朱 俊

(安徽省龍河口水庫管理處，安徽 六安 231300)

大壩是我國水利事業(yè)及水運(yùn)交通的重要組成部分，是調(diào)節(jié)水資源時(shí)間、空間配置的重要手段，當(dāng)然，也是江河防洪工程中的重要一環(huán)，從各國修筑的大壩來看，功能越來越全，發(fā)揮的作用也越來越大，除了傳統(tǒng)的蓄水、調(diào)節(jié)水位以實(shí)現(xiàn)水利灌溉之外，更多的諸如水利發(fā)電、水路航行、防洪等功能也被愈來愈加的受到重視。然而，大壩是人類征服自然的一種行為方式，在滿足人們各種需求的同時(shí)，也存在在諸多的安全隱患，一旦大壩出現(xiàn)崩塌、潰退的情況，也會(huì)對(duì)人們生產(chǎn)、生活乃至財(cái)產(chǎn)安全帶來重大的危害。

1 大壩安全的影響因素

為了更好的確保大壩的安全，了解和完善大壩安全監(jiān)測(cè)體系，首先我們必須清楚影響大壩安全的主要因素有哪些。從國際大壩會(huì)議公布的相關(guān)數(shù)據(jù)來看，影響大壩安全的主要因素體現(xiàn)在3個(gè)方面，如表1所示。

表1 大壩事故原因及概率

1)大壩設(shè)計(jì)、論證時(shí)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)大壩可能影響的地質(zhì)原因分析不夠透徹，導(dǎo)致大壩本身就存在缺陷和隱患，比如對(duì)河道流域的降水量估計(jì)不充分，大壩的高度和蓄水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能負(fù)荷流域內(nèi)降水，最終導(dǎo)致大壩漫頂而出現(xiàn)安全事故，從數(shù)據(jù)上看，57%的事故是由此導(dǎo)致的。

2)大壩本身運(yùn)營時(shí)的折損，大壩由鋼筋混凝土建造而成，鋼筋的老化和生銹，加上水流對(duì)大壩的侵蝕、沖刷，金屬材料腐蝕，這些由日積月累的量變，最終會(huì)對(duì)大壩產(chǎn)生破壞性的安全影響，這類事故占比也高達(dá)31%.

3)大壩本身管理的不嚴(yán)謹(jǐn)，缺乏科學(xué)的大壩管理辦法，如在施工中偷工減料，使用劣質(zhì)材料，日常管理中對(duì)大壩的安全隱患不聞不問，對(duì)存在的問題不做任何的修正和完善，聽之任之，最終導(dǎo)致大壩安全事故的發(fā)生，這類事故產(chǎn)生的比重甚至超過大壩本身的損耗風(fēng)險(xiǎn)，高達(dá)12%。

2 大壩安全監(jiān)測(cè)的必要性

大壩的安全事關(guān)重大，對(duì)大壩安全建立相應(yīng)的監(jiān)測(cè)體系：從各種水文環(huán)境、地質(zhì)條件、大壩結(jié)構(gòu)、安全信息等各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集，并加以分析，通過不斷反復(fù)的數(shù)據(jù)累積和分析，得出大壩運(yùn)行的安全系數(shù)，對(duì)大壩進(jìn)行安全等級(jí)管理。建立大壩安全監(jiān)測(cè)體系主要是基于以下3個(gè)方面：

1)能夠更為清晰、準(zhǔn)確并及時(shí)的了解大壩運(yùn)行情況，對(duì)其安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保大壩的日常運(yùn)行安全。大壩的安全監(jiān)控主要包含2個(gè)方面：①監(jiān)測(cè)；②安全評(píng)級(jí)。從這可以看出，通過對(duì)大壩進(jìn)行諸如水位、壩體、設(shè)備運(yùn)行等方面進(jìn)行監(jiān)控，能夠?qū)Υ髩蔚倪\(yùn)行安全情況有清晰的了解，同時(shí)也提供了大壩的安全評(píng)級(jí)數(shù)據(jù)，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也就能夠較為準(zhǔn)確的評(píng)估大壩的運(yùn)行安全狀況。

2)有助于我們進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，對(duì)大壩的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行探索和研究。在進(jìn)行大壩安全監(jiān)控時(shí)，我們可以對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行工程建模，對(duì)大壩的運(yùn)行狀況進(jìn)行模擬，在模擬的過程中通過改變各種條件，提升大壩運(yùn)行的效率和期限，最終實(shí)現(xiàn)大壩建設(shè)的綜合效益，也能夠?yàn)榇髩蔚慕ㄔO(shè)和維護(hù)探尋到寶貴的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律[1]。

3)能夠提高大壩的建設(shè)技術(shù)和管理水平。通過對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)，能夠獲得很多的大壩建設(shè)、運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)大壩建設(shè)具有極大的價(jià)值，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究和論證，給大壩的設(shè)計(jì)、施工提供指導(dǎo)，使其更有效率的進(jìn)行日常運(yùn)行管理。

3 大壩安全監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀

大壩安全的重要性從20世紀(jì)20年代開始逐漸被人們所重視，相應(yīng)的理論、學(xué)科、技術(shù)逐步成型，相關(guān)的專家和工程技術(shù)人員在大壩設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究、論證和實(shí)踐，但受限于技術(shù)的發(fā)展，取得的效果極為有效。20世紀(jì)70年代，隨著電子、計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的發(fā)展和完善，大壩安全監(jiān)測(cè)取得了極大的突破和成果，形成了較為科學(xué)的大壩安全監(jiān)測(cè)體系，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和更新，到20世紀(jì)90年代初，自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)有了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展，并在實(shí)踐中得到了使用，使得大壩安全監(jiān)測(cè)進(jìn)入了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的階段，到本世紀(jì)，技術(shù)不斷完善、更新和成熟[2]。

我國的大壩安全監(jiān)測(cè)起步較晚，開始于新中國成立后的20世紀(jì)50年代，跟隨著時(shí)代的腳步，到20世紀(jì)80年代，也逐步的實(shí)現(xiàn)了大壩的自動(dòng)化遙測(cè)監(jiān)控，到20世紀(jì)90年代，重點(diǎn)的大壩工程都完成了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝和改造，大大完善并提高了大壩安全監(jiān)測(cè)體系。

從當(dāng)前的現(xiàn)狀來看，大壩安全監(jiān)測(cè)體系在技術(shù)上已經(jīng)能夠做到緊跟技術(shù)發(fā)展，隨著技術(shù)的更新而更新監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備；在管理上也有了一定的進(jìn)步，能夠從大壩整體的角度監(jiān)控大壩運(yùn)行的安全；從一定程度上講，當(dāng)前的大壩安全監(jiān)控已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，大壩的安全運(yùn)行已經(jīng)有基本的保障。但是，在大壩的設(shè)計(jì)時(shí)，我們還是無法改變客觀地質(zhì)水文條件對(duì)大壩安全的威脅，在安全預(yù)警和日常管理中，還是存在著一定的問題，對(duì)壩體的細(xì)節(jié)監(jiān)控還略有忽視。

4 大壩安全監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

從大壩安全監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀來看，監(jiān)測(cè)的范圍、內(nèi)容和采用的技術(shù)方式是大壩安全監(jiān)測(cè)的主要構(gòu)成，同時(shí)，對(duì)大壩運(yùn)行規(guī)律和管理也是重要方面，因此數(shù)據(jù)分析和大壩安全思維就顯得極為重要，因此，當(dāng)前大壩安全監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)也是圍繞這3個(gè)方面來進(jìn)行[3]。

1)從監(jiān)測(cè)的范圍和內(nèi)容上來看，國家和行業(yè)的相關(guān)規(guī)定主要還是集中于大壩壩體及周邊相關(guān)建筑和設(shè)備的監(jiān)測(cè)。但從大壩安全的影響因素來看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，從勘探、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等各個(gè)階段都會(huì)影響到大壩的安全，隨著人們對(duì)大壩安全研究的深入，對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)的范圍和內(nèi)容已經(jīng)有所擴(kuò)大：在勘探設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)對(duì)大壩的地質(zhì)、水文、環(huán)境等相關(guān)因素進(jìn)行認(rèn)證的論證，對(duì)影響到大壩安全或?qū)Υ髩伟踩哂兄卮笥绊懙那樾芜M(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，必要時(shí)，也需要進(jìn)行一定時(shí)期的監(jiān)測(cè)，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)大壩的相關(guān)物理?xiàng)l件因素進(jìn)行再次確認(rèn)，最終確定大壩設(shè)計(jì)方案；在建設(shè)施工階段，需要對(duì)施工的用材、質(zhì)量進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，并對(duì)施工中遇到的問題進(jìn)行仔細(xì)、科學(xué)論證，對(duì)影響到大壩安全的，進(jìn)行設(shè)計(jì)研討甚至修改，以確保大壩高質(zhì)量建設(shè)完成；在日常的運(yùn)行階段，除了對(duì)壩體和相關(guān)建筑設(shè)備的監(jiān)控，對(duì)大壩的水文、電路等監(jiān)控也應(yīng)該納入大壩安全監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)。

2)監(jiān)控技術(shù)是大壩安全監(jiān)測(cè)的主要方式，也是大壩安全監(jiān)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)研究的主要內(nèi)容。大壩安全監(jiān)測(cè)從最早的人工方式，到傳感設(shè)備的進(jìn)入，在發(fā)展到目前的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，這些都是基于技術(shù)的進(jìn)步而逐步發(fā)展并完善的，如表2所示。從當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展和運(yùn)用情況來看，大壩安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)會(huì)有如下3種：

a)光纖傳感技術(shù)。光導(dǎo)纖維技術(shù)是一項(xiàng)新興的技術(shù)，它能將光和圖像曲折傳遞到任何地方和角落，我國在此理論應(yīng)用上取得較大成果，特別是在大壩安全監(jiān)測(cè)上，也有自己的專利。通過這一技術(shù)，能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)出壩體的溫度、裂縫、應(yīng)力變，水平和垂直方向的位移情況，能夠?qū)误w各個(gè)部位的形變進(jìn)行有效監(jiān)控，尤其在高雷區(qū)、高磁場區(qū)域的大壩運(yùn)用此技術(shù)監(jiān)控大壩安全，具有很強(qiáng)的適用性。

表2 大壩檢測(cè)技術(shù)發(fā)展一覽表

b)CT(計(jì)算機(jī)層析成相)技術(shù)。CT技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域運(yùn)用較廣，它是在不破壞物體物理結(jié)構(gòu)的前提下，通過周邊某種物理量形成其ID物影成像，并通過計(jì)算機(jī)和相關(guān)數(shù)學(xué)算法，形成2D乃至3D影像，這對(duì)大壩的選址、勘探階段會(huì)有較強(qiáng)的實(shí)際作用，能夠?qū)误w的地質(zhì)條件，包括斷裂情況，其分布和情況如何，都能夠獲得實(shí)際的數(shù)據(jù)；同時(shí)，對(duì)壩體的監(jiān)測(cè)也可以采取此辦法，可以減少其他設(shè)備的投入，此技術(shù)運(yùn)用于日常監(jiān)測(cè)的問題在于無法實(shí)時(shí)獲得數(shù)據(jù)。

c)激光技術(shù)。激光技術(shù)以其簡便、高效，成為廣受歡迎的測(cè)量方式，它將勘測(cè)的靈敏度大大提高了，同時(shí)對(duì)大壩所處的環(huán)境限制也更加寬松，減少了作業(yè)的限制和客觀條件的干擾，科學(xué)性大大提高。將激光技術(shù)運(yùn)用于大壩安全監(jiān)測(cè)中，較為成功做法是：在大壩分段設(shè)立準(zhǔn)直激光，射向相應(yīng)的壩段，實(shí)現(xiàn)激光準(zhǔn)直度的自動(dòng)校驗(yàn)，這能夠很好的解決長壩體(特別是800m以上的)的監(jiān)測(cè)難題，而且精確度極高。

3)在大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和其思維方面，其發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①從數(shù)據(jù)分析角度來看，誤差處理和監(jiān)測(cè)資料的分析是其重點(diǎn)，發(fā)展的趨勢(shì)與數(shù)學(xué)分析理論的進(jìn)步息息相關(guān)，在數(shù)學(xué)處理方法上的創(chuàng)新對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析而言也是巨大的推動(dòng)；②在大壩安全監(jiān)測(cè)的思維上，大壩整體環(huán)境的綜合分析、壩體微觀監(jiān)測(cè)以及壩體安全預(yù)警、預(yù)案制定都是大壩安全監(jiān)測(cè)的重要方面，在安全監(jiān)測(cè)的思維上，大小兼顧，統(tǒng)籌發(fā)展。

5 總 結(jié)

隨著水利事業(yè)的發(fā)展和大壩技術(shù)的不斷進(jìn)步，大壩對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展意義重大，因此，必須重視其發(fā)展，但因其對(duì)社會(huì)安全有較大的潛在危機(jī)。因此，對(duì)其安全監(jiān)測(cè)必須狠抓不放，通過加大對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)的理論研究與論證，深入探討和專研，爭取獲得大壩安全監(jiān)測(cè)在技術(shù)、管理方法、數(shù)據(jù)分析等各個(gè)方面更大的突破和進(jìn)步，從而最大程度地保障大壩安全。

[1]馬靜洲，方朝陽.大壩安全監(jiān)控指標(biāo)綜述[J]，中國農(nóng)村水利水電，2009(06)：137-139.

[2]趙志仁，徐銳.國內(nèi)外大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]，水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2010，34(05)：52-57．

[3]陳文燕，朱林，王文韜.大壩安全監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]，電力環(huán)境保護(hù)，2009(12)：38-42．