4）汉江崔家营航电枢纽 崔家营航电枢纽工程混凝土大坝主要埋设有温度计、测缝计、基岩变位计、应变计组、钢筋计、渗压计等监测仪器，共埋设有永久监测仪器366支，其中钢弦式仪器335支、差阻式仪器31支。此外，在船闸上闸首和厂房2＃机布置了2套倒垂线和2套双金属标对大坝水平垂直位移进行监测，采用电容型垂线坐标仪和双金属标仪观测；在坝区还布置有量水堰仪1套和环境量监测设备，包括自计温度计、自计水位计和自计雨量计各1台。2009年监测仪器设备全部安装完毕并对主要监测项目实施了监测自动化。由于枢纽管理处没有专业技术人员从事安全监测工作，工程竣工移交后，管理处采取外包的方式聘请了专业队伍承担安全监测工作。安全监测二次仪表，如全站仪、水准仪、振弦式读数仪等全部由管理处提供并免费使用。（5）广西红水河桥巩水电站

广西红水河桥巩水电站安全监测的主要项目包括：倒垂线、引张线、视准线、静力水准线和精密水准等变形监测项目；钻孔式测压管、渗压计和量水堰等渗流监测项目；应变计组、无应力计、应变计、测力计、钢筋计、基岩变形计、测缝计、温度计等应力应变和温度监测项目；气象仪、百叶箱、水尺、自动水位计等环境量监测项目以及水力学监测项目，共埋设安装各类监测仪器及设备586支(套)。

工程于2009年全部完工，由于业主缺乏安全监测专业人员，竣工移交后不得不多次与安全监测承包商洽谈延期观测合同。（6）广西龙滩水电站

广西龙滩大坝安全监测系统包括碾压混凝土大坝和左右岸导流洞堵头。大坝常规监测项目分为应力应变及温度监测、变形监测、渗流监测、环境量监测等项目，安装埋设监测仪器2107支/测点（不含河床断面测量、水力学监测和水质分析），其中应力、应变及温度监测仪器1345支、变形监测仪器/测点533支（测点）、渗流监测仪器(设施)179支/个、环境量监测仪器50支。大坝专项监测项目分为河床断面测量、水力学监测和水质分析，上下游河床冲淤测量33个断面，水力学监测114个，水质分析(全分析项目)1次；左右岸导流洞混凝土堵头的监测仪器分别在安装埋设在14个监测断面，分为应力应变及温度监测、变形监测和渗流监测等项目，共计232支仪器。

2010年通过公开招标的方式将运行期安全监测发包。4.2 当前运行期安全监测管理模式利弊

早期建成的大型工程，如葛洲坝、隔河岩等工程，建设单位一般在初期即派人参与安全监测工作，通过几年时间的过渡，逐步培养和建立自己的专业队伍承担运行期安全监测。其优势在于能较好保证观测工作质量，及时掌握建筑物运行状况。其劣势在于观测队伍庞大，增加了企业成本和管理难度。而且由于运行期安全监测工作强度不均衡，即便拥有庞大的队伍，在最繁忙的时候依然还需要招用大量临时外协人员。近期建设的中小型工程，由于人力资源极度匮乏，加上安全监测又属于相对比较冷僻的专业，筹建自己的专业队伍比较困难，导致不少中小型工程安全监测要么处于停滞状态，要么完全依赖自动化监测采集数据，监测成果整编分析往往严重滞后，很难达到运行期安全监测的目的。

在当前人力资源状况和建设环境下，将运行期安全监测实施分包管理，以缓解供求矛盾同时满足工程安全管理需要的模式已逐步成为一种趋势和发展方向。5 运行期安全监测外包管理的优势

业务外包，也称资源外包、资源外置，它是指企业整合用其外部最优秀的专业化资源，从而达到降低成本、提高效率、充分发挥自身核心竞争力和增强企业对环境的迅速应变能力的一种管理模式。企业为了获得比单纯利用内部资源更多的竞争优势，将其非核心业务交由合作企业完成，是现代企业做大做强常用的手段。运行期安全监测实施外包管理具有以下几个方面的优势： 5.1 专业优势

专业的安全监测队伍十几年甚至几十年专业致力于水库大坝及各类建筑物安全监测工作，积技术力量雄厚、仪器设备配置齐全、现场经验丰富。在安全监测组织管理、技术管理、质量管理等方面已经建立了一整套完整的体系并能持续改进，因此能迅速适应水库大坝运行期安全监测的需要，能有效地弥补工程竣工移交后到运行单位全面接手期间的管理盲区，缓解水库大坝初期运行时管理上千头万绪的矛盾。

此外，有的安全监测队伍自始至终参与了施工期间安全监测仪器采购、检验、率定、埋设安装、施工期资料整理分析和竣工移交的全过程，对工程各部位监测仪器设备布置、运行状况了于指掌，因此承担运行期安全监测就更加具有得天独厚的优势。5.2 专家优势

专业的安全监测队伍除了注重队伍建设以外，很多企业也非常注重专家的培养。不少专业从事安全监测的企业都有在业内叫得响的专家型人才，这些专家见多识广，具有丰富的现场实践经验和扎实的理论功底，能够亲自莅临现场或远程指导现场监测工作，对运行期安全监测成果质量控制、监测成果深入分析、建筑物安全评价起到极为重要的把关作用。实施运行期安全监测外包管理后，运行管理单位不仅能得受到专业的服务，更能随时随地得受到专家的技术支持。5.3 比较优势

目前国内专业从事安全监测的队伍很多，有施工企业、大专院校、科研机构。运行期安全监测外包时，运行管理单位有广泛的选择余地。通过公开招标、邀请招标、竞争性谈判等多种方式，发包人可以从资质、业绩、技术实力等各个方面进行全面的比选，进而得到放心服务。5.4 成本优势

国际外包组织的研究表明，实施了外包服务的企业平均可以节约9%的成本，企业管理能力和产品质量却可以上升15%。实行运行期安全监测外包管理，能较好地避免组织过度膨胀,降低劳动力成本，提高企业利润水平,加快资金周转和利用率。5.5 管理优势

实施运行期安全监测外包管理，能有效控制运行单位人员编制，减少管理难度和管理成本，使运行单位更加专注于水库大坝运行管理的重要、核心领域，维持和提升企业的核心竞争能力。

5.6 合同优势

运行期安全监测外包合同明确了双方的权利与义务，对双方当事人产生了法律约束力，是工程建设过程中合同双方的最高行为准则，促使双方切实地按照合同规定的任务，有效地组织生产活动，达到合同既定目标，实现互利双赢。

篇2：水库大坝运行期安全监测外包管理

1 水库安全管理

1.1 国内

1.1.1 大坝安全鉴定(定检)与除险加固

以水法、防洪法为基础,在《水库大坝安全管理条例》、《水库大坝注册登记办法》和《水库安全鉴定办法》等法规的指导下,根据工程等级,我国水利和电力部门分别对所属水库大坝分批定期进行安全鉴定与大坝安全定检(注册)工作,这项制度对确保我国水库大坝安全具有十分重要的意义。根据安全鉴定的结果,大坝除险加固工作已经展开并取得良好效果。1998年后水利部先后完成了两批全国病险水库除险加固工程建设专项规划,目前第一批规划项目除险加固工程已基本实施完毕,第二批规划项目的除险加固工作,到2006年底已实施了500余座规划项目除险加固工程建设。2007年12月召开的中央农村工作会议,党中央、国务院明确用3年时间基本完成全国大中型和重点小型水库除险加固任务。根据会议精神,在第一、第二批已经完成2 300座病险水库除险加固任务的基础上,又确定了6 240座病险水库作为3年的重点,目前有关工作已经展开。

水利部最近完成的规划一期项目检查评估结果显示,我国大型水库病险率已由1999年底的42%降至目前的14%,中型水库病险率由41%降至25%。

今年中央安排水利投资455.92元,较2007年增加105.4亿元,其中病险水库除险加固资金114亿元,创历史新高。

1.1.2 安全管理法规标准相继完善

近年来,水库安全管理等有关法规和标准相继完善。在“以人为本”理念的指导下,国家对安全生产和管理工作更加重视,每座大中型水库大坝都明确了责任人,并在有关媒体公布。

1.1.3 应急预案标准制定

2006年1月,国务院发布了《国家突发公共事件总体应急预案》和《国家防汛抗旱应急预案》,2007年5月水利部发布了《水库大坝安全管理应急预案编制导则》。各地水库管理部门也正在按照上述要求,编制预案、定期组织演习。

1.1.4 风险管理

风险管理已经逐步从我国广大科研院校的研究对象转变成了管理者的思维模式,这对于提高水库大坝安全管理水平具有十分重要的意义。许多院校和科研单位对风险管理进行了深入研究,制订了有关标准,也提高了公众认识。电力系统在水电站(厂)创一流工作中,对水库管理的组织机构、人员配置、基础设施和信息化建设都进行了大量探索和实践,水库大坝的管理效益得到明显提高。

1.1.5“人水和谐”理念确立

在“科学发展观”的指导下,随着“人水和谐”理念的确立,在江河开发和水资源调度等水库管理方面,必将使水库安全管理工作更加尊重自然规律,这对降低水库安全风险必将产生无可估量的作用。

1.1.6 小型水库的安全管理与水库降级和报废制度

2002年5月水利部发布《关于加强小型水库安全管理工作的意见》,小型水库的大坝安全得到了人们的广泛重视。国家已经安排了5 000多座水库的除险加固,地方政府和业主也加强了小型水库安全管理工作。

水利部2003年7月1日起实施的《水库降等与报废管理办法(试行)》中规定对降等与报废的水库提供了法律依据。

1.1.7 多元化管理

2002年国务院办公厅颁发《水利工程管理体制改革实施意见》,水库安全管理已经从国家全面负责走向了以国家、业主、投资方等多元化管理,由集中管理向以国家监督为主的市场经济管理模式过渡。

1.2 国外

发达国家的水库管理主要是多元化管理,行业协调、协会配合的方式。如美国垦务局、陆军工程兵团、田纳西河流管理局,以及一些水电公司和州建设的大型水电工程分别对负责所属水库的管理。大坝安全管理采用注册制度。早在1920年,美国国会通过了联邦水电法,并授权于联邦能源委员会颁发水电开发许可证(该委员会的功能于1977年由美国联邦能源管理委员会FERC所接替)。大坝许可证有效期一般为30~50年,到期后需要经过严格的评审(包括环境影响评价)后重新申请注册。加拿大BC Hydro自1991年就将风险分析用于水库管理,使用的主要技术包括破坏模式及影响分析法、关键度分析和群坝风险指数分析法。

目前在发达国家已经全面贯彻执行风险管理理念和标准,尤其以美国、加拿大、澳大利亚等国家为主。他们在对水库大坝风险分析的基础上,全面考虑水库大坝风险,对有关工程进行分级管理,明确管理者责任和权力。在此过程中更加关注工程综合和长远效益,如发达国家已将目光转向了大坝水库的综合效益评估,特别是生态效益的评估和老坝的改造及拆除工作。“中国水电站及水库大坝的安全评价和安全管理研究报告(2007)”对美国、英国、挪威、瑞典、日本、加拿大、西班牙和俄罗斯大坝安全管理情况进行了介绍和总结。

2 大坝安全监测仪器和方法

2.1 国内

2.1.1 监测仪器

自动监测仪器从完成电量(电参量)转换发展到完成光信号转换,从点监测向线、面监测的方向发展。采用进口基于光干涉原理的点式FOP型光纤渗压计和FOT型温度计(用于温度补偿)组成的大坝安全渗流自动监测系统,已经在茜坑水库投入运行,并于2004年3月通过鉴定。国内生产的光纤光栅传感器也开始在大坝上投入运用,价格也在逐步降低,并且已开发出多款监测仪器。近年来,将激光技术与CCD技术进行结合开发了新型CCD系列仪器,CCD仪器具有良好的非接触性、快速测量能力和高线性度,相对一般仪器而言,具有明显优势,特别是应用图像处理技术后,可对水闸等的震动进行快速监测,但到目前为止,防潮问题还没有很好地解决。

传感器的智能化程度不断提高。目前国内已有多家传感器厂家(包括振弦式和压阻式)将率定曲线、传感器出厂编号等直接固化在传感器内部的IC中,这样既提高了测量精度,又可以方便在电缆截断或电缆编号丢失的情况下,对仪器编号的确认和恢复。另外,这种仪器还提供RS-485或RS-232接口,简化了系统结构。

在外部变形监测仪器方面,如水准仪、电子经纬仪和全站仪等,国内也开始批量生产并占有一定的市场份额,但在稳定性和环境适应性方面还需要提高。

2.1.2 监测方法

采用电子经纬仪和水准仪可使传统的外部变形监测实现自动化,电子水准仪+全站仪实现水工建筑物安全监测自动化已经在多个工程获得应用。GPS具有土建工程量小、可以测量三维变形等优点,比较适合高土石坝的外部变形监测。GPS技术已经在清江隔河岩大坝安全监测自动监测系统中得到成功应用,现在一机多天线监测技术也被应用到多个工程,如小湾工程的高边坡等,节约了工程成本。另外,合成孔径雷达干涉测量技术已经开始应用于地震形变、地表沉降和滑坡监测,如果能进一步提高精度,实现地表连续变形测量,这对于大坝,尤其是高土石坝,将具有明显优势。双向引张线自动测量技术能够通过一条引张线同时测量水平和垂直位移,相当于同时安装了原引张线和静力水准系统,且针对老引张线改造不需要增加任何土建工作,施工方便,特别适合我国广大已安装引张线项目的更新改造。

分布式光纤被认为是目前最有前途的安全监测技术,近年来我国在光纤监测技术方面取得了显著成绩。光纤光栅传感器可以组成准分布式监测系统(1根光纤上串接多只仪器)。分布式光纤监测系统试验性应用也很广泛,在三峡、石门子、长调、覃家田滑坡和古洞口等工程,已经实现了温度、渗流和裂缝的分布式监测。哈尔滨工业大学开发了适用于建筑基础结构健康监测的智能传感网络及综合系统,同时在压电薄膜(PVDF)应变传感器、疲劳寿命计(Fatigue L i f e G a u g e)、形状记忆合金位移传感器(S M A Displacement Transducers)等监测仪器方面进行了相应的开发和应用;南京大学、南京理工大学、南京航空航天大学、同济大学等也都开展了光纤传感技术在建筑物健康监测中的应用研究。

微震监测和声发射等技术在我国已经进行了大量的基础研究,特别是室内实验和现场针对高边坡的试验研究,但是在大坝安全监测方面,尤其是组成一个实用系统方面还有许多工作要做。另外随着合成孔径雷达干涉测量(In SAR)和差分干涉测量(D-In SAR)技术发展,其在地表沉陷监测中的应用已经全面展开,如D-In SAR技术已经在煤矿开采沉陷变形监测中得到应用,并用于矿区DEM数据更新,由于该技术的大尺度和面监测特点,在大坝及边坡的表面变形监测中将具有十分明显的优势。

2.1.3 现场总线与通信方式

(1)现场总线

CAN总线已在较多的工程获得应用,Lon Works总线也开始在红石、太平哨等工程安全监测数据采集网络被采用。目前国内大坝安全监测自动化的生产厂家都在应用相关总线技术。

(2)通信方式

到目前为止,安全监测系统的组网方式仍以RS-485有线通信方式为主。其他有线(光缆)、无线(微波、短波、超短波、卫星)、扩频(无线网桥)、GSM/GPRS、CDMA1X等通信方式的不断发展为安全监测自动化系统组网提供了更多选择。实际上,许多大型工程大坝安全监测系统都采用了多种通讯组合方式。

2.1.4 其它自动监测技术

其他方面的进展和动向包括采用PLC设计数据采集单元,数据采集采用虚拟仪器技术开发平台Lab View(Laboratry Virtual instrument engineering Workbench),采用80186系列CPU、嵌入式技术在大坝安全监测自动化方面的应用等。

2.2 国外

目前具有代表性的国外产品有意大利的GPDAS系统、美国的2380/3300和IDA等系统,这些都是分布式系统。其中Geomation2380在东风、二滩、天荒坪、小浪底等工程得到应用,其他近两年在国内推广的情况不是很好。

国外研制大坝安全监测仪器主要有美国Geokon、Applied Geochanice、Slope Indecater;英国Soil Instruments;加拿大Roctest;法国TELEMAC;瑞士HUGGENBERGER、Smartee、Solexperts AG;意大利SELL公司等。生产垂线坐标仪的主要有变磁阻式坐标仪和TCE/03型变磁阻式坐标仪,以及电磁感应式垂线坐标仪。渗流监测仪器以美国和加拿大的公司为代表,在国内有大量应用。

测量机器人(全站仪)、GPS以瑞士和日本的公司为代表,原因是其仪器精度高、稳定性好。

在新型监测系统方面,国外也有很多成功的技术,如英国的高精度微震监测技术就已经在多个边坡工程获得成功运用。该技术克服了目前常规点监测代表性不足、预警能力不强、资料分析困难等缺点,对水库的高边坡与地基监测具有很强的针对性。

声发射技术的原理是当岩体的应力发生改变并超过历史水平时,岩体就会发出一种振动波向四方传播,应力改变愈大,这种波就愈强。在岩体中埋设传感器采集这些振动波的信号,利用专门的软件包加以处理分析,就可以测定出振动波源的空间位置和振源强度,从而揭示出岩体内部可能发生大变形的部位,以便及时采取相应措施。目前在澳大利亚、美国、加拿大等都有应用这种监测技术进行大坝监测的事例。

分布式光纤监测技术在国外应用也比较多,如美国伊利诺埃斯大学芝加哥分校就将分布式光纤传感网络用于结构健康监测,并针对大型建筑物的大尺度、组成复杂等特点,对传感器及后续铺设安装工艺的选择对结构监测产生的影响进行了研究。瑞士联邦理工大学将分布式光纤用于大坝温度场监,SMARTEC公司也开发了光纤应变及温度监测系统。日本基础结构的健康监测及智能科技就应用了光纤监测技术。新加坡利用光纤和压电传感器对地下工程进行了监测等等。

3 安全监测资料分析与安全评价技术

3.1 国内

3.1.1 数学模型

(1)针对单点模型的局限性,国内提出了“分布式数学模型”的概念,以处理同一监测量多个测点的监测信息(包括矢量信息),目前多测点模型已经得到了一定程度的应用。

(2)对模型的因子组成和模型的针对性进行了研究,包括考虑材料蠕变特征的时效分量的因子设置,考虑到温度滞后作用的瑞利分布函数的应用,考虑渗流后影响因素渗流分析模型,考虑仪器更换和加固情况的含heaviside函数的监控模型等等。还针对施工期大坝受力特点,开展了适用于施工期监控数学模型的研究工作,例如,针对二滩、三峡等大型工程的施工期监控模型的应用研究。此外,回归分析方法的诸多方面,例如诱导有序加权回归、支持向量机、偏最小二乘回归、岭回归、主成分回归、递推回归等等。

(3)除以回归为基础的传统监控数学模型(包括确定性和混合模型)之外,国内还对时间序列分析、回归与时序结合的分析方法、数字滤波方法、非线性动力系统方法等在大坝安全监测上的应用进行了研究,具体包括小波理论、卡尔曼滤波、灰色系统、神经网络、模糊神经网络、支持向量机等。由于偏最小二乘回归技术在一定程度上能克服常规统计模型的多重共线性问题,对分离有关效应量更加有效,因此该技术常与其它优化理论配套使用进行有关参数的反演分析。

3.1.2 综合分析评价

(1)采用动力系统方法,如分形H u s t指数、Lyapunov指数、突变理论(△判别式)、能量指标、熵判据等判断结构稳定性,上述方法已经运用于分析边坡和重力坝滑动稳定。

(2)投影寻踪、集对分析、物元可拓分析、粗集(Rough Set)理论、神经网络、模糊综合评价、数据融合、证据理论等一批新的方法相继得到应用,其中层次分析法和模糊综合评价技术已经广泛应用于大坝和堤防的安全评价。

(3)国内对二滩、小浪底等工程开发了基于“一机四库”的大坝安全监测系统,也有一些单位在进行相应大坝安全决策支持系统的开发,这些都是综合评价技术同人工智能技术的结合。

(4)ANSYS、FLAC3D、MARC、ABAQUS、ADINA等数值计算软件在国内已得到广泛应用,利用上述软件和大坝安全监测资料将为确定性和混合监控模型的建立、参数反演和大坝安全评价提供方便。

3.1.3 监控指标拟定

原有的监控指标主要针对变形监测,现有监控指标涉及渗流和应力应变,而且采取分级报警的方法进行。拟定方法近年也有进步,原来拟定监控指标的方法主要是典型监测量的小概率法、结构数值模拟等方法,或根据大坝变形的线弹性、粘弹塑性和极限状态拟定三级监控指标。文献提出了基于蒙特卡罗方法的高拱坝变形监控指标拟定方法,是监控指标拟定中的一个创新。另外还有基于协同学、突变理论、粗集理论的监控指标的确定方法,这些都是对监控指标拟订的有益探索。

3.1.4 反分析

早期的基于最小二乘反分析技术已经得到了很大程度的发展。目前应用最优化技术,包括线性和非线性规划、遗传算法、神经网络、模拟退火、鱼群和蚁群算法、免疫算法等优化算法,已大量用于大坝及基础力学参数的反演。另外,比较有新意的反演技术还包括贝叶斯、分区、SVM+偏最小二乘和变分伴随技术、流变参数、时变动态等反演技术。

3.2 国外

国外大坝安全监测资料分析技术近年来的进展主要表现在人工智能技术和不确定性分析及建模方面,如神经网络模型、不确定支持向量机等。

4 信息处理系统

4.1 国内

国内大坝信息管理系统建设主要可以分成3个层次:(1)针对单个水库大坝与大坝安全自动监测系统配套的信息管理系统,这类系统主要侧重信息管理,资料分析和安全评价部分功能较弱,主要应用ACESS和SQL数据库技术,在Windows平台下开发;(2)针对某个工程的专家系统,如龙羊峡、小浪底等大型信息管理系统,该系统一般基于网络技术,在C/S或B/S平台下开发,采用大型数据库如Sybase、ORACLE,UNIX或Windows平台;(3)利用广域网技术开发的水库群或流域乃至管理部门所属大坝群的信息关系与决策支持系统,这需要用到数据仓库、数据挖掘、远程通讯等技术。目前将GIS技术应用于大坝安全监测的工作正在展开,如河海大学等单位已经在进行等流域梯级水库大坝群的专家系统的开发,杭州大坝中心正将电力系统大坝安全监测数据集中管理。从目前情况来看,大坝安全监测信息处理已经利用了信息技术发展的部分成果,但在资料集中管理和数据统一分析评价,特别是数据挖掘深度方面还有许多工作要做。

4.2 国外

发达国家在信息管理系统方面非常重视,如法国电力公司开发了PANDA的大坝监测信息管理系统,该系统可对各种类型的自动化或人工采集数据进行处理,利用Internet/Intranet进行通讯,实现对监测信息的分层管理(包括上层的专家分析中心及下设的各级控制中心)。系统中对监测量的分析评价采用传统的统计模型,模型中仅用11个因子描述各分量。该系统除用于法国的250多座大坝的监测之外,还在阿根廷、多哥等多个国家得到应用。

意大利是最早将人工智能技术引入大坝监测信息处理领域的国家。20世纪90年代,意大利开发了DAMSAFE的决策支持系统,系统包括提供数据的信息层,用于管理、解释和显示数据的工具层,及基于Internet技术的综合层。该系统采用定性因果关系网络模型对各类监测和结构信息进行综合分析,并采用专家系统技术开发了针对自动化监测在线检查的MISTRAL子系统,该系统已经得到了较长时间的实际应用。

5 系统集成与防灾减灾非工程措施综合应用

大坝安全不仅与大坝的材料、地质和结构有关,还与水情、闸门开启和运行维护等因素有关,因此实现大坝的低风险运行应该将大坝监测、水情测报、闸门监控等系统进行有机结合,实现大坝安全信息的实时诊断和快速控制。福建北溪和金鸡闸等工程已将水情、大坝监测、水质、办公自动化等组成一个系统,实现统一平台、信息共享,特别是将水情和大坝安全信息作为约束条件,实现水资源的优化配置,这对于我国一个水资源相对短缺的国家而言具有十分重要的意义。

国外系统集成也得到很大程度的重视,如美国、加拿大和澳大利亚等,都有将有关子系统进行集成的实例。

6 基础研究

随着“863”、“973”、国家自然科学基金、国家科技支撑计划、“948”、“雅砻江开发基金”等项目的实施,大坝安全监测与评价中的许多基础课题得到了研究并取得了一批重要成果。土木与水利学科在“九五”期间完成的国家基础性研究重大项目(攀登计划B)“重大土木与水利工程安全性与耐久性的基础研究”,以与国民经济息息相关的几种典型的重大结构(高坝、大跨桥梁和高层建筑)为依托,以结构“生命周期”施工、使用和老化三阶段为主线,系统地进行有关结构安全性与耐久性的基础研究。2002年12月~2007年8月期间完成的“灾害环境下重大工程安全性的基础研究”(2002CB412700)针对高原、高山峡谷特殊环境和复杂地质条件、自然灾害频发地区的重大基础设施建设中高陡边坡、深埋长隧洞、大型地下硐室及高坝的安全性,通过地学、力学、信息科学和工程科学的交叉综合分析,系统研究灾害环境下重大工程安全性的基础科学问题,这些基础科学问题的核心主题是系统地研究灾害环境下地质体与工程结构相互作用的机理与规律。根据这一主题,解决的关键科学问题主要包括:

(1)复杂工程地质体结构及其力学特性的多尺度建模理论和方法;

(2)多场耦合对复杂地质体的影响规律及其引起灾变的机理;

(3)灾害环境作用下工程地质体变形破坏过程及突发性灾害的成灾机理;

(4)地质工程系统在灾变过程中的响应模式与自适应性机理和规律;

(5)灾害的时空预测理论与工程的安全防护原理。

同时完成的国家自然科学基金重点项目“重大水工混凝土结构隐患病害检测与健康诊断研究”(批准号50139030)也取得了很多成果,上述成果对提高大坝安全监测与评价水平具有十分重要的意义。

在基础研究方面,特别是创新性方面,如群论、拓扑学、多尺度方法等在结构安全监测与评价方面国外还有许多值得我们研究。

7 结语

近年来在水库安全管理与大坝安全技术方面,我国已取得了显著的成绩。在治水理念、法制建设、工程建设、基础研究上都有具体的体现。

但安全监测基础理论方面的研究还需要进一步加强;在传感器智能化、微型化和生产工艺上,和国外还存在很大差距,如大量的芯片、CCD传感器、压阻器件等还是依靠进口;在分布式光纤方面,目前在我国使用的全分布式采样仪器主要来自于进口;在光纤铺设方法、监测距离识别、温度补偿问题、耐久性和光纤疲劳效应、测量精度(如从应变到应力)等的转化方面还有许多问题需要研究。

根据我国水库安全管理与大坝安全监测的现状,提出如下建议:

(1)采用以风险评价为基础的水库建筑物动态分类方法取代以库容为主的静态工程等级方法,建立以风险分析为基础的水库管理、大坝安全评价及工程降级和拆除体系。

(2)充分利用GIS技术,建立全国水库大坝溃坝模式、灾害损失和自然环境的关系图表,为最大限度地降低工程灾害服务。随着西部地区大量江河梯级电站的开发,梯级水库大坝安全的耦合体系和相应的风险规避体系尚需进一步加强。

(3)加强大坝安全的基础理论研究,由于大坝系统的高度复杂性,基于模型实验方法、数值模拟方法和动力系统分析方法方面均存在一定程度的问题,迫切需要建立大坝安全多尺度评价系统。

(4)加强大坝安全的实时评价与敏感性分析研究,最大限度地节约水资源和实现水资源的优化调度。

(5)充分利用现用移动通信和3S技术,进一步完善预警体系建设、应急动员机制、快速反应能力建设和撤离疏散制度建设。加强风险转移和规避的研究,最大限度降低或减少灾害损失。

(6)在大坝安全监测技术研究方面,我们在静力方面已经做了许多工作,但是在动力监测和安全评价方面,如动力指标确定、动力指纹识别、抗震评价等方面还有许多工作要做。由于我国是地震多发区,许多高坝大库也都修建在高震区,动力监测与抗震安全监测与分析研究还需要进一步加强。进行包括地应力、地磁、地声、地应变、地热、声发射、微震等监测技术的研究,对提高地震预测水平和大坝安全监测水平具有十分重要的意义。

(7)加强对薄壁结构,如水闸、渡槽、高压水管等结构的安全监测研究和有关监测技术规范的编制,同时还需要加强对高地应力深埋隧洞、地下厂房的安全监测技术和监控指标的研究,随着南水北调工作的实施,这方面的研究迫在眉睫。

参考文献

[1]方卫华.水工建筑物安全监测自动化技术研究[D].南京:河海大学,2006.

[2]谷艳昌,何鲜峰,郑东健.基于蒙特卡罗方法的高拱坝变形监控指标拟定方法[J].水利水运工程学报:2008(1):14-19.

篇3：水库大坝运行期安全监测外包管理

关键词：天福庙；大坝；自动；监测；应用；管理

中图分类号： TV 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-31-2

1 概况

宜昌市天福庙水库位于长江北岸支流黄柏河东支中上游的远安县荷花镇境内，是黄柏河梯级开发的骨干工程之一，距宜昌市城区80km。1974年12月动工兴建，1978年元月投入运行。水库大坝由砌石双曲溢流拱坝和左岸溢流重力坝组成。坝顶高程410.30m，坝顶宽4.2m，坝顶全长232m，最大坝高63.3m。坝址以上控制流域面积553.6km2。设计正常蓄水位409.00m，相应库容6045万m3，校核洪水位409.51m，总库容6180万m3，属中型水库。建库以来，多年平均降水量1100mm，多年平均流量8.51m3/s。水库下游建有两级电站，总装机7000kW，一级电站装机3×1400kW，发电尾水经长达5km的渠道引向二级电站；二级站装机3×800+1×400kW。

2 大坝自动监测仪器布置

2.1 内部监测

裂缝监测，共埋设测缝计8支。其中中间溢洪支墩一支；右坝肩一支；大坝F1、F4断层6支三相测缝计。使用基康BGK-4420型振弦式裂缝计进行自动化监测。

2.2 外部监测

包括坝顶视准线（水平位移）和正（倒）垂线监测。视准线监测共建有视准线7条，监测基点9个点。使用日本索佳全站仪NETO5对大坝水平方向利用ATOMS自动测量软件实现对大坝水平位移的监测。

垂线监测：分别在大坝拱坝段左坝端和右坝端各布置有正垂线一条和倒垂线一条，在冠中处设正垂线监测线一条，实行两点监测。使用基康BGK4805A垂线坐标仪进行自动化监测。

2.3 渗流监测

包括扬压力监测、量水堰监测。扬压力监测设备渗压计7支。两个量水堰渗压计2支。使用基康BGK-4675LV型振弦式精密水位计（量水堰计）进行自动化监测。

2.4 水温监测项目

坝前安装1套水温监测计，监测坝前表层、中层、深层水温。

3 大坝自动监测的应用

3.1 自动监测信息采集

天福庙大坝自动监测系统是基于局域网，针对天福庙水库双曲拱坝坝体和水库实际情况订制的管理系统。主要功能有对大坝水平位移、正倒垂、裂缝、断层、扬压力、水温等大坝监测数据的接收、处理和存储，建立工程档案，并实现在线处理和离线处理，及时制成图表，对工程性态进行分析和安全评估。信息采集见天福庙大坝自动监测系统拓扑图。

大坝水平位移监测：先将全站仪架设在基站，在信息采集中心计算机上通过软件控制全站仪，全站仪将按照预先设定的程序对观测站点逐个扫描，再将数据传回到计算机，自动生成监测数据报告。

坝基扬压力的监测：坝基扬压力监测，主要监测坝基扬压力变化。扬压力观测采用振弦式渗压计观测，渗压计的传感元件是一根附在膜上的钢琴弦，它由绕组磁铁激励作用在膜上的压力来改变弦的压力，张力与钢弦共振或自然频率成比例，通过频率信号测量再转换成水压力数据量。

3.2 主要监测项目成果分析

坝顶水平位移监测是天福庙水库大坝外部变形监测中的主要项目，对掌握大坝的水平变位及其变化规律有着决定性的作用。根据人工监测和自动监测资料分析，变位具有明显的规律性，其变化规律为：库水位愈低、气温愈高，坝体向上游位移量就愈大；水位高、气温高，坝体同样向上游位移；水位高、气温低，坝体向下游位移量就愈大，由此说明库水位对大坝变位的影响不及温度影响明显，上下游方向位移受温度变化影响为主，水位变化影响次之。但值得注意的是，高温加低水位是拱坝最不利的运行状态。

正倒垂人工监测和自动监测资料分析，拱冠处挠度变化趋势与坝顶水平位移变化规律基本一致，即温度升高向上游，温度降低向下游；水位降低向上游，水位上涨向下游，并呈年周期性回归。

天福庙大坝通过人工监测和自动监测的数据对比来看，大坝监测数据两者的变化规律是一致的，而且自动监测的数据更时时、更精确。

4 大坝自动监测存在的问题

4.1 监测设备布置不合理

天福庙大坝水平位移自动监测设施是在原人工监测设施上进行的更新改造，当自动设备出现故障时，人工监测也无法进行，特别是在汛期水位较高时不能时时掌握大坝变形情况，同时对观测资料的延续性极为不利。

4.2 设备运行维护问题

由于大坝管理人员更换频繁，新进人员对设备的性能及使用方法要用很多的时间来适应。加上设备的自动化程度较高，需要专业人员才能进行维护，每次设备出现问题后就要等待安装厂家技术人员到现场指导。

5 大坝监测工作的改进措施

5.1 合理布置监测设备

天福庙水库应重新建立大坝水平位移自动观测系统，并保留原有人工观测点，用人工监测方法对自动监测数据进行校核，确保大坝水平位移观测数据的延续性和准确性。

5.2 加强专业人才的培养

大坝变形自动监测项目是一项系统工程，涉及水工、测量、网络、计算机等方面的专业知识，为了准确地进行变形监测，应重视水工管理人员的队伍建设，加强工程管理人员的培训力度，有针对性地引进专业人才，提高大坝变形监测人员的整体素质。

6 结语

篇4：水库运行期环境变化探讨

调整人类和自然环境的关系, 全面规划使社会经济发展与环境相协调, 达到既满足人类生存和发展的基本需求, 又不超出环境的容许极限, 最终实现可持续发展的目的。

我国的小型水库为数众多, 它们分布的区域广, 坝型多样。这些水库主要是为农业生产提供灌溉水源, 也为人民生活用水和工业用水提供水源, 同时为防御洪水灾害也发挥了一定重要作用, 水库是我国防御江河洪水、发展农业灌溉和为城乡经济生活提供用水等方面的重要基础设施之一, 在水利建设中占有重要的地位。

水库, 由于其建设规模宏大, 运行时间长, 与周围环境的相互作用和影响是显而易见的。例如:一个中型水库的容量是1000万至1亿立方米, 按平均水深10米计算, 会形成一个宽500米, 长2000米以上的水面, 在工程所在区域将形成一个效益、危害并存, 占有一定地位的地物景观。库区与原河道及周围地物的相互影响是非常明显的。为此, 分析、探讨这些影响是很有必要的。

2 运行期环境变化的探讨

2.1 对局地气候的影响

水库建成使水体面积、容积、形状以及水陆之间水热条件、空气动力特征发生变化, 工程建设对水体上空及周边陆地气温、湿度、风、降水、雾等均会产生很大影响。通过对我省大伙房水库多年观测资料统计分析得知, 库区及其上游建库后的雨量是减少的, 一年中水库的增温期远多于降温期, 库区的年平均气温增高, 加之水体对温度的调节作用, 使库区附近的年、日温差变小。同时水库蓄水也使蒸发加大, 库区环境湿度显著增加, 下垫面由陆地变为水面, 有雾天气相对增多。至于风, 由于水面代替了起伏不平的陆面, 风速较前加大。

2.2 对水温的影响

水体的热量传输机理是经过水和大气的接触面输送, 通过水体流动传递热量。天然河道水流湍急, 水体表面吸收的热量通过水体紊动迅速传向整个过水断面, 故天然河道水温是混合型, 水温变化滞后于气温, 呈周期性变化。水库蓄水后, 水深增大水体交换速度变缓, 从而改变了水气交界面的热交换和水体内部的热传导过程。典型的水库水温效应表现为水体垂直方向上的热分层现象。

2.3 对水质的影响

建库筑坝, 库区水面扩大, 水深增加河水速度变缓, 使污染物的扩散能力减弱库区水域污染物的浓度、分布都将发生变化。水库拦蓄营养物质氮、磷、钾, 促进藻类生长, 可导致富营养化。库区开发也会给水质带来不利影响。水库蓄水虽不能直接产生污染物, 但它会承接、吸纳流域带来的污染物, 加之水体在库区滞留时间比较长, 使水环境边界条件改变, 库区水质变差。

2.4 对环境地质影响

水库蓄水后, 库水的附加荷载及水的渗透压力, 可能改变岩体的应力状态, 产生局部的应力集中, 诱发水库地震。库水对岸坡的淘制和浸泡, 改变了库岸原有的稳定状态, 可能产生塌岸现象, 黄土库岸滑塌的可能性更大。

2.5 对陆生生物的影响

水库对陆生植物的影响主要是淹没影响, 对野生动物的不利影响主要是栖息地丧失、觅食地转移、活动范围受到限制, 许多动物在水库蓄水后被迫迁移。但水库蓄水后也改善了局地气候, 使库区周围的植被类型丰富;库区开发后提供的湿地环境适宜于一些水禽栖息。

2.6 对水生生物的影响

兴建水库将影响鱼类生活的环境条件, 改变下游河道天然水文情态变化, 其中水流状态和涨水过程的变化对鱼类影响较大。蓄水后, 由于水库水文条件和富营养物质的变化, 也会对浮游动植物、底栖动物产生影响。

2.7 对人群健康的影响

水库的运行破坏或改变了一定范围内的生态环境, 原来的生态群落发生了变化, 一些病源赖以生存循环的宿主、媒介发生了变化, 因而导致了自然疫源的变化。如蓄水扩大水面提供了蚊虫生长孽生地, 可能使疟疾疫源扩大了发生范围;引水灌溉可能会扩大血吸虫病的传播范围;水库景点旅游引来八方客人, 可能将各种传染病带到当地社会中来。但我们也应看到, 水库运行后也会改变水库周围居民及部分城市居民的饮用水条件, 使由于水中某种原始缺乏或过高引起的地方病发病率下降。

2.8 对水文情势及下游的影响

水库因拦蓄、调水等改变下游来水来沙过程, 下游河段流量、流速、水位、泥沙运移规律等会有所改变, 可能影响下游工农业用水, 河道冲刷也可能对下游的水利工程和桥涵产生影响。

3 结语

水库在运行期环境变化很大, 且很多变化具有利害双重性。笔者认为, 加强水库运行期的环境管理工作非常重要, 通过管理不仅可以提高水库的径流效益, 也可能改善水库的社会效益和生态环境效益, 使其更好地为国民经济建设服务, 造福人类。

参考文献

[1]胡振鹏, 傅春, 金腊华.水资源环境工程[J].江西高校出版社, 2003.

篇5：浅谈长葫水库大坝安全监测的意义

水库大坝投资规模巨大,结构、边界条件及运行环境比较复杂,并且大坝工程在设计、施工和运行维护方面不仅对对技术措施要求严格,并且存在诸多可能威胁大坝安全运行不确定性因素,必须采取必要安全监测手段来确保大坝稳定运行。

本文将以长葫水库大坝为例,针对上述问题,提出一套规范合理的安全监测技术措施,通过实时掌握大坝运行状态来保证其稳定运行。

1水库大坝安全监测的重要意义

1.1水库大坝的特殊性

水库大坝是一种特殊建筑物,其特殊性主要表现在三个方面:(1)投资及效益的巨大和失事后造成灾难的严重性;(2)结构、边界条件及运行环境的复杂性;(3)设计、施工、运行维护的经验性、不确定性和涉及内容的广泛性。其特殊性充分说明了要准确了解大坝工作动态,只有通过大坝安全监测来实现,同时也说明了大坝安全监测的重要性。

1.2影响大坝安全的因素

影响大坝安全的因素很多,据国际大坝会议“关于水坝和水库恶化”小组委员会记录的1100座大坝失事实例,从1950年至1975年大坝失事的概率和成因分析中得出大坝失事的频率和成因分别为:30%是由于设计洪水位偏低和泄洪设备失灵引起洪水漫顶而失事;27%是由于地质条件复杂,基础失稳和意外结构事故;20%是由于地下渗漏引起扬压力过高、渗流量增大、渗透坡降过大引起;11%是由于大坝老化、建筑材料变质(开裂、侵蚀和风化)以及施工质量等原因;12%是不同的特有原因所致。

通过以上数据,可以作如下分析:大坝失事的原因很多、涉及范围也很广,但大致可以分成三类。第一类是由设计、施工和自然因素引起,一旦大坝建成就已确定了的,如设计洪水位偏低、混凝土标号过低、未考虑地震荷载等;第二类是设计、施工中的不完善在运行中得不到改正,或者说随着时间的推移和运行管理的不力使设计、施工中的隐患发展为破坏;第三类是在运行、管理过程中逐步形成的,如冲刷、浸蚀、混凝土或浆砌条石的老化、金属结构的锈蚀、水库调度措施不得力而大坝漫顶等。

本文现从影响大坝安全运行的因素入手,提出一套规范有效的大坝安全监测流程及技术措施,以确保大坝工程效益达到预期要求。

2长葫水库大坝概况

2.1水库大坝概况

长沙坝、葫芦口水库位于内江市威远县境内,建于上世纪70年代,由四川省水利电力设计院设计。大坝建成后,四川省长葫灌区管理局一直对大坝进行了定期的变形外部、内部监测,较为全面地掌握了工程的安全运行状况。目前,大坝安全监测已越来越规范,我国已先后颁布了《差阻式仪器标准及监测仪器系列型谱》、《水电站大坝安全检查实施细则》、《混凝大坝安全监测技术规范》、《水库大坝安全管理条例》、《土石坝安全监测技术规范》等,为开展水库大坝安全监测提供了技术标准和政策依据。

2.2影响长葫水库大坝的安全因素

在上世纪70年代,由于历史原因,葫芦口水库、长沙坝水库在建坝后一直存在着一定的安全隐患。

2.2.1 1997年对葫芦口水库大坝进行了安全鉴定,鉴定为“一类坝”,但也存在一些不安全因素

(1)消力池二坝下游未作护坦,长期冲刷已经形成较大冲坑,已危及二坝的安全。

(2)大坝左岸滑坡体滑移仍在继续,由于历史资金原因,排水系统尚未完善,且已建成的排水系统老化损坏严重。

(3)帷幕后C19、C6、C8扬压孔三孔渗压系数都超出了设计值,一直在密切监测中。

2.2.2 2003年对长沙坝水库大坝进行了安全鉴定,鉴定为“三类坝”病险水库,存在的病险隐患有:

(1)坝体裂缝及左右坝体不对称变形仍在活动。

(2)右坝肩绕坝渗漏流量较大。

(3)消力池冲坑深度和宽度逐渐增大。

(4)冲砂底孔无法正常开启。

(5)左坝肩危岩体活动加大。

(6)坝高不满足GB50201-94标准,差0.52m。

(7)拱座部分岩体抗滑稳定安全系数不满足规范要求。

3长葫水库大坝安全监测总体思路

在四川省长葫灌区管理局工程科的领导下,测量队每年分别对长沙坝水库大坝、葫芦口水库大坝进行校测、年测,所测的原始资料为两库大坝的安全运行、库岸滑坡体稳定情况提供了有力依据。

此外,四川省长葫灌区管理局还针对长沙坝水库大坝除险加固施工期,重点对长委设计参数进行复核,对坝体防渗面板的混泥土、帷幕固结灌浆等施工质量进行监督,确保了大坝的安全运行。同时在大坝蓄水前,对坝体的各个监测点进行了初次变形监测,为以后长沙坝水库大坝的安全运行分析提供了初始值。

总之,通过对影响大坝安全因素及结合长葫水库大坝实际情况的了解,得知大坝安全监测的目的重在于评价长葫水库大坝安全状况。本文认为,大坝安全监测的浅层意义是为了准确掌握大坝动态,深层意义则是为了更好地发挥长葫水利工程效益、节约工程投资。

4长葫水库大坝安全监测技术措施

通过以上分析可知,影响大坝安全的因素很多、时间跨度大(从设计施工到运行管理),因此在确保工程安全的前提下,更好地发挥工程的效益,长葫水库大坝安全监测显得十分的重要。

4.1长葫水库大坝安全监测内容

根据规范要求,四川省长葫灌区管理局定期对长葫水库大坝进行安全监测,其内容包括:水库坝体、坝基、坝肩,以及葫芦口水库大坝左坝肩滑坡体和大坝安全有直接关系的建筑物和设备。

4.2监测手段

4.2.1长沙坝水库大坝安全监测

(1)大坝水平位移监测。采用视准线法及前方交会法监测,共设有13个监测点。

(2)大坝垂直位移监测。采用水准测量监测,共设9个监测点。

(3)坝体裂缝、坝肩渗漏监测。长沙坝水库除险加固工程后采用了先进的振弦传感设施监测。

(4)左坝肩危岩监测。采用前方交会法监测,共设有6个监测点。

4.2.2葫芦口水库大坝安全监测

(1)扬压力监测。共设监测孔19个,主要监测坝基泥化夹层、帷幕后扬压力。

(2)垂直位移监测。采用水准测量监测,设有24个监测点。

(3)水平位移监测。设有视准线、前方交会法、正垂线、倒垂线、引张线五种监测组成水平位移监测工作系统,共31个测点。

(4)大坝沉陷缝监测。设有8只三向刀口式测缝计,监测5条沉陷缝。5条沉陷缝共对大坝坝体水平错动和垂直错动进行监测。

(5)葫芦口大坝左岸滑坡体。

1)每月由葫芦口水库分四次监测滑坡体挡土墙的水平、垂直位移。

2)每年4月和8月由长葫局外部变形测量队对滑坡体挡土墙进行垂直、水平位移监测,并对滑坡体内所有监测点采用前方交会法进行水平位移监测。

此外,长葫水库的大坝安全监测除了包括了对大坝、大坝有关的泄洪建筑物、机电设备的监测及有机地与气象、水情、洪水预报、水库调度结合起来对大坝进行监测外,笔者还认为在发生大的地质灾害后(如大地震、库区大面积滑坡导致水库水位严重雍高等),应立即启动长葫水库大坝安全管理应急预案,迅速地对大坝及其附属设施、滑坡体进行加密监测,收集原始资料,进行分析,确保长葫水库大坝的安全运行。

通过长期地对大坝、滑坡体等的安全监测,有效地确保了长葫水库大坝的安全运行。目前,在我们的大坝变形外部监测仪器里,威尔特经纬仪T3、水准仪N3已运行了二十多年,逐渐老化,目前威尔特公司(徕卡公司)早已停止生产了这两种高精度的变形监测仪器,已不利于今后的监测。同时由于当时技术条件限制,正倒垂线监测设施设计比较粗糙,监测精度达不到要求,故笔者建议应该重新购置新型的徕卡TCA2003型经纬仪(采取多测边,少测角的监测方法)及拓普康DL-111C电子水准仪进行变形外部监测,购置ZBY-2A数显垂线坐标仪对正倒垂线进行监测以达到其精度要求。

目前自动监测系统也在广泛运用当中,自动监测系统的数据采集软件均有巡测和选测功能。在今后的监测系统的更换中,可以以“无人值班,少人值守”为基本要求,采用自动进行巡测、在线诊断、自动报警系统对大坝进行安全监测。在数据采集上系统应对测点进行多次重复测量或自动加密测次,以方便系统维护和资料分析。

5安全监测成果

5.1高程监测

长葫水库大坝实测坝顶高程为628.50m,心墙高程为628.00m。

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001),坝顶高程等于静水位与超高之和,应分别按以下运用情况计算,取其最大值:

(1)设计洪水位(P=3.33%)加正常运用的坝顶超高;

(2)校核洪水位(P=0.2%)加非常用的坝顶超高;

(3)正常蓄水位加正常运用的坝顶超高。

表1所示三种情况取大值,确定坝顶高程为628.51m,实测坝高程最低处628.5m,比复核坝顶高程低0.01m,根据《防洪标准》(GB50201———94),现状坝顶高程满足设计要求。

5.2坝体安全监测

安全监测结果(如表2所示)显示,长葫水库大坝的水平位移和垂直位移都在可控范围内,坝体虽然有一些裂缝和沉陷缝,但条数较少,不足以对整个大坝造成安全威胁。所以从整体来看,整个水坝的安全性能是符合要求的。

6结束语

长葫水库大坝的安全监测结果显示,该水坝的高程和安全性能都符合安全运行要求,也说明本文的安全监测技术措施准确到位。严格来讲,大坝安全监测实际上是一种管理,包括信息采集、处理、结论的得出、措施的制定、信息的反馈,其根本目的是为了工程效益。为此,本文还要对实际监测工作提出两点建议:

(1)长葫水库大坝安全监测应在地质灾害(如地震、库区大面积滑坡导致水库水位严重雍高等)发生后,迅速进行加密监测,确保大坝工程的安全状况。

(2)大坝安全监测应充分使用先进监测仪器设备进行监测,利用科技进步,走向即时化、智能化。

总之,大坝安全监测就是利用一切手段,确保大坝以较少的投入来保证长期、稳定、安全的运行,实现长葫灌区效益的最大化。

参考文献

[1]方卫华,李燕辉.土石坝安全监测综述[J].四川水力发电,2004(04).

[2]周克明.大坝安全监测自动化系统的可靠性[J].四川水力发电,2004(04).

篇6：水库大坝运行期安全监测外包管理

土坝在正常运用的情况下, 观测其稳定性主要是依靠大坝的各项观测 (大坝变形观测、大坝浸润线观测等) 及观测资料的对比分析来确定大坝的运行状态, 以便采取正确的运用方式或进行必要的处理。对大坝进行浸润线观测是为了了解土坝浸润线位置的变化, 以便掌握大坝在运用期间的渗透情况。

长期以来由于历史、经济和科技等方面的原因, 大多水库的运行管理模式均为落后的人工观测管理模式, 汤河水库也不例外, 对大坝浸润线的观测采用人工观测。后来, 为适应现代管理的要求, 提高水库的蓄洪能力及综合效益, 对大坝浸润线的观测采用了汤河水库大坝安全自动化监测系统。它的运用使水库的运行管理进入了一个新的历史时期, 成为水库兴利减灾, 防洪调度的重要技术手段之一。

1 人工观测管理模式时代

多年前, 汤河水库一直采用人工观测的方法对大坝浸润线进行定期观测, 这种人工观测做起来有很多困难, 自身也有很多弊病。

1.1 存在困难

在雨雪季, 为了不中断测压管观测资料的编写, 观测人员必须克服雨淋雪卧、寒风刺骨等诸多困难, 特别是在冬季大雪期间对坝体西侧3个绕坝渗透测压管的观测是非常不易的, 这三个测压管布设在坝体西侧的山体上, 由于积雪深厚再加上山体陡峭, 要实现对测压管的一次观测是非常困难的。

1.2 自身弊病

人工观测时, 必须将传感器 (探头和光纤) 取出, 再用测绳进行测量。传感器是一种非常先进、珍贵、易损的设备, 经常取出一旦不小心必然会造成损坏, 这对测压管的实时观测必然造成影响, 同时, 也会造成经济上损失;由于是人工观测, 对于观测数据来说必然是不够精确的、有一定的误差, 这将影响工作人员对大坝运行状况作出评价的准确程度, 可能造成误判, 从而影响整个水库的管理工作;人工观测必须到达坝体前测压管安装处才能进行, 这样它将达不到实时观测的效果, 从而形成不了一份完整的、连续性极强的观测资料;如果遇到雨雪过大无法观测的时候, 将导致测压管的观测资料中断, 从而将影响水库观测资料的整编及对水库运行状况的评价。这种人工管理模式严重地制约着水库自身的发展和国家建设对水利工程的总体要求。

2 大坝安全自动化监测系统时代

大坝安全自动化监测系统包括两大部分, 一个是硬件部分, 另一个是软件部分。

2.1 硬件部分

(1) 基本硬件结构

硬件结构主要由主M C U (一块) 、扩展板 (两块) 、传感器、电缆、数据库服务器、监控设备、遥测中心服务器和计算机 (一台) 等硬件构成。

(2) 功能结构

遥测系统主要有数据通讯模块、数据处理模块、数据存储模块、日志处理模块四部分组成。

(3) 系统处理流程

具体流程描述如下:

第一步:遥测中心发出相应的命令或遥测站主动向中心发送数据。

第二步:数据采集:得到原始的数据信息。

第三步:数据检验:对取道的原始数据进行校验, 如果不符合规定, 则不对数据进行任何处理, 否则, 进行数据的统一化处理。

第四步:数据统一化处理:统一各模块之间的接口。

第五步:对所有收到的有效数据以文件的形式进行记录。

第六步:数据处理。

第七步:数据显示:对处理以后的数据, 按标准接口送到显示终端上。

第八步:数据存储:将处理后的数据保存到数据库。

2.2 软件部分

(1) 基本软件结构

软件结构由数据库、数据处理及通讯软件、主运行程序和其他辅助程序等软件组成。

(2) 软件结构说明

上图中的服务器概念是软件中的服务器程序, 不是指计算机设备。

(3) 软件功能

1) 数据库

本系统应用的是M icro so ft S QL Server 2000为数据的读写平台。

2) 数据处理及通讯软件

数据库基础软件Telemeter是主程序运行的基础, 为主程序的大量数据的读写提供了平台。

通讯服务器软件RS232完成RS232通讯介质;采用多线程接收多种通讯方式。

数据采集软件SMARTDATA是和下位机连接的工具, 负责数据的采集和对下位机的基本设置任务。

3) 主运行程序

主运行程序是人机交互的直接主界面, 通过对主程序的操作来完成数据的采集、图形的绘制、数据的处理和报表的打印等完成的任务。

4) 其他辅助程序

J S D K:J A V A解析程序。

JDBC:数据连接与通讯程序, 建立网页与数据库的数据连接。

T m o c a t:网页运行的平台主程序。

V B.N E T框架:主程序运行环境。

3 系统组成

汤河水库大坝安全监测系统由管理子系统、报警子系统、监测数据显示子系统、数据操作子系统、数据分析子系统、资料整编子系统等组成。

3.1 管理子系统

管理子系统由工程资料管理、设备考证资料管理、用户管理、系统背景管理等几部分功能组成。

3.2 报警子系统

报警子系统实现报警信息的实时显示、历史信息的查看及报警参数的设置。

3.3 数据显示子系统

数据显示子系统实现监测数据的显示功能, 以多种方式实时直观的向用户显示监测数据, 主要包括以下几种显示方式:查询显示、坝体平面图显示、坝体横断面图显示及坝体断面显示。

3.4 数据操作子系统

数据操作子系统实现数据的人工录入、自动采集数据的入库、实时数据库的转储、历史数据库的预处理等功能。

3.5 数据分析子系统

数据分析子系统实现对存入历史数据库中的数据进行分析。

3.6 资料整编子系统

资料整编子系统实现观测数据库报表的生成。运行时系统首先弹出选择对话框, 用户选择相应的项目后系统会自动生成年报表。

4 系统评价

大坝安全自动化监测系统的应用避免了人工观测时所遇到的众多困难, 同时也弥补了人工观测时存在的各种弊病。此系统采用当前国际上先进的全计算机、全数字、双向通信的现场总线技术设计, 将分布式自动监控技术、分布式数据库技术、计算机网络与通信技术、计算机实时监控技术和网页多媒体制作技术有机结合起来, 实现了技术和设备的先进性与实用性的统一, 具有系统设备运行稳定可靠、抗干扰能力强、系统维护方便安全、软件功能全面实用、通用性和兼容性好的特点, 同时兼顾系统的经济性和可扩展性。大坝安全自动化监测系统的应用使对大坝运行状况的判断和对大坝的综合管理变得更加便捷、容易, 促进了水库自身的快速发展, 达到了国家建设对水利工程的总体要求, 提高了水库的蓄洪能力及综合效益, 在水库兴利减灾、防洪调度中发挥着极其重要的作用, 使水库的运行管理达到了质的飞跃, 成为了水库各个方面综合管理真正的转折点。

参考文献

[1]刘广江.汤河水库志