水库大坝安全监测自动化与除险加固技术研究  

水库大坝安全监测自动化与除险加固技术研究

杜猛

南瑞集团公司(国网电力科学研究院)江苏南京210000

摘要：在进行水库管理的时候，为确保安全，必须进行安全监测工作，其具体的贡献可表现在对工程的施工进行改进和指导、对大坝的安全运行进行监控、对大坝的突发事件进行预警及识别等，可有效降低大坝的风险，确保大坝安全可靠的运转。

关键词：水库大坝安全监测自动化除险加固技术

引言

在新的时代背景下，伴随着我国科学技术的不断发展，水库大坝安全监测自动化技术得到了非常广泛的应用。由于大坝的特殊性，在出现安全问题的时候，会对下游造成严重的经济和环境破坏，危害人们的生命财产安全。因此，有效的对水库大坝进行安全管理和监测，意义重大。

1.工程概述

某水库建立于1983年，水库的占地总面积为130.3平方公里，库容为4530万立方米。水库自从建成至今，已为下游省份及城市作出了重要贡献。但是水库在运行的过程中，也出现了很多方面的问题，例如：在2004年，就发生了比较严重的管涌和集中渗漏，很大程度的影响了水库运行的安全，倘若不是发现及时，若任其进一步发展会造成严重灾难事故，不仅会直接影响本市的供水情况，更会造成严重的生命财产损失。针对这样的现状，水利工作人员对水库进行了排险加固，并且完善了水库安全监测设施，与此同时还采用了比较先进的监测方式对大坝进行监测，有效的满足了水库大坝的安全监测要求，确保工程项目的顺利实施和开展。

2.水库大坝安全监测存在的问题

对于我国的水库来说，大多是从上个世纪中期开始建设的，在建设的过程中受到了管理体制以及建设标准等方面的影响，造成了工程老化与失修等现象的发生，加大了安全隐患。

2.1工程运行老化现象

随着工程的长期运行与发展，受到了材料老化以及环境条件等因素的影响造成了老化病害现象的发生。且对于大坝工程来说其寿命一般在50年左右，在使用后期老化程度不断加重，想要保证安全与稳定的运行，就要做好除险加固处理，以此来减少老化现象，确保工程的稳定运行。

2.2运行与管理等环节上的不足

造成这一现象的主要原因是：一是工程出现老化失修的现象，受管理维护经费不足的制约，使得工程不能及时得到维护。二是由于管理体制上的不足，造成了运行机制上的不顺利，加之受到了我国经济体制上的影响，使得在实际管理的过程中存在职责不分与职责不明等现象，降低了水库大坝功能的正常发挥，也降低了社会与经济效益。

2.3先天上的不足

首先，在施工中存在不规范等现象，这样也就遗留下了安全隐患，加之受到当时形势等方面的影响，在建设水库的过程中采用勘查、设计与施工同步进行的方法，造成了一些水库中的地质与水文等材料存在不足。另外受到了设备与投资等方面的影响，工程建设常常会出现停建的现象，这样也就留下了安全隐患。其次，由于当时的设计标准不完善，加之地质材料的匮乏，对工程的要求标准相对较低，也就使得一些工程存在建设标准低与质量不高等现象。当时工程建设存在重建轻管的理念，也就使得通信预警与监测等设施存在不完善的现象。

2.4溃坝事故的发生

在建设的过程中由于受到了多种不确定因素的影响，如施工以、地质等，使得一些水库在建设过程中就存在着一定的安全隐患，加之受到了地震与暴雨等自然灾害的影响，溃坝事故时有发生。通过查阅相关资料可以看出，在各个国家溃坝事故所带来的危害是十分严重的。而在我国尤其是在半个多世纪以来，所发生的溃坝事故就多达三千多起，其中以小型的水库居多，造成了重大的人员伤亡与经济损失。

2.5病险水库问题

首先，对于病险水库来说，存在着险情重且种类繁多等特点，从实际上来说，就是抗震与防洪标准不能满足相关的要求，缺少必要的安全监测设施或存在安全监测设施不足和老化等现象。其次，对于病险水库来说，存在着威胁大与分布广的现象，水库下游大多存在人口规模较大的城市。因此，一旦出现安全事故，直接就会威胁到人民群众的生命财产安全。

3.水库大坝安全管理监测的措施

3.1大坝是进行水资源管理的重要和不可或缺的建筑。大坝形状各异，从小规模的水坝到大型混凝土大坝，大坝的安全监测对于大坝校核设计、改进施工和性能评价都有重大意义。同时，连续长期的大坝安全监测系统，能够提供溃坝通知预警，对于保护下游人民生命财产安全具有重大意义。水库大坝的监测工作主要是人工观测与仪器检测，近年来我国的自动化的信息系统逐渐完善，使其也成为一项重要的监测方式。水库监测的主要内容包括：水库水位、水压、渗流、流量、电导率、风力、相对湿度、空气和水的温度以及大坝坝体地表位移监测。而大坝的监测主要体现在对坝体，坝基以及坝肩等范围内的监测，同时还需要对大坝有影响的岸坡、建筑物以及设备进行监测。关系大坝安全的因素存大的范围大，包括的内容多，如泄洪设备及电源的可靠性、梯级水库的运行及大坝安全状况、下游冲刷及上游淤积、周边范围内大的施工特别是地下施工爆破等。

3.2渗透稳定分析，计算工况仅考虑稳定渗流的兴利工况，以某工程为例，其上游兴利水位54.Om，下游无水。根据地质勘察报告，下游砂壳和坝基砂的渗透变形类型均为管涌允许水力坡降分别为0.27、0.3l。经计算，0+304断面坝基砂的最大水力坡降为O.07，下游砂壳为0.09，最大水力坡降发生在坝脚处，其数值均小于允许坡降，故不会发生渗透破坏。心墙壤土的渗透变形类型为流土，允许水力坡降为4;经计算，心墙壤土的最大水力坡降为0.49，发生在齿槽底部，其数值小于允许坡降，也不会发生渗透破坏。

3.3坝坡抗滑稳定分析，还是以上文水库为例，采用简化毕肖普法进行坝坡抗滑稳定分析，各工况下大坝下游坝坡抗滑稳定安全系数往往多小于规范允许值。因此，大坝上游维持原坝坡不变，从上到下分别为1：2.5，1：3.0，变坡处设置一马道，宽2.0m，高程919.30m。而对下游原坝坡则采取清除500mm厚表面砌石及碎石垫层，同时放缓坝坡进行碾压土培厚处理的措施，范围桩号坝0+010～坝0+240。培厚处理后下游坝坡从上到下分别为1：2.0，1：2.5，1：2.75，1：3，变坡处各设一马道，宽2.0m，高程分别为922m，918m，910131。下游坝脚排水棱体处清除表面风化层及杂物后新建堆石排水棱体，排水棱体高2.6m～6.0m，顶宽2.0m。

3.4对水库大坝进行安全分析和有效的评价预报系统，首先要研究和开发出科学合理的水库大坝安全评价预报系统，其中，评价预报系统一定要具有通用性、可以移植性的特征。由于水库大坝的自动化监测技术包括数据采集、数据管理等系统，所以一定要不断的优化采集数据的效率，还应该有效的维护和管理监测的动态数据，并且要深入的研究坝体变形和渗流安全分析模型理论。最后要建立具备坝体安全评价体系、模糊综合评价模型等功能的分析评价预报系统，这样才能确保水库大坝安全的运行，保证水利工程的顺利实施和运行。

4.结束语

从目前的现状来看，在我国水库大坝中，采用的自动化技术已经有一套比较完善和成熟的开发建设模式，这样不仅可以全面的指导安全监测和除险加固改造，还可以很大程度的提高安全监测的水平，促进水库的健康稳定发展。

参考文献：

[1]吴世勇，陈建康，邓建辉.水电工程安全监测与管理[M].北京：水利水电出版社，2009：224.

[2]赵清,孙仁伟.新立城水库大坝安全监测系统改造[j].吉林水利,2011,(04)：21-22.

[3]张燕霞.龙羊峡水电站大坝安全自动化监测系统的运行与维护[J].大坝与安全，2011，01：35-37.