基于全壽命周期的大壩安全監(jiān)測分析

尹洪雨

摘 要：伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水資源得到了全面開發(fā)利用，大壩安全問題受到了廣泛關(guān)注。做好大壩安全監(jiān)測，不僅能夠及時(shí)掌握大壩真實(shí)情況，還能保證大壩安全。因此，國內(nèi)外專家學(xué)者針對大壩安全監(jiān)測開展了大量研究。本文在全面了解影響大壩安全因素的基礎(chǔ)上，闡述了全壽命周期的內(nèi)涵，并基于全壽命周期理論，對大壩安全監(jiān)測要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探討，以期有效提升大壩安全。

關(guān)鍵詞：全壽命周期;大壩安全監(jiān)測;水利工程

中圖分類號：TV698.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）14-0083-03

Dam Safety Monitoring and Analysis Based on the Whole Life Cycle

YIN Hongyu

（Henan Baisha Reservoir Administration，Yuzhou Henan 461670）

Abstract： With the continuous progress of science and technology， water resources have been fully developed and utilized， and dam safety has been widely concerned. Monitoring dam safety well， not only can timely grasp the real situation of the dam， but also is an important way to ensure the safety of the dam. Therefore， experts and scholars at home and abroad have carried out a lot of research on dam safety monitoring. Based on the comprehensive understanding of the factors affecting dam safety， this paper expounded the connotation of the whole life cycle， analyzed and discussed the key points of dam safety monitoring based on the whole life cycle theory， so as to effectively improve dam safety.

Keywords： full life cycle;dam safety monitoring;hydraulic engineering

伴隨社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國水資源利用率越來越高，各類水利水電工程規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。在抗洪救災(zāi)、農(nóng)田灌溉、水利發(fā)電等方面，水利水電工程帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)、社會效益。但受多種因素影響，大壩安全問題日益嚴(yán)重。大量工程實(shí)踐證明，為保證大壩安全、穩(wěn)固，建立健全大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。大壩安全監(jiān)測主要是對大壩變形、滲壓、滲流等進(jìn)行監(jiān)測。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)人工監(jiān)測逐步被計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)所取代，逐步向自動化監(jiān)測方向發(fā)展[1]。大壩安全監(jiān)測能夠反映大壩的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，能夠有效修正設(shè)計(jì)缺陷，維護(hù)大壩運(yùn)行安全，在抗震減災(zāi)、安全預(yù)警等方面發(fā)揮著重要作用。

1 影響大壩安全的主要因素

1.1 儀器設(shè)備方面

目前，在我國已建或在建大中型水利水電工程中，主要監(jiān)測方法仍以常規(guī)儀器為主。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類先進(jìn)的新型儀器不斷被研發(fā)出來，如大壩CT技術(shù)、GPS變形測量系統(tǒng)、分布式光纖測溫系統(tǒng)、光纖光柵儀器、水下監(jiān)測技術(shù)等。此類儀器多為進(jìn)口，質(zhì)量好，但價(jià)格相對較高，多用于大型工程或重點(diǎn)工程，而在一些小中型工程中，應(yīng)用相對較少。此外，我國大型儀器廠家，專長各有不同，但往往僅重視設(shè)備更新，在技術(shù)研發(fā)方面仍落后于西方發(fā)達(dá)國家。

1.2 設(shè)計(jì)方面

設(shè)計(jì)是一個工程轉(zhuǎn)化為實(shí)體前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在整個工程壽命周期中具有至關(guān)重要的作用。隨著監(jiān)測技術(shù)的不斷進(jìn)步，監(jiān)測設(shè)計(jì)水平也日益提升，對于水工建筑物的運(yùn)行狀況來講，監(jiān)測設(shè)計(jì)要求做到重點(diǎn)突出、項(xiàng)目全面、儀器選型、布設(shè)合理，監(jiān)測方法準(zhǔn)確。然而，在具體監(jiān)測工作中，往往存在監(jiān)測設(shè)計(jì)人員緊缺現(xiàn)象，無法更好地保證設(shè)計(jì)方案能夠完全滿足預(yù)期。如大壩設(shè)有變形監(jiān)測控制網(wǎng)，但未見變形工作點(diǎn)設(shè)置等[2]。還有情況顯示，一些設(shè)計(jì)人員不太了解監(jiān)測儀器，或不了解新、舊儀器的具體性能等，均會影響監(jiān)測結(jié)果。

1.3 施工方面

目前，我國大型或巨型水利工程均已成功建立監(jiān)測系統(tǒng)，如三峽、龍灘、小灣等，說明我國監(jiān)測體系已逐步完善，且達(dá)到較高水準(zhǔn)[3]。在安全監(jiān)測中，仍存在諸多影響因素，如施工技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)各有不同、業(yè)主重視程度不同、安全監(jiān)測投資較少等，這些問題均會影響監(jiān)測質(zhì)量，導(dǎo)致無法及時(shí)分析、評價(jià)監(jiān)測資料，甚至影響監(jiān)測效益。

1.4 觀測及自動化方面

目前，大多數(shù)工程均已考慮并實(shí)施安全監(jiān)測自動化，并對儀器選型、測站布設(shè)進(jìn)行了探討與分析。即便是在早期修建的工程上，也做了自動化監(jiān)測改造，整體來講，我國水利水電工程安全監(jiān)測都在朝著自動化方向發(fā)展。但在軟件應(yīng)用方向，還需注意其通用性、分析成果識別等情況。

1.5 資料與理論分析方面

目前，多以定性分析作為施工期監(jiān)測資料的分析方式，通過監(jiān)測資料的合理應(yīng)用，可為主體工程施工提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。監(jiān)測資料不僅要涵蓋監(jiān)測數(shù)據(jù)，還要與其他資料相結(jié)合，如地質(zhì)、計(jì)算成果等，全面綜合地評價(jià)整個工程的安全性，提高工程監(jiān)測質(zhì)量[4]。

2 全壽命周期的內(nèi)涵

全壽命周期指從產(chǎn)品立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、使用及報(bào)廢等階段所歷經(jīng)的一個時(shí)間過程。此理念主要基于經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，不僅要充分考慮經(jīng)濟(jì)成本，還要納入環(huán)境成本、社會成本。本文在大壩安全監(jiān)測中納入全壽命周期理論（見圖1），主要關(guān)注的是大壩安全。大壩安全監(jiān)測屬于一個新興學(xué)科。整體來講，我國大壩安全監(jiān)測發(fā)展經(jīng)歷了3個階段，即原型觀測階段—大壩觀測階段—安全監(jiān)測階段。安全監(jiān)測階段是從20世紀(jì)90年代開始直至今日，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)逐步邁向自動化、成熟化，基于全壽命周期的大壩安全監(jiān)測，要求重視各個階段的監(jiān)測，注重多種監(jiān)測方法有效結(jié)合，從多角度綜合分析，完善安全監(jiān)測系統(tǒng)，提高監(jiān)測水平。

3 基于全壽命周期的大壩安全監(jiān)測要點(diǎn)分析

因大壩自身所處環(huán)境較為復(fù)雜，且材料多為土石壩，將大大增加安全監(jiān)測的難度。就現(xiàn)階段監(jiān)測儀器來看，僅能發(fā)揮“點(diǎn)監(jiān)測”的作用，為保證監(jiān)測全面化，可有機(jī)結(jié)合多種監(jiān)測方法，提高監(jiān)測效果。

3.1 有機(jī)結(jié)合巡視檢查與儀器監(jiān)測

目前，在大壩安全監(jiān)測中，往往采用兩種方法，即巡視檢查與儀器監(jiān)測，兩種方法有機(jī)結(jié)合，可相互補(bǔ)充，達(dá)到點(diǎn)、面結(jié)合的目的。針對大壩外觀表面的明顯隱患，多根據(jù)相應(yīng)檢查規(guī)定，如范圍等，及時(shí)消除隱患。而儀器監(jiān)測多屬于點(diǎn)監(jiān)測，如土石壩暗縫、軟弱夾層等，這些均位于大壩表面或內(nèi)部，僅通過人工檢查很難察覺，可選用先進(jìn)儀器，如高密度電阻率法、瞬態(tài)面波法等進(jìn)行監(jiān)測，以此判定病害位置及嚴(yán)重程度。

3.2 有機(jī)結(jié)合自動監(jiān)測與人工監(jiān)測

測量快、可靠性強(qiáng)、可備份、便于分析等屬于大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。通過自動化監(jiān)測系統(tǒng)，可減少采集數(shù)據(jù)的時(shí)間，降低人工整編資料的成本，提高觀測效率及質(zhì)量。但因大壩工程多位于環(huán)境復(fù)雜的水下，監(jiān)測往往受環(huán)境因素影響較大，加之監(jiān)測測點(diǎn)種類多、分布廣、線路長等，極易產(chǎn)生問題。在設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)時(shí)，還應(yīng)避免外界因素對監(jiān)測儀器產(chǎn)生干擾，確保監(jiān)測結(jié)果的實(shí)用性和精確程度。人是設(shè)備的操作者，在這種情況下，應(yīng)積極與人工監(jiān)測相結(jié)合，從而確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性，校驗(yàn)系統(tǒng)準(zhǔn)確，便于處理故障。在實(shí)際監(jiān)測中，為保證儀器操作正確，必須加大操作人員的技能培訓(xùn)，規(guī)范操作行為，只有這樣才能降低誤差，保證人機(jī)操作無誤。

3.3 有機(jī)結(jié)合定性監(jiān)測與定量監(jiān)測

利用定期巡視檢查方法，通過目測、攝像頭探測等進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，隨后對某位置異常情況及變化情況進(jìn)行分析。此時(shí)，還應(yīng)與儀器監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而確定大壩表面位置是否安全。該方法常用于大壩表面局部塌陷、裂縫、滲漏等監(jiān)測，此類監(jiān)測多與變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等監(jiān)測方法相結(jié)合，從而進(jìn)行綜合判定及評價(jià)。例如，分析土石壩滲流情況，定性監(jiān)測多對壩體、壩基、繞壩滲流問題進(jìn)行分析，這種情況下，為保證監(jiān)測分析結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)與定量觀測相結(jié)合，如監(jiān)測壩后滲流量、測壓管情況、壩后滲流水質(zhì)等，或?qū)Ρ葔魏鬂B流水與庫水顏色，或查看地下水浸濁情況等。通過定性、定量有機(jī)結(jié)合，可更好地將監(jiān)測變化趨勢反映出來，使結(jié)果更具全面性、客觀性[5]。

3.4 有機(jī)結(jié)合大壩監(jiān)測與氣象、水情測報(bào)、水庫調(diào)度

在大壩全壽命周期安全監(jiān)測中，不僅要充分考慮監(jiān)測系統(tǒng)的功效，還要與其他安全系統(tǒng)相結(jié)合，如氣象、水情測報(bào)、水庫調(diào)度等，共同構(gòu)建完善的安全防汛管理體系，為區(qū)域水資源合理利用提供保障。如大壩自動化監(jiān)測程度較高，可有機(jī)結(jié)合大壩監(jiān)測系統(tǒng)和雨水情報(bào)系統(tǒng)、水庫自動調(diào)度系統(tǒng)等，在采集、分析監(jiān)測數(shù)據(jù)過程中，保證采集數(shù)據(jù)真實(shí)、有效，不能采集失效的數(shù)據(jù)。只有保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，才能正確、客觀評價(jià)監(jiān)測結(jié)果，才能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)無誤，實(shí)現(xiàn)效益最大化[6]。

4 結(jié)語

近年來，國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度越來越快，政府對水利工程大壩安全問題更加重視。受多種因素影響，大壩出現(xiàn)了不同程度的損害，甚至出現(xiàn)滲漏水等問題。通過大壩安全進(jìn)行監(jiān)測，能夠?qū)ΡO(jiān)測范圍內(nèi)大壩運(yùn)行情況進(jìn)行深入分析，有利于采取相關(guān)措施解決問題，不斷提高大壩安全性。一個工程的建設(shè)、使用過程即為全壽命周期，基于該理論，能夠從各個階段、不同角度更好地推進(jìn)大壩安全監(jiān)測工作，便于合理采用監(jiān)測方法，提高監(jiān)測技術(shù)水平，更能實(shí)現(xiàn)水利工程監(jiān)測工作持續(xù)、健康發(fā)展。

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