有关大坝安全监测的存在问题与对策研究

有关大坝安全监测的存在问题与对策研究
【摘要】本文探讨了大坝安全监测的目的和意义，大坝安全监测的内涵，对安全监控中大坝安全因素进行了分析，提出了巡视检查和仪器监测相结合对大坝进行监控，引进先进仪器设备实现全监测的网络化、智能化、效益化。

标签大坝；安全监测；智能化；网络化
大坝是一种特殊建筑，这些工程在我们国民经济中具有不可替代的作用，但是，很多大坝存在着不安全因素，威胁到周边老百姓的居住和生命财产安全，随着科技的不断发展，很多科技安全监测技术应用到了现场中，提高了对大坝的安全管理水平，但是在大坝监控过程中仍然存在很多安全隐患和技术难题，本文从分析影响大坝安全的因素入手，对大坝安全监测的若干问题进行探讨。

1 大坝安全监测的目的和意义
业内人士都知道,大坝安全监测可以对大坝设计进行校对，提高施工质量和工序，对大坝安全状况进行评价的作用。

业内认识都知道认为,大坝安全监测的意义在于人们浅准确掌握大坝存在状态;深层内涵是为了更好地发挥工程效益,节约工程投资。

大坝安全监测不仅是监测大坝安全评价,而且有利于其他大坝包括对正在建设中的大坝进行安全评价。

2 大坝安全监测的内容和性质
大坝安全监测的目的是为了确保工程安全的前提下,更好地发挥工程效益。

随着科学技术的发展,人们观念发生了不断的变化,实现大坝安全监测手段和目的有一定程度的变化。

2.1 监测范围和内容
规则和条例指出，大坝安全监测范围包括坝肩、坝基、坝体和对大坝安全、重大影响的坝坡和其他在大坝安全直接关系的建筑和设备。

业内人士都知道，1961年3月6日中国领先的电厂当第一次流蓄水、坝址右岸1.55公里都发生在一个滑坡,可见,大坝安全因素的关系存在的范围,包括内容多,如泄洪设备及电源可靠性、梯级水库大坝的操作及安全状态、下游冲刷沉积和上游的范围内,尤其是建设地下建筑周围的大爆破等，都对大坝的安全存在严重影响。

因此，大坝安全监测范围应根据坝址选择、总体布置、坝高、容量、投资和事故后果决定,要根据具体情况的坝体和坝基推广到梯级水库库区和堤坝,大坝安全监测时间应该从设计一直到运行过程、大坝安全监测的内容不仅是大坝结构和地质条件,还应包括辅助机电设备及防洪设施等。

2.2 大坝安全监测的性质
2.2.1 时间上的决定性。

因为大坝施工期、首次蓄水期与坝老化期是大坝安全问题,所以在第一阶段的监测设计参数的重点应是审核和施工质量检验,后者应该在材料老化和设计审查。

大坝的失效机理研究至今仍是一个薄弱环节,关键是要摧毁原型试验不能实现,因此,增强大坝的分析是十分必要的。

这就要求在大坝安全监测系统可得到关键数据，起到关键作用。

2.2.2 空间结构上的决定性。

根据混凝土坝的类型及结构有针对性地加强监测,比如面板堆石坝面板之间的防渗漏，碾压混凝土坝的结构，地震带区域的土坝液化、薄拱坝坝肩的稳定、破碎的基础上和深层的基础处理大坝防渗、泥沙河流泥沙淤积海岸更高的边坡稳定性等。

因为总体布局不合理,因此,水雾可能引起问题,应注意雾化的监测和汛期备份电源检验等工作。

此外,监测应控制设计、施工和运行管理的相辅相成,特别是在设计的新结构,采用新方法、新材料、建筑找到新的地质构造和地质条件。

遇到不利条件下操作,大坝安全监测应测试设计、施工及运行效果的必要手段,采取必要的措施,以确保大坝安全工程创造条件。

3 安全监控中大坝安全存在问题分析
3.1 影响大坝安全的因素分类
有很多因素会影响大坝的安全,根据国际大坝会议对大坝和水库恶化小组委员会的记录100座水坝崩溃案例，从1990年到2010年,该概率发生的事故的原因分析，大坝设计原因:占30%，是由于设计洪水故障位置低造成的设备失灵，导致洪水泛滥发生事故；27%是由于地质条件复杂,基础结构的不稳定和意外事故,20%是由于地下渗漏引起压力、渗流量增加过高、渗透坡降造成过度,11%是由于大坝老化、建筑材料变形和施工质量等原因,造成12%是不同的特殊原因。

通过上面的数值可以看出：大坝失事的原因很多,范围也非常广阔,但大致可以分为三个类别。

第一类是由设计、施工和自然原因造成,它不是一个从量变质变的过程,但一旦完成,该大坝就已确定了,如洪水设计层次偏低、混凝土标号低,不考虑低地震荷载等;第二类是在管理过程中逐步形成的,这是一个从量变到质变的开发过程中,例如侵蚀、混凝土老化、金属结构腐蚀等;第三类是上述两种混合,不良的设计、施工、运行不正确,或者随着时间的推移和运行管理不当,使得隐患变成了损害。

3.2 大坝设计阶段安全因素分析
目前,大坝安全监测设计最专业性更强的公司是信息化为主的,水文、水力缺乏知识,一些项目设计中出现的布局不当,如坝前位移观测点安排低于正常蓄水位;
一些仪器校准选择不合理,导致收集数据精度不够等。

业内知道,在设计阶段,决定了坝址地形、地质、地震频率和决定水文条件等;枢纽总体布置、大坝的类型、结构、材料选用及分区、水文数据采集和洪水演算、地质勘探将影响大坝的安全。

1980年6月19日,穿过洪水水雾造成乌江渡水库插座短路、停电,类似的情况在1980年6月23日,在黄龙滩于1986年9月3日在白山等发生了。

以上事故导致电力中断和泄洪闸门打不开这个严重的后果,都是由于整体布局不合理、洪水和水雾危害知识远远不够造成的。

综上所述,大坝的许多安全隐患是由设计阶段的造成的,特别是水文地质勘探和处理计算两个方面。

3.3 大坝施工阶段安全因素分析
一些建设单位不具有建立大坝安全监测系统的实践经验,埋设团队专业素质不够,无法正确安装正确埋置各种设备,造成埋的海拔不够,埋置的主要指标没有标记号等。

施工监理单位主要是水利工程人员，主要专业知识不足、缺乏计算机系统集成、电子工程专业的管理经验,在水利工程项目实施过程中的监督方法采用的是水利方法来进行大坝安全监测施工方式的监督。

施工阶段能否贯彻设计意图、确保施工质量，特别是有效解决施工中发现的新问题是确保大坝安全的关键因素之一，如混凝土坝的温控措施、土石坝的碾压及防渗排水结构的施工、有关泄洪建筑物的机电安装等都将直接影响大坝的安全。

喀什一级大坝在1982年施工中，其坝体及防渗墙都未进行碾压，致使密实度降低，在强震时容易液化和沉陷，这也是1985年地震时引起大坝整体破坏原因之一。

3.4 大坝运行管理阶段安全因素分析
在运行管理中尽管大中型水库基本机构建立、实施准备了资金,大部分的大坝配有安全监测管理,因为多数大坝在边远地区,大坝安全监测条件艰苦,薪水太低,监控要求高,人才流失严重。

大中型水库和从事全日制调查员,大多数不是专业的系统培训,年龄结构老化、监测技术人才缺乏突出。

小型水库多为市镇管理,大多未履行人员专业化训练、大坝安全监测主要防洪和安全为主,还处于初级阶段。

大坝管理过程涉及到调度、大坝和水库附属机械和电气设备、监测方法与检验数据分析方法,大坝安全评价等,其中的每一个环节都有关系到大坝的安全……佛子岭大坝事故发生在1969年,其中一个重要原因是由于盲目追求灌溉效率、汛期太高的水位造成的；陈村坝发现一个105米高程水平裂缝是因为大坝长期的运行工况和大坝高水位造成的, 佛子岭、磨子潭和沟后水库等在泄洪闸门开启的关键时刻电力供应出现了严重的问题,并指出了备用电源和关心洪水检测设备的重要性。

更不用说大坝巡视检查完整、仪器、监测、及时的数据分析。

这里也强调的一点就是联合调度问题,在梯级水库调度中这是特别重要的。

4 大坝安全监测手段和对策
4.1 加大监测设施建设力度，规范监测设施管护。

目前全国举行的水库加固计划是一个好的机会，大坝安全监测系统的建设，基于水库大坝安全监控程序,进一步加大大坝安全监测设施建设力度,改革创新坝
安全监测设施。

(1)大、中型水库防洪重要建立更完善的大坝安全监测设施,配置较先进的DAMs-type IV智能分布式监控的数据采集系统,V4.0 DSIMS大坝安全监测信息管理网络系统,配备NDAl712类型数据采集模块的智能,并实现监测数据采集的自动化;(2)中型水库配置NCJM电磁式结算仪、NYW线式型铅水平位移仪、NSC水管式沉降型仪表,NYcJ式液压结算仪、泄漏NRL型仪表,RST IC3500活动类型测斜设备,如:先进的监测设备、应付各种安全信息数据,满足水库实施信息查询、管理、分析、预警功能和要求;(3)一般中型水库布局性能优良的监测设备;(4)建好小水库坝前水位这把尺子,大坝水平地面长部分长布局垂直位移观测设施;(5)标准监测设施管理、定期检查和维护监测设施,定期检查和检查设备,以确保设备的运行和性能的长期稳定。

4.2 巡视检查和仪器监测相结合对大坝进行监控
在不断改进和完善大坝监测设施的同时, 应加强对老坝安全问题的研究。

巡视检查也要尽可能的利用当今的先进仪器和技术对大坝安全隐患进行巡查，发现问题及时处理，对于很难发现的土石坝的洞穴、暗缝、软弱夹层等，必须使用必须借用高密度电阻率法、中间梯度法、瞬态面波法等进行检查，确保对隐患位置的准确判断和处置。

由于大坝的特殊性和仪器水平的制约人工巡查和仪器监测是不能相互分不开的。

大坝工作环境的复杂性和土石坝，增大了监控难度；另外，现在的仪器设备只能进行小范围的监测，不能监测到测点以外裂（接）缝开度的变化；变形（渗流）测点监测到的是坝体（基）综合反应，很难通过一个方向进行变形情况的分析，所以监测手段和方法需要多种办法相结合，定量定性的分析具体情况。

如将传统的变形、渗流、应力应变及温度监测同面波法、彩色电视、超声波、CT、水质分析等结合起来。

可以引进现在的设备，比如“分布式测量系统”，该系统将光纤既作为传感部件，又作为信号传输部件埋设于坝体中，使每一根光纤成为大坝的神经，感受大坝性态的变化并具体定位，从而使监测走向立体和全方位。

4.3 引进先进仪器设备实现全监测的网络化、智能化、效益化
大坝安全监测自动化是一种发展趋势, 应有计划、有步骤地搞好监测系统的更新改造工作, 推进大坝安全监测自动化的实施和发展, 但不能片面追求自动化, 而在实现自动化的过程中更应注重实用。

大坝安全评估软件应与大坝安全生产与内容相适应,应用专家系统和决策支持系统将大坝安全生产的成功经验和有效监测资料分析相结合的方法,在此基础上实现和监测数据采集系统、监控系统、水库自动调度系统、水雨情遥测系统有机地结合起来,将大坝安全为约束条件,效益的最大化为目标函数能适应用户和时代的需要。

另一方面，研制高可靠性、高精度、大量程的观测仪器, 以实现数据自动化采集和推进GPS 技术在大坝安全监测方面的应用研究。

目前自动监测系统的数据采集软件均有巡测和选测功能，为适应“无人值班，少人值守”的要求，设置自动进行巡测、在线诊断、自动报警是对系统的必然要求。

由于许多测值超差均由于自动化系统本身引起，故业内都知道建议在数据采集软件中应增如下功能：即当某测值或其变化速率超过正常范围时，系统应立即对该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。

4.4 加强大坝安全监测新技术新方法的研究
如大坝CT 技术、光纤传感技术、渗流热监测技术、遥控机器人系统等；在统计分析和有限元分析的已有成果基础上, 探索新的监测资料分析方法和理论, 实现观测数据在线实时分析；增强风险意识, 加强大坝安全可靠性与风险分析的研究, 包括大坝运行及其灾害评价等。

5 结束语
为确保大坝的安全，应当从设计到施工以及运行管理都要进行严格论证，按标准施工和管理，要善于创新和引进先进的设备进行辅助管理，用制度来约束人，用设备来提高工作效率，正确判断大坝的安全隐患点和程度，及时消灭隐患于萌芽状态，培训专业人才，对大坝进行安全评估和数据监测，充分利用大坝安全定检的成功经验和方法，从而易于理解、掌握和应用；大坝安全监测应充分利用科技进步，走向即时化、智能化、网络化。

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