摘要:大壩安全監測是人們了解大壩運行性態和安全狀況的有效手段。隨著科學技術的發展、管理水平的提高及人們觀念的轉變,大壩安全監測的內涵也進一步加深,對大壩安全監測的若干問題進行探討。
關鍵詞:大壩安全;監測;新內涵
1大壩安全監測的目的和意義
眾所周知,大壩安全監測有校核設計、改進施工和評價大壩安全狀況的作用,且重在評價大壩安全。大壩安全監測的淺層意義是為了人們準確掌握大壩性態;深層意義則是為了更好地發揮工程效益、節約工程投資。大壩安全監測不僅是為了被監測壩的安全評估,還要有利于其他大壩包括待建壩的安全評估。
2大壩安全監測的新內涵
通過以上分析可知,影響大壩安全的因素很多(壩址選擇、樞紐布置、壩體結構、材料特性、水庫調度等)、時間跨度大(從設計施工到運行管理);大壩安全監測的目的是為了在確保工程安全的前提下,更好地發揮工程效益。隨著科技的發展、人們觀念的變化,實現大壩安全監的手段和目的都有了一定程度的變化,可從如下幾方面進行理解。
2.1監測范圍和內容
規范[1][2]規定“大壩安全監測范圍,包括壩體、壩基、壩肩,以及對大壩安全有重大影響的近壩區岸坡和其它與大壩安全有直接關系的建筑物和設備”。關系大壩安全的因素存在的范圍大,包括的內容多,如泄洪設備及電源的可靠性、梯級水庫的運行及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊范圍內大的施工特別是地下施工爆破等。
大壩安全監測的范圍應根據壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資及失事后果等進行確定,根據具體情況由壩體、壩基推廣到庫區及梯級水庫大壩,大壩安全監測的時間應從設計時開始直至運行管理,大壩安全監測的內容不僅是壩體結構及地質狀況,還應包括輔助機電設備及泄洪消能建筑物等。
2.2大壩安全監測的針對性
大壩安全監測是針對具體大壩的具體時期作出的,一定要有鮮明的針對性。
2.2.1時間上的針對性
由于大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期是大壩安全容易出現問題的時期,因此,在前一個階段監測的重點應是設計參數的復核和工質量的檢驗,而后者則應是針對材料老化[3]和
設計復核進行。
大壩的破壞機理研究至今還是一個薄弱環節,關鍵是原型破壞試驗作不了,因此,加強對潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監測系統在關鍵時候能發揮作用,能得到關鍵數據。
2.2.2空間結構上的針對性
針對具體的壩址、壩型和結構有針對性地加強監測,如針對面板堆石壩面板與趾板之間的防滲、碾壓混凝土壩的層間結構、高強震地區均質土壩的液化、薄拱壩壩肩的穩定、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎處理及防滲、多泥沙河流的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩定等。由于總體布置不合理,泄洪水霧有可能引起跳閘等問題,應注意對霧化的監測和汛期對備用電源的檢查等。再者,大壩監測應和大壩設計、施工和運行管理互相補充,特別是在設計中運用新結、構、新方法、新材料,施工時發現新的地質構造和地質條件。運行遇到不利工況時,大壩安全監測理應成為檢驗設計、施工及運行效果的必要手段,從而為采取必要的工程措施以確保大壩安全創造條件。
2.3監測手段和方法
大壩安全監測包括巡視檢查和儀器監測[1],巡視檢查和儀器監測是分不開的。前者也要盡可能的利用當今的先進儀器和技術對大壩特別是隱患進行檢查,以便作到早發現早處理,如
土石壩的洞穴、暗縫、軟弱夾層等很難通過簡單的人工檢查發現,因此,必須借用高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態面波法等進行檢查[3],從而完成對其定位及嚴重程度的判定。人工巡查和儀器監測分不開的另一條原因是由于大壩的特殊性和目前儀器監測的水平所決定的。大壩邊界條件和工作環境較為復雜,同時,由于材料的非線性(特別是土石壩),從而使監測的難度增大;另一方面,目前儀器監測還只能作到“點(小范圍)監測”,如測縫計只能發現通過測點的裂(接)縫開度的變化,而不能發現測點以外裂(接)縫開度的變化;變形(滲流)測點監測到的
是壩體(基)綜合反應,因而難以進行具體情況的原因分析。
正是由于上述原因,監測手段和方法必須多樣化,即將各種監測手段和方法[1][2]結合起來,將定性和定量監測結合起來,如將傳統的變形、滲流、應力應變及溫度監測同面波法、彩色電視、超聲波、CT、水質分析等結合起來。隨著科技水平的發展,一種真正的“分布式測量系統”———光纖測量系統即將面世,水科院、國電公司成都院等單位已對此作了大量的研究,該系統將光纖既作為傳感部件,又作為信號傳輸部件埋設于壩體中,使每一根光纖成為大壩的神經,感受大壩性態的變化并具體定位,從而使監測走向立體和全方位。
目前,自動化系統還存在費用高、可靠性難以保證、監測項目不全、安裝調試困難、實時化程度低等問題,一種費用低、安裝調試簡單、易維護、可以進行大范圍監測、實時性高的系統才是發展方向。同時,監測方法、監測量的變化(如由標量到矢量、由數值分析到圖象分析)必將導致分析方法的變化。
2.4大壩安全監測的網絡化、智能化、效益化
在過去的許多年中,人們總是將觀測資料交由專職單位去分析,這樣做要花費大量的時間,不利于及時有效地掌握大壩性態和進行最優的運行調度。同時,一般單位的資料分析總是在建立數學模型(特別是統計模型)的基礎上,缺乏與具體大壩的聯系及與設計標準(穩定、強度)的比較,也不利于監測技術的提高。近期,一些單位在專家系統、人工智能及決策支持系統開發中,直接將監測資料(如庫水位、溫度、應力、揚壓力等)與設計標準(穩定、強度)對照起來用于壩體強度及穩定校核是一種很好的思路。
但是,目前的大壩安全監測自動化水平多數還停留在部分監測項目數據的自動采集上,難以滿足實際需要。事實上單憑監控指標來判別大壩安全是不完善的,因為目前的監控指標主要依靠經驗和理論計算確定。前者人為因素大,后者由于計算理論、數學模型和邊界條件的假定,誤差也較大,實際應用也值得商榷。如對于土石壩,當上游庫水位驟降時測壓管水位不會超過監控指標,但此時上游壩體有可能失穩。
我國自1987年開始的水電站大壩安全定期檢查(鑒定),是對大壩結構性態和安全狀況的全面檢查和評價,已得到廣大科技人員認可,實踐證明是有效的。它就是根據設計復核、壩基隱患、壩體穩定、泄洪消能、庫區淤積及近壩庫岸滑坡等方面對大壩安全進行評價。
因此,大壩安全評估軟件應與大壩安全定檢內容相適應,應用專家系統和決策支持系統將大壩安全定檢的成功經驗和監測資料分析的有效方法結合起來,在此基礎上實現與大壩監測數據采集系統、閘門監控系統、水庫自動調度系統、水雨情測報系統的有機結合,將大壩安全作為約束條件,效益的最大化作為目標函數才能適應用戶和時代的需要。
3結語
通過以上分析可知,大壩安全監測實際上是一種管理,包括信息采集、處理、結論的得出、措施的制定、信息的反饋,其根本目的是為了工程效益。總之,大壩安全監測就是利用一切手段,確保大壩以較少的投入來保證長期、穩定、安全的運行,實現效益的最大化。
參考文獻
[1]SDJ336-89,混凝土大壩安全監測技術規范[S].
[2]SL60-94,土石壩安全監測技術規范[S].
[3]王黎.荊江分洪區南閘混凝土建筑物質量檢測分析[J].水利技術監督,2000,4:24-27.
[4]謝向文.黃河下游堤防隱患探測技術研究[J].水利技術監督,2000,4:20-24.
文章作者介紹:鄭冬梅 黑龍江省農墾九三分局水務局,黑龍江嫩江161441
