大坝安全监控

大坝安全监控（精选9篇）

大坝安全监控 篇1

在20世纪,水坝成为了最重要和最显眼的水资源管理工具,在帮助社区和团体利用水资源满足粮食生产和生活等用水以及发电和洪水控制方面起到了重要的作用[1]。然而,在随着水利投入逐渐加大,坝工建设发展逐渐加快的同时,由于种种原因,大坝存在着某些不安全因素,出现危及大坝安全的裂缝和病变[2],影响了工程效益的发挥,甚至威胁着下游人民生命财产的安全。因此大坝安全问题显得尤为重要。

1 大坝安全监控指标提出的背景

国际大坝会议“关于水坝和水库恶化”小组委员会记录的1 100座大坝失事实例,从1950-1975 年大坝失事的概率和成因分析中的得出大坝失事的频率和成因分别为:30%是由于设计洪水位偏低和泄洪设备失灵引起洪水漫顶而失事;27%是由于地质条件复杂,基础失稳和意外结构事故所造成;20%是由于地下渗漏引起扬压力过高、渗流量增大、渗透坡降过大引起;11%是由于大坝老化、建筑材料变质(开裂、侵蚀和风化)以及施工质量等原因;12%是不同的特有原因所致。

其中最著名的两起溃坝事故分别是法国马尔帕塞拱坝和意大利瓦依昂拱坝。前者坝高66.5 m,1954年开始蓄水,1959年12月2日溃决。后者坝高262 m,1960年蓄水后,坝前左岸滑坡体缓缓蠕动,至1964年10月7日实测位移为429 cm,其中最后12d的位移速度高达48.3 mm/d,加速明显。10月9日滑坡体(约2.4亿m3)突然高速滑入水库,70 m高的涌浪翻坝而过,造成2 600余人死亡。

在此类事故中,人们逐渐认识到,对大坝这种特殊建筑物必须准确地了解其工作性态,这只能通过大坝安全监测进而建立大坝安全监控指标来实现。利用准确合理的大坝安全监控指标,对法国马尔塞怕拱坝就可以在4个月之前发现险情而防患于未然,对意大利的瓦伊昂拱坝的位移加速也可以认识到是个最危急的信号。所以人们提出必须建立完备的科学的大坝安全监控指标。

2 大坝安全监控指标涵义

根据统计资料,大坝从建造到失效,通常经历三种状态:正常状态、不正常状态(故障状态)和失效(极限)状态。破坏是失效状态的一种特例。

不正常状态和失效状态有很多症状和标志,这些症状和标识的界限值为状态特征值,在监控系统中即为监控指标。因此大坝安全监控指标可分为两级:第一级为大坝无故障监控指标,它是大坝正常状态和不正常状态的界限值,又称“警戒值”;第二级是大坝极限监控指标,它是大坝安全与否的界限值,又称“危险值”。

大坝安全监控指标主要有时间上和空间上的针对性。

时间上主要对应大坝施工期、初次蓄水期和大坝老化期。因为这是大坝安全最容易出现问题的时期,所以对每个特定的阶段要拟定特定的监控指标。空间上对应是指,对不同的坝址有不同的坝体、同一个坝体不同的部位有相应有不同的安全监控指标。如针对面板堆石坝面板与趾板之间的防渗、碾压混凝土坝的层间结构、高强震地区均质土坝的液化等等。

3 大坝安全监控指标的目的和意义

大坝安全监控指标有校核设计、改进施工和评价大坝安全状况的作用,且重在评价大坝安全。浅层意义是为了人们准确掌握大坝性态;深层意义是为了更好地发挥工程效益、节约工程投资。这也有利于其他大坝包括待建坝的安全评估。

我国目前正处于水电建设高峰期,目前正在建设的就有糯扎渡、小湾、溪洛渡等一大批高坝,对大坝安全监控提出了挑战性的课题。此外,根据国家“十五”计划水利发展重点专项规划,病险水库除险加固是一项主要任务。高坝、病坝的安全分析评估是一项极重要的工作,而大坝安全监控指标的拟定,对准确识别大坝险情,掌握大坝运行性态有着重大作用。所以,建立大坝安全监控指标是一项既有现实意义,又有长远影响的具有重大挑战而又意义深远的工作。

4 大坝安全监控指标的研究现状和成果[3]

拟定安全监控指标的主要任务是根据大坝和坝基等建筑物已经抵御经历荷载的能力, 来评估和预测抵御可能发生荷载的能力, 从而确定该荷载组合下监控效应量的警戒值和极值。由于有些大坝可能还没有遭遇最不利荷载, 同时大坝和坝基抵御荷载的能力在逐渐变化, 因此安全监控指标的拟定是一个相当复杂的问题, 也是国内外坝工界研究的重要课题。大坝安全监控指标的拟定,是一项颇为复杂、迄今仍在继续研究的重要课题,现在可以参考的规范仅有1989年能源部、水利部颁布的《混凝土大坝安全检测技术规范》及2003年电力工业部颁布的《混凝土坝安全监测技术规范》。

不少学者在安全监控指标的拟定上做了许多有益的探索并取得了一定的成果。吴中如等将力学模型引入大坝安全监测领域,并依据混凝土坝变形规律,提出拟定混凝土大坝变形一、二、三级监控指标的原理和方法,并成功地应用于佛子岭连拱坝等实际工程的监控。王德厚对建立各种模型的方法作了较全面和深入的探讨,在建立建筑物及基础变性监控的确定性模型方面,提出了有特色的建模方法。李民等根据各荷载对坝体变形的影响确定荷载的不利组合,并计算出相应的坝体变形上、下限值,进而提出坝体变形的监控指标。张进平等还提出了冻胀因子进行变形监控分析,其拟合效果优于或接近传统模型,物理意义更为明确合理,可以对季节冻胀的影响进行直接分析,回归模型中的水位分量、时效分量相差不大。

目前常用的监控指标拟定方法有数学模型法、极限强度分析法、安全系数法等。近年来,又相继出现了一些新的监测模型,如时间序列监测模型、灰色系统分析模型、神经网络监测模型、多测点监测模型及综合评价监测模型等。

在对实际工程建立监控分析系统方面,也取得可观的成果。天津大学成功建立了黄河李家峡拱坝安全监控模型与监控指标,取得了对大吨位预应力岩锚群及抗剪传力洞,大坝及基岩力学参数的反演等的很多技术突破。河海大学的吴中如等利用实时分析、反馈分析、辅助决策技术对二滩双曲拱坝水电站建立了在线监控系统,具有实时性、实用性、可靠性和扩展性。武汉大学根据飞来峡水利枢纽的特点,提出强度储备理论,对飞来峡水库大坝进行变形监控指标的拟定。

5 大坝安全监控指标的拟定方法[4,5,6,7]

大坝安全监控指标的拟定方法主要有数学模型法、极限强度分析法、安全系数法等。一般来说,宜建立监控指标的监测项目有变形、坝基扬压力、渗流量、应力等。而通常对于大坝应力和扬压力是以设计值作为监控指标,对于渗流量也可以依据有关流体力学理论结合监测资料进行拟定。因此目前研究的重点和难点是对大坝变形监控指标的确定。大坝变形监控指标拟定主要有置信区间法、典型监控效应量的小概率法、极限状态法、仿真计算法和力学计算法等。

5.1 置信区间法

该法在国内外普遍采用,其基本原理是统计理论的小概率事件,即根据以往的观测资料,用统计理论或有限元计算,建立监测效应量与荷载之间的数学模型(统计模型、确定性模型或混合模型等),并用这些模型计算在各种荷载作用范围内的监测量监控指标。置信区间法有两个关键问题需要解决,一个是回归分析,其中预测预报是回归分析的重要内容。另一个关键问题是置信区间的选取。区间太小则容易误报,太大则容易漏报。置信区间法简单、易于掌握,但存在以下不足:如果大坝没有遭遇过最不利荷载组合或资料系列较短,则利用以往监测效应量的资料系列建立的数学模型只能用来预测大坝遭遇荷载范围内的效应量,其值不一定是包括最不利荷载组合在内的警戒值;资料系列不同,分析计算结果的标准差也不同;显著性水平不同,置信区间也不同。此外,置信区间法没有联系大坝失事的原因和机理,物理概念不明确,也没有联系大坝的重要性(等级和级别);如果参数选择不当, 由该法确定的监控指标可能超过大坝监测效应量的真正极值。

在使用置信区间方法时,还需要重视的问题是有无趋势性变化。置信区间法适用于正常稳定运行情况。当趋势性变化较大且尚未稳定时,不宜采用数学模型来建立监控模型。根据建立数学模型方法的不同,置信区间估计法又可以分为统计模型、确定性模型和混合模型方法。对这些方法的研究,我国已达到了较高的水平,并以结合工程应用。

5.2 典型监控效应量的小概率法

在实测资料中,根据不同坝型和大坝的具体情况,选择不利荷载组合时的监测效应量(Emi)或它们的数学模型中的各个荷载分量。Emi为随机变量,每年有一子样,因此得到样本E={Em1, Em2, ⌷,Emn}。对样本空间E,估计其特征值,用统计检验法(如A-2D法、K-S法),对其进行分布检验,得其概率密度函数的分布函数(如正态分布函数、对数正态分布和极值Ⅰ型分布等),确定失事概率后,即可求得相应水平的监控指标。小概率法定性联系了对强度和稳定不利的荷载组合所产生的效应量,并根据以往观测资料来估计监控指标,显然比置信区间法有所提高。但只有当观测资料系列较长,且真正遭遇较不利荷载组合时,该法估计的监控指标才接近极值,否则只能是现行荷载条件下的极值;失事概率α的确定还没有规范可循,有一定的经验性。

5.3 极限状态法

大坝的失事模式对应于相应的荷载组合,失事主要归结为强度和稳定等形式的破坏。根据计算临界荷载组合的总效应S和大坝或地基的抗力R的方法不同,用极限平衡条件估计监控指标方法可分为安全系数法、一阶矩极限状态法和二阶矩极限状态法。如变形监控指标, 可由水压分量、温度分量的最不利荷载组合,并考虑时效影响来确定。采用极限状态法所求得监测效应量的监控指标是该效应量的极值,但必须要有完整的大坝和坝基的材料物理力学参数的试验资料,而求得的效应量极值与选用的材料本构模型有关。

5.4 仿真计算法和力学计算法

通过对大坝及其基础的物理力学分析,模拟大坝及其基础的真实受力状态,采用弹性、弹塑性、弹粘塑性理论,计算大坝及其基础不同阶段的应力变形,从而拟定各个阶段的变形监控指标。该方法对于拟定施工期和首次蓄水阶段的监控指标具有更大的适用性和必要性。与极限状态法类似,该方法的结果与所采用的本构关系及材料性能参数有关。

众所周知,不同水库的地质条件、水文条件不尽相同,其施工条件、运行条件、最不利荷载条件也不完全相同,所以在选定大坝安全监控指标拟定方法的时候要根据大坝的各种性态参数选定最适合的拟定方法。

6 大坝安全监控指标研究发展特点与建议

纵观国内外大坝安全监控及研究工作近十几年的探索和研究,其发展特点主要有以下几个方面:

(1)监控项目范围进一步扩大,除了大坝及其附属建筑物,还向地基岸坡和其他地质、地形复杂的区域发展,并逐渐建立相应的监控指标。

(2)数据处理逐步由离线集中处理发展为在线实时监控和处理,为合理拟定监控指标提出了更高的要求。

(3)拟定监控指标的数学模型呈现多样化形式,除了统计模型、混合性模型外,时间序列、灰色理论、模糊数学、神经网络、随机有限元、波普分析等多种方法被引入了大坝安全性态分析并据此拟定安全监控指标。

(4)从单测点、单项目独立分析拟定监控指标逐渐向多测点、多项目综合分析拟定监控指标发展;从给大坝安全运行拟定指标逐渐向诊断大坝运行性态指标发展。

针对大坝安全监控指标研究的发展特点,提出以下几点建议:①工程实践中建议用统计法和参照设计值的设计比拟法相结合的方法;运行初期观测数据不足时,则主要参照设计值来拟监控定指标;有了相当多的的观测资料时,以统计法和数学模型为主;②对不同条件的大坝应考虑影响大坝工作性态的主要监控指标,对同一监测项目,也要结合不同的工况来拟定相应的监控指标;③随着大坝监控的发展,逐渐要拟定带有风险意识和可靠性分析的大坝监控指标,包括大坝运行及其灾害评价等。

7 结 语

科学、合理的监控指标,是大坝安全监控体系的核心和灵魂所在,缺此,监控体系是不完整的,在关键时刻发挥不了作用,所以拟定监控指标应列为大坝安全监测资料分析和安全检查的一个基本组成部分。

展望未来,大坝安全监控工作任重道远,随着监测仪器和技术的不断更新,资料分析处理和综合评判方法的改进,将有力的促进大坝安全监控的自动化发展,大坝的安全监控和管理水平会迅速提高,在减灾防灾中发挥更大的作用。

参考文献

[1]世界水坝委员会报告.水坝与发展决策的新框架[M].北京:中国环境科学出版社,2005.

[2]潘家铮.中国水利建设的成就问题和展望[J].中国工程科学,2002,4(2):42-51.

[3]杨杰,吴中如.大坝安全监控的国内外研究现状与发展[J].西安理工大学学报,2002,18(1):26-30.

[4]顾时冲,吴中如.大坝与坝基安全监控理论和方法及其应用[M].南京:河海大学出版社,2006.

[5]吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用[M].北京:高等教育出版社,2003.

[6]魏德荣.大坝安全监控指标的制定[J].大坝与安全,2003,(6):24-28.

[7]吴中如,顾时冲,沈振中,等.大坝安全综合分析和评价的理论、方法及应用[J].水利水电科技进展,1998,18(3):2-6.

大坝安全监控 篇2

1.大坝洪水标准复核，包括水文和洪水调度计算的复核;

2.大坝抗震复核，包括地震烈度和大坝抗震的复核;

3.大坝质量分析评价，包括施工期和大坝现状质量分析;

4.大坝结构稳定和渗流稳定分析，包括变形稳定分析;

5.大坝运行情况分析，包括工程老化分析;

6.大坝安全综合分析，提出大坝安全论证总报告。

第十三条大坝安全鉴定主管部门应组织现场安全检查。现场安全检查工作由安全鉴定主管部门主持，组织有关单位专家参加，大坝的运行管理单位密切配合，检查后，应编写出现场安全检查报告。现场安全检查内容按有关规范规定进行。

第十四条大坝安全鉴定过程中，发现尚需对工程补作探查或试验，以进一步了解情况作出判断时，鉴定主管部门应根据议定的探查试验项目及其要求和时限，组织力量或委托有关单位进行。受委托单位应按要求提交探查、试验成果报告。

第四章大坝安全鉴定成果

第十五条在对大坝安全进行分析评价和组织现场安全检查的基础上。专家组应认真审查，充分讨论。对大坝的安全作出综合评价，并评定大坝安全类别，提出安全鉴定报告书。安全鉴定报告书格式见附件。

第十六条大坝安全分类标准：

一类坝：实际抗御洪水标准达到部颁规范规定、大坝工作状态正常;工程无重大质量问题，能按设计正常运行的坝。

二类坝：实际抗御洪水标准不低于部颁水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准，大坝工程状态正常，工程无重大质量问题，能按设计正常运行的坝，鉴定材料《水库大坝安全鉴定》。

三类坝：实际抗御洪水标准低于部颁水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准，或者工程存在较严重的质量问题影响大坝安全，不能正常运行的坝。

第十七条大坝安全鉴定工作结束后，鉴定主管部门即应进行总结，并将总结和安全鉴定报告书报上级主管部门审查备案。全部鉴定资料成果均应存档，长期妥善保管。

第十八条大坝主管部门和管理单位应根据安全鉴定结果，采取相应的运行意见和有关措施，对三类大坝，应即立项，安排计划，进行除险加固，限期脱险。在未除险加固前，大坝管理单位应制定保坝应急措施。

第五章附则

第十九条大坝安全鉴定工作所需费用，由大坝管理单位或其主管部门列经费解决。

第二十条本办法自发布之日起施行。第一章总则

第一条为加强水库大坝安全管理，完善大坝安全鉴定制度，保证大坝安全运行，根据国务院《水库大坝安全管理条例》的规定，制定本办法。

第二条本办法适用于坝高15米以上或库容在100万立方米以上的水库大坝。坝高小于15米、库容10万至100万立方米的小型水库可参照本办法执行。

本办法所称大坝包括永久性挡水建筑物以及与其配合运用的泄洪、输水、发电和过船建筑物。

第三条大坝安全鉴定实行分级负责：大型水库大坝和影响县城安全或坝高70米以上的中小型水库大坝由盛自治区、直辖市水行政主管部门组织鉴定;中型水库大坝和影响县城安全或坝高50米以上小型水库大坝由地(市)或以上水行政主管部门组织鉴定;坝高15米以上或库容100万立方米以上的小型水库大坝，由县或以上水行政主管部门组织鉴定;水利部直辖的水库大坝，由水利部或流域机构组织鉴定。

第四条大坝管理单位及其主管部门必须对大坝按期进行安全鉴定。大坝建成投入运行后，应在初次蓄水后的2～5年内组织首次安全鉴定。运行期间的大坝，原则上每隔6～10年组织一次安全鉴定。运行中遭遇特大洪水、强烈地震、工程发生重大事故或影响安全的异常现象后，应组织专门的安全鉴定。无正当理由不按期鉴定的，属违章运行，导致大坝事故的，按《水库大坝安全管理条例》的有关规定处理。

第二章鉴定的组织和程序

第五条大坝的安全鉴定应逐个分别进行，鉴定工作由组织鉴定的主管部门负责主持，聘请有关专家组成专家组进行。

第六条大型水库的安全鉴定专家组一般由9～11名专家组成，其中高级技术职称的专家人数比例不少于三分之二。中型水库的专家组人数一般由7～9名专家组成，其中高级职称专家不少于3名。小型水库专家组一般由5～7名专家组成，其中高级职称专家不少于2名。专家组应包括下列各方面的人员：

1.大坝主管部门的技术负责人;

2.大坝运行管理单位的技术负责人和有关运行管理单位的专家;

3.有关设计和施工部门的专家;

4.有关科研单位或高等院校的专家;

5.有关大坝安全管理单位的专家。

专家组中应含有水文、地质、水工、机电、金属结构等各方面的专家。

大坝安全鉴定专家的资格应经上级大坝安全主管部门认可，认可办法另行规定。

第七条大中型水库大坝的安全鉴定工作，应按下列基本程序进行;小型水库大坝的安全鉴定程序可适当简化。

1.水库大坝的安全鉴定主管部门下达安全鉴定任务，编制大坝安全鉴定工作计划;

浅谈大坝的安全监控 篇3

有关统计分析表明, 大坝失事或严重大坝事故主要表现为四种形式:设计洪水偏低引起漫顶;地质勘探不充分造成失稳和渗漏;设计与施工缺陷导致大坝老化加速;遭遇地震等特殊荷载。因此, 有必要针对不同大坝的具体情况和特点, 设置相应的安全监测项目, 对大坝变形、渗流、应力应变等进行连续而全面的监测, 并对实测数据进行及时的处理和分析, 在此基础上实现大坝安全性态的综合评判, 以馈控大坝的安全和运行。

大坝安全监测与控制的研究工作可大致分为五个方面:观测资料的误差处理与分析;观测资料的正分析;观测资料与大坝结构性态的反分析;反馈分析与安全监控指标的拟定;大坝安全综合评判与决策, 各个方面的研究相互联系, 构成了大坝安全监控的理论框架体系[2]。

1 观测资料的误差处理与分析

在利用大坝安全监测资料进行正反分析前, 首先应对原始测值资料进行误差处理与分析。大坝安全监测数据的误差分为粗差、系统误差和随机误差三类。在测量过程中, 应当剔除粗差, 消除或削弱系统误差, 使观测值中仅含随机误差。测量误差分析的方法一般有测值范围检验分析法、数学模型分析法及统计检验法等。

粗差是由某些不正常因素所造成的与事实明显不符的一种误差, 通常属于测量错误, 这种误差较易发现, 应予以剔除。目前主要采用基于最小二乘理论的分析方法对粗差判别和处理, 较常用的方法有数据探测法和稳健估计法。此外还常用统计量检验法, 如格拉布斯准则、肖维勒准则、t检验准则、F检验准则等[3]。

系统误差可分为定值系统误差和变值系统误差, 一般通过数学模型分析结果进行判别, 通常的处理方法是设法找出系统误差的函数表达式, 然后在观测结果中加以扣除。

随机误差由随机因素造成, 其符号和绝对值大小无规律且不可预料, 但随着测次增加, 一般认为随机误差呈正态分布, 具有零均值。

2 观测资料的正分析

原型观测资料正分析的主要任务是由实测资料建立数学监控模型。应用这些模型监控大坝等水工建筑物的今后运行, 同时对模型中的各个分量 (特别是时效分量) 进行物理解释, 借以分析大坝等水工建筑物的工作形态。根据建立模型方法不同, 可以归纳为:用统计学方法建立的统计模型;应用时间序列法和灰色系统理论建立预测模型;用模糊数学建立预测模型;用有限元方法分析计算, 并与实测值拟合, 建立确定性模型或混合模型。

意大利的D.Tonini于1956年首次将影响大坝位移的因素分成水压、温度、时效三部分, 并用三次多项式表示水压分量、温度分量。1977年意大利的Faneli等提出了混凝土大坝变形的确定性模型和混合模型, 将有限元理论计算值与实测数据有机的结合起来, 以监控大坝的安全状况。近20年来, 随着计算机技术的发展, 大坝观测资料的正分析研究也取得了很大的进步, 国内外大坝观测资料的分析工作逐渐向纵深方向发展, 多测点建模、复合建模技术等新方法以及灰色系统、模糊理论、人工神经网络、遗传算法、混沌理论等新理论被引入到大坝安全监控领域中。

3 观测资料与大坝结构性态的反分析

原型观测资料的反分析, 按其实际内涵包含反演分析和反馈分析, 两者既有机联系, 又有区别, 按系统识别理论的概念统称为反分析[4]。

反演分析是依据正分析的结果, 通过相应的理论分析, 借以反求大坝等水工建筑物和地基的材料参数以及某些结构特性 (简称“源项”) 等, 以校准影响计算精度的主要因素。

大坝及坝基的参数反演有两种方法, 即常规分析法和确定性模型法。国内外对大坝及坝基参数的反演分析比较深入, 尤其对混凝土坝反分析研究较为普遍, 并取得了很多成果。在弹性问题的位移反分析中, 1977年, N.Shimizu和S.Sakurai提出边界元位移反分析方法。在粘弹性参数反演方面, 刘怀恒和杨林德引入基于时间的等效弹性模量, 然后反推流变参数, 但这种算法只局限于简单的线弹性材料。沈家荫、林炳仕等研究由位移观测资料反演分析的边界元法。薛琳、G.Gioda等也在岩体粘弹性参数反分析方面提出一些实用的计算方法。

反馈分析是综合应用正分析和反演分析的成果, 并通过相应的理论分析, 从中寻找某些规律和信息, 及时反馈到设计、施工和运行中去, 达到优化设计、施工和运行的目的, 并补充和完善现行水工设计和施工规范。1969年, Terzaghi提出的观测设计法是反分析思想的最早应用。

4 反馈分析与安全监控指标的拟定[5,6]

为了监控大坝及其他水工建筑物的安全运行, 目前坝工界对反馈分析的研究主要包括以下几方面: (1) 拟定大坝等水工建筑物各个观测量的安全监控指标及其相应的水压、温度等控制荷载; (2) 根据安全监测资料, 应用可靠度理论反馈大坝的实际安全度, 以复核大坝的稳定、强度和抗裂安全度; (3) 分析裂缝、再生缝的物理成因、机理及其对建筑物结构性态的影响, 以反馈控制裂缝发生和发展的临界荷载。

安全监控指标是评价和监测大坝安全的重要指标, 对于馈控大坝等水工建筑物的安全运行相当重要。拟定安全监控指标的主要任务是根据大坝和坝基等建筑物已经抵御经历荷载的能力, 来评估和预测抵御可能发生荷载的能力, 从而确定该荷载组合下监控效应量的警戒值和极值。由于有些大坝可能还没有遭遇最不利荷载, 同时大坝和坝基抵御荷载的能力在逐渐变化, 因此安全监控指标的拟定是一个相当复杂的问题, 也是国内外坝工界研究的重要课题。通常对于大坝应力和扬压力是以设计值作为监控指标, 而目前研究的重点和难点是对大坝变形监控指标的确定。国外对变形监控指标的研究报道较少。而在国内, 吴中如、顾冲时、沈振中等在利用安全监测资料反馈大坝的安全监控指标方面进行了系统的研究, 提出拟定变形监控指标的原理和方法, 并成功地应用于佛子岭连拱坝等实际工程的监控。

目前, 对坝体和坝基变形监控指标的拟定方法主要有置信区间法、典型监控效应量的小概率法、极限状态法、仿真计算法和力学计算法等。

置信区法:该法在国内外普遍采用, 其基本原理是统计理论的小概率事件, 即根据以往的观测资料, 用统计理论或有限元计算, 建立监测效应量与荷载之间的数学模型, 并用这些模型计算在各种荷载作用范围内的监测量监控指标。置信区间法简单、易于掌握, 但存在以下不足:如果大坝没有遭遇过最不利荷载组合或资料系列较短, 则利用以往监测效应量的资料系列建立的数学模型只能用来预测大坝遭遇荷载范围内的效应量, 其值不一定是包括最不利荷载组合在内的警戒值;资料系列不同, 分析计算结果的标准差也不同;显著性水平不同, 置信区间也不同;此外, 置信区间法没有联系大坝失事的原因和机理, 物理概念不明确, 也没有联系大坝的重要性 (等级和级别) ;如果标准较大, 由该法确定的监控指标可能超过大坝监测效应量的真正极值。

典型监控效应量的小概率法:在实测资料中, 根据不同坝型和大坝的具体情况, 选择不利荷载组合时的监测效应量 (Emi) 或它们的数学模型中的各个荷载分量。Emi为随机变量, 每年有一子样, 因此得到样本E={Em1, Em2, …, Emn}。对样本空间E, 估计其特征值, 用统计检验法 (如A-D法、K-S法) , 对其进行分布检验, 得其概率密度函数的分布函数 (如正态分布函数、对数正态分布和极值Ⅰ型分布等) , 确定失事概率后, 即可求得相应水平的监控指标。小概率法定性联系了对强度和稳定不利的荷载组合所产生的效应量, 并根据以往观测资料来估计监控指标, 显然比置信区间法有所提高。但只有当观测资料系列较长, 且真正遭遇较不利荷载组合时, 该法估计的监控指标才接近极值, 否则只能是现行荷载条件下的极值。失事概率α的确定还没有规范可循, 有一定的经验性。

极限状态法:大坝的失事模式对应于相应的荷载组合, 失事主要归结为强度和稳定等形式的破坏。根据计算临界荷载组合的总效应S和大坝或地基的抗力R的方法不同, 用极限平衡条件估计监控指标方法可分为安全系数法、一阶矩极限状态法和二阶矩极限状态法。如变形监控指标, 可由水压分量、温度分量的最不利荷载组合, 并考虑时效影响来确定。采用极限状态法所求得监测效应量的监控指标是该效应量的极值, 但必须要有完整的大坝和坝基的材料物理力学参数的试验资料, 而求得的效应量极值与选用的材料本构模型有关。

5 大坝安全综合评判与决策[1,7,8]

安全监测资料的正反分析和反馈分析, 一般仅局限于对单项物理量的分析, 存在一定的局限性。因此, 需在正分析反分析和反馈分析基础上, 对大坝等水工建筑物的安全性态进行综合评判与决策。综合评判与决策是指对各种资料进行不同层次的分析, 找出荷载集与效应集、效应集与控制集之间的非确定性和确定性关系, 然后通过一定的理论和方法或凭借专家的丰富经验进行综合分析和推理, 以评判大坝等水工建筑物的工作性态。

近年来, 国内外对水工建筑物安全评价方法的研究有了较大发展。在国外, 美国、加拿大等国已用SEED法及风险值概念对大坝失事的总概率进行计算。如B.C.YEN对随机荷载和抗力作用下水工建筑物系统的可靠性估算方法进行研究。在国内, 吴中如、尉维斌等于1994年利用模糊数学方法自下而上的确定大坝实测性态评价体系各层元素的权重, 实现对大坝安全实测性态的评判。1997年, 何金平等研究了一种基于突变理论的大坝实测性态动态模糊综合分析与评判方法。2003年, 黄海燕等综合考虑了影响大坝安全各因素的随机性及模糊性, 对大坝进行定量模糊风险分析。

6 大坝安全监控研究发展动向

纵观国内外大坝安全监控及研究工作近十几年来的情况, 主要的发展内容如下:

(1) 监测范围进一步扩大, 除了对大坝及其附属建筑物的监测外, 还向地基岸坡和其它地质、地形复杂的区域发展, 并在一定程度上与流域水文监测合为一体。

(2) 高精度、高稳定性和自动化观测仪器的研究使监测手段更加先进, 一些大坝监测已经实现了自动化遥测集控。各种现代监测的先进技术, 如无损探伤、光纤、GPS技术、遥感技术等在大坝安全监测中进一步得到应用, 使监测方法和手段更为完善, 监测内容和项目更加全面。

(3) 数据处理逐步由离线集中处理发展为在线实时监控和处理, 为管理决策提供更加及时准确的依据。反馈分析成果丰硕, 有效的推动坝工设计和施工技术的发展。

(4) 进一步深入研究用于监控分析的数学模型, 除了统计模型、确定性模型和混合模型外, 对时间序列、灰色理论、模糊数学、神经网络、随机有限元、波谱分析等多种方法深入研究并引入大坝安全监测资料和大坝结构性态的正反分析。

(5) 在大坝安全性态评价研究方面, 从单测点、单项目独立分析评价向多测点、多项目综合分析和综合评价发展, 从监控大坝的安全运行向健康诊断研究发展, 大坝安全的风险与可靠性分析也逐渐展开。

展望未来, 大坝安全监控工作任重道远, 随着监测仪器和技术的不断更新, 资料分析处理和综合评判方法的改进, 将有力的促进大坝安全监控的自动化发展, 大坝的安全监控和管理水平会迅速提高, 在减灾防灾中发挥更大的作用。

参考文献

[1]吴中如, 沈长松, 阮焕祥.水工建筑物安全监控理论及其应用[M].河海大学出版社, 1990.

[2]杨杰, 吴中如.大坝安全监控的国内外研究现状与发展[J].西安理工大学学报, 2008 (18) :26.

[3]黄红, 周琼, 华锡生.大坝安全监控理论与技术研究现状综述[J].大坝与安全, 2005 (2) :55.

[4]刘苏忠, 赵广超.大坝安全监控研究综述[J].中国水运, 2009 (9) :148.

[5]魏德荣.大坝安全监控指标的制定[J].大坝与安全, 2003, (6) :24-28.

[6]吴中如, 顾时冲, 沈振中, 等.大坝安全综合分析和评价的理论、方法及应用[J].水利水电科技进展, 1998, 18 (3) :2-6.

[7]Figliola A, Seerano E.Analysis of physiological time series using wavelet transform[J].IEEE Eng in Med and Bio, 1997, 16 (3) :324-329.

水库大坝安全检查制度 篇4

一、大坝安全检查系指水库大坝运行后，对其结构和运行安全可靠性的检查，及时发现大坝的异常现象或存在的隐患和缺陷，提出补救措施和改善意见。以作为大坝维护、修复或加固、改善的基础。

二、大坝安全检查分为日常巡查、定期观测、详查、定期检查和特种检查五种类型。

三、日常巡查由水库管理单位负责。指定有经验的大坝运行维护人员在现场对大坝建筑物、溢洪道、输水洞、启闭闸门、电源、通信设施及水流和库区岸坡等进行巡视、检查；正常情况下每日巡查一次,水库高水位、暴雨、特大洪水、地震、大风时应连续进行巡查，巡查结果以表格方式记载；发现异常迹象或变化，应详细记录并及时报告处理。

四、定期观测由水库管理单位负责。由水库专业技术人员按规定的时间对水库大坝、输水洞、溢洪道等建筑物的变形、渗流进行全面系统连续的观测。正常情况下，变形观测应２－３月观测一次；渗流观测应每十天观测一次；特殊情况，水库高水位、强烈地震、水位骤降、特大洪水或暴雨等水库非常运行时变形应立即进行观测，渗流应每日观测一次。观测结果应以表格形式记载，对观测结果应及时进行计算、整理、分析。

五、详查由水库管理单位负责。每年汛前、汛后或枯水期对大坝进行详细检查。其内容包括分析观测资料数据，审阅检查、运行、维护记录等资料档案，对大坝各种设施进行全面或专项的现场检查，提出大坝安全详查报告。

六、定期检查由水库主管单位或水行政主管部门负责组织。按照现行规范复查原设计数据、方法和安全度；对巡查观测资料分析成果进行全面了解和审查；并根据审查结果对水库大坝、输水、泄洪等建筑物及其设施进行全面的现场检查，评定大坝的结构性态和安全状况。

七、特种检查由水库主管单位或水行政主管部门负责的一种特殊情况检查。当发生特大洪水或暴风雨、强烈地震或重大事故，工程非常运用以及遇有紧急情况而迅速降低水位时，有异常迹象对大坝安全有怀疑时，应安排特种检查，检查范围取决于自然事件的严重程度和所担忧的事故后果。检查后，应立即提出大坝安全特种检查报告。

八、巡查观测组织。水库大坝巡查观测由水库管理单位负责实施。水库管理单位行政负责人为巡查观测总负责人；大坝巡查观测人员必须有专业技术人员或水库运行维护专业人员参加；每次巡查，巡查人员必须在两人以上；每次观测，观测人员必须在四人以上；水库大坝的巡查观测工作应根据工程的实际情况制订相应的工作程序,工作程序应包括检查观测项目、方式、顺序、路线、记录表式，每次巡查观测的文字材料及检查观测人员的组成和职责等内容，水库大坝巡查观测情况应及时归入水库技术档案。

九、大坝日常巡视检查范围，包括坝体、坝基、坝肩、各类泄洪输水设施及其闸门，以及对大坝安全有重大影响的近坝区岸坡和其他与大坝安全有直接关系的建筑物和设施。

十、巡查次数。在正常情况下，水库大坝每天应至少进行一次巡查；非汛期水库水位达到正常蓄水位，汛期水库水位达到或超过汛限水位，每天不少于二次。当大坝遇到可能严重影响安全运用的情况（如发生特大暴雨、洪水、有感地震，以及库水位骤升骤降或超过历史最高水位等），应加密巡查次数；发生比较严重的破坏现象或出现其他危险迹象时，应组织专门人员对可能出现险情的部位进行连续监视观测。

十一、巡查重点：大坝上游附近水面，坝顶，上、下游坝面，坝脚，涵洞进出口部位，溢洪道两侧岩体，监测系统以及病险水库的隐患部位等。

十二、检查方法：通常用眼看、耳听、手摸、脚踩等直观方法，或辅以锤、钎、钢卷尺等简单工具对工程表面和异常现象进行检查量测。

1、眼看——察看大坝迎水面附近水面有无旋涡、冒泡；坝顶、上下游坝面有无裂缝滑坡及隆起现象；有无害虫及害兽活动；迎水面有无风浪冲刷，护坡块石有无移动；防浪墙有无裂缝、倾斜；背水坡有无散浸及集中渗漏，坝头岸坡有无绕渗，渗水是否清澈，坝址有无流土、管涌现象；减压工程和排水导渗设施有无堵塞、破坏、失效以及铺盖的防渗性是否良好等；大坝附近及溢洪道岸坡山体岩石有无错动或裂缝；通讯、电力线路是否畅通等。

2、耳听——耳听有否出现不正常水流声。

3、脚踩——检查坝坡、坝脚是否出现土质松软或潮湿甚至渗水。

4、手摸——当眼看、耳听、脚踩中发现有异常情况时，则用手作进一步临时性检查；对长有杂草的渗漏逸出区，则用手感测试水温是否异常。

十三、定期观测。定期观测是水库管理的重要工作，是掌握工程变化规律，水库安全管理运行的科学依据。

观测项目：

（一）、土坝和土石混合坝：沉陷、位移、浸润线、渗流量。

坝基有承压水的还应观测坝基及坝址附近减压井的水位。有绕坝渗流的，应观测绕渗。

（二）、混凝土坝：沉陷、位移、伸缩缝、扬压力，渗流量。

（三）、溢洪道泄水建筑物：裂缝、伸缩缝、绕渗、气蚀、冰凌。

（四）、输水建筑物：裂缝、伸缩缝、水流形态、振动、气蚀、上下游河床变形。

观测方法：

（一）、沉陷观测：采用水准仪对各沉陷观测点进行水准测量，其水准测量往返闭合差△h≤±1.4n0.5（n表示站点数目）。

（二）、水平位移观测：采用经纬仪或大坝视准仪按视准线法小角度法三角网法对各位移标点进行观测。每种观测方法测回的差值不大于4mm。

（三）、渗流量观测：根据渗流量的大小和渗水的会集条件，采用容积法和量水堰法进行观测，对于渗流量小于1L/s的应采用容积法，渗流量大于1L/s的采用量水堰法。另外还应对渗水透明度进行观测。

（四）、浸水线及坝基渗透压力观测：浸水线观测主要指坝体测压管水位观测，其观测方法是采用电磁水位器或皮尺对测压管管口至管中水面距离进行测量，并根据管口高程换算管内水位；坝基渗水压力的观测方法与浸水线观测方法相同。对装有渗压计和扬压力观测仪器的水库按照设计要求进行观测。

（五）、裂缝、伸缩缝观测：土坝坝体裂缝观测应首先对裂缝进行编号，然后分别观测裂缝所在位置、长度、宽度、深度和裂缝两侧有无错位。主要采用皮尺或钢卷尺进行测量。混凝土建筑物裂缝、伸缩缝观测主要包括裂缝分布、裂缝位置、长度、宽度和深度，主要采用钢卷尺、游标卡尺进行测量，对于漏水的裂缝，还应同时观测漏水的情况。

（六）、其他观测：其他项目主要采用现场检查的方式进行观测。

十四、巡查观测记录和报告。每次巡查观测应做好详细现场记录，记录要求清楚，准确反映巡查观测结果,有关人员签名。如发现异常情况，除应详细记述时间、部位、险情和绘出草图外，必要时应测图、摄影或录像；现场记录必须及时整理计算，并将本次巡查观测结果与以往巡查观测结果进行比较分析，如有问题或异常现象，应立即进行复查，以保证记录的准确性；巡查观测中如发现险情，应立即采取应急措施，并上报水行政主管部门

十五、巡查观测人员工作要求。各水库巡查观测人员必须认真学习水库、塘坝管理知识，不断提高管理水平，熟悉本水库、塘坝基本情况；保持大坝、泄洪、输水设施畅通，启闭设施灵活，坝面整洁，观测设施完好。按规定对水库大坝定时全面进行巡查观测；不发生人为安全责任事故；汛期各水库必须按防汛要求严格控制水库水位；各水库、塘坝巡查人员必须保证上坝道路畅通、有固定联系方式。

十六、现场检查是安全检查的重要组成部分。现场检查时间应尽量安排在每年用水影响最小，大多数受检结构部位易于观察和可进行试验的时间，如有条件，检查过程中的水库水位应有以下三种工况：

l、接近最高水位工况；

2、接近正常水位工况；

3、接近最低水位工况。

现场检查人员应当比较全面了解大坝的性质和主要的不安全因素。

主要检查项目：

（一）大坝检查应注意其稳定性、渗漏、管涌和变形等。

1、两岸坝肩区：绕渗；溶蚀、管涌；裂缝、滑坡、沉陷。

2、上游面：护面破坏；滑坡、裂缝；鼓胀或凹凸，沉陷；冲刷、堆积；植物生长；动物洞穴。

3、下游坝面及坝趾区：位移；滑坡、裂缝；渗水坑、下陷区；渗漏水水质；浑浊度；坝基冲刷；植物异常生长；动物洞穴。

4、坝体与岸坡交接处：接合处错动，渗流、稳定情况。

5、下游排水系统：排水量变化、水质、排水不畅、测压水位变化。

6、观测设备、仪器工作状况。

7、其他异常现象。

（二）溢洪设施检查，应着重于泄洪能力和运行情况。

1、溢洪道：进口附近库岩塌方、滑坡；漂浮物、堆积物、水草生长；渠边坡稳定；沉陷；边坡及附近渗水坑、管涌；动物洞穴；流态不良或恶化。

2、溢流堰、边墙，堰顶桥：混凝土气蚀、磨损。冲刷、裂缝、边墙不稳定，流态不良或恶化。

3、消能设施：堆积物、沉陷、冲刷、下游基础淘蚀、河床及岸坡变形，危及坝基的淘刷。

（三）输水洞设施检查，应着重于输水洞竖井、洞身及出口建筑物的稳定、变形及运行情况的检查。

1、竖井闸室、井身：闸室裂缝、沉陷、变形、倾斜。

2、洞身：混凝土气蚀、磨损、裂缝。

3、建筑物：堆积物、沉陷、冲刷、基础淘蚀。

（四）启闭闸门及控制设备

1、闸门、阀门：变形、裂纹、螺（铆）钉松动，焊缝开裂；钢丝绳、钢筋锈蚀、磨损。止水损坏、老化、漏水。

2、控制设备：变形、锈蚀，润滑不良、磨损，操作系统故障。

（五）道路交通检查道路交通系指为观测大坝和事故处理所必需的主要交通干道。

1、公路：路面情况，路基及上方边坡稳定情况，排水沟堵塞或不畅。

2、桥梁：地基情况，支承结构总的情况，桥面情况。

（六）水库检查

水库包括库区和库边。水库检查应注意水库渗漏、塌方、库边冲刷、断层活动以及冲击引起的水面波动等现象。尤应注意近坝区的这些现象。

1、水库：渗漏、库水流失、地下水位波动、库区原地面剥蚀、淤积。

2、塌方与滑坡：库区滑坡体规模、方位及对水库的影响和发展情况，坝区及上坝道路附近的塌方、滑坡体。

十七、巡查观测监督。市、县（区）水行政主管部门负责对本行政区域内所有水库、塘坝的巡查观测工作实施监督。各水库、塘坝主管部门对其所管辖的水库巡查观测工作负总责。各水库管理单位负责人为水库、塘坝巡查观测总负责人。

十八、巡查监督实行定期检查和抽查相结合的监督管理。定期检查：每年汛前、汛期、汛后，对水库巡查观测工作进行检查；抽查：主要是在汛期，对巡查人员巡查观测工作进行不定期检查。

大坝安全监控 篇5

早期人们通过绘制过程线、相关图, 直观地了解大坝变形测值的变化大小和规律, 并运用比较法、特征值统计法, 检查变形在数量变化大小、规律、趋势等方面是否具有一致性和合理性, 对大坝变形进行定性分析。随着各种分析理论的产生, 模糊数学、突变理论、灰色系统理论、神经网络等理论方法被相继引入大坝变形监控领域。

1 径向基神经网络

1.1 人工神经网络概述

人工神经网络是人工智能控制技术的主要分支之一, 具有自适应、自组织和实时学习等智能特点, 能够实现联想记忆、非线性映射、分类识别等功能[1]。应用人工神经网络的非线性函数逼近能力, 构建大坝监控模型, 能够实现对大坝变形的实时、有效监控, 其预报效果和精度远远高于传统的逐步回归统计模型[2]。

基于BP算法的多层前馈神经网络应用较为广泛, 但是存在建模难度较大, 训练时间较长, 容易陷入局部极小点, 不易找到理想模型等固有的缺陷。径向基神经网络解决非线性影射 (曲线拟合) 问题, 是通过网络的学习训练, 在高维空间中寻找一个统计意义上能够最佳拟合样本数据的曲面, 泛化 (预测预报) 等价于利用这个多维曲面对样本进行插值[3]。它采用局部逼近的方法, 学习速度快, 能够更好地解决有实时性要求的在线分析问题。

1.2 径向基函数神经网络

径向基函数神经网络一般由3层组成, 输入层只传递输入信号到隐层, 隐层节点由类高斯函数的辐射状基函数构成, 输出层节点通常是简单的线性函数。

基函数对输入信号在局部产生响应, 当输入信号靠近基函数中央位置, 即欧几里得距离 (欧氏距离) 较近时, 隐层节点将产生较大的输出。神经元根据各输入向量与每个神经元权值的距离产生输出, 只有那些与神经元权值相差较小, 距离较近的输入向量才能激活, 产生响应。这种局部响应, 使得径向基网络具有良好局部逼近能力。

一般对于一个n维输入、m维隐层节点的径向基网络, 其输入向量表示为:

那么, 网络输出Y为:

式中, φi (||X-vi||) 为径向基函数;||X-vi||为欧氏距离 (范数) ;vi为第i个径向基函数中心, 一个与X同维数的向量;wi为阈值。

1.3 径向基神经网络和基于BP算法的多层前馈神经网络比较

径向基网络和基于BP算法的多层前馈神经网络一样, 都属于有导师学习方式的前馈型反向传播网络, 都能解决非线性函数的拟合、逼近问题, 但是他们之间也存在差异。

(1) 网络结构不同。径向基网络只有一个隐层, 而多层前馈神经网络的隐层可以是多层的, 也可以是单层的。

(2) 神经元模型不同。径向基网络的隐层和输出层激励函数, 分别是基函数和线性函数。而多层前馈神经网络的隐层激励函数一般为非线性函数, 输出层激励函数可以是非线性函数, 也可以是线性函数。

(3) 隐层激励函数计算方法不同。径向基网络基函数计算的是输入向量与函数中心的欧氏距离, 而多层前馈神经网络隐层激励函数计算的是输入向量与其连接权值向量的内积。

(4) 非线性映射的特性不同。由于它们所采用的隐层激励函数以及激励函数的计算方法不同, 使得这2种网络的权值、阈值修正方式也不同。在径向基网络训练过程中, 只有被激活的神经元才能修正权值和阈值, 这种以指数衰减形式映射的局部特性被称为函数的局部逼近。多层前馈神经网络的训练过程, 也是所有权值和阈值的调整过程, 属于全局寻优模式。

2 白石水库大坝变形径向基神经网络模型

2.1 白石水库工程概况

白石水库位于辽宁省北票市上园镇附近的大凌河干流上, 总库容16.45亿m3, 是干流上唯一的大 (I) 型控制性骨干工程。大坝为混凝土重力坝, 部分采用RCD碾压混凝土技术。最大坝高49.3 m, 坝顶长513 m, 分为32个坝段。水库1996年9月正式开工, 1999年9月下闸蓄水。

2.2 大坝变形径向基神经网络模型

一般情况下, 大坝变形数学模型分为3个分量, 即水压变形分量 (δH) 、温度变形分量 (δT) 和时效变形分量 (δt) , 模型可以表示为[4]:

该文水压变形分量采用坝前水深 (H) 的一次幂、二次幂、三次幂呈线性关系;温度变形分量采用1、15、30、60、90d的库区日常平均气温;时效变形分量选用对数函数和线性函数2种。根据公式 (3) , 设计网络输入为11个节点, 输出为1个节点的3层大坝变形径向基神经网络。

2.3 神经网络模型预测、预报效果分析

为比较径向基神经网络的拟合和预报效果, 以白石水库6#坝段坝顶变形为例, 分别建立传统的逐步回归统计模型、BP神经网络与径向基神经网络模型3种模型, 特征值见表1, 预报曲线见图1。可以看出: (1) 径向基神经网络模型、BP神经网络模型、统计回归模型的复相关系数均高于0.9, 说明3种模型拟合程度良好, 3种模型均可以作为变形监控模型; (2) 从残差平方和、平均相对误差、残差变幅等方面比较, 广义回归径向基神经网络监控模型的拟合效果最佳, 其次是BP神经网络模型, 统计回归模型最差; (3) 基于LM算法的BP神经网络监控模型的残差平方和、残差最小值, 分别为10.15和-0.90 mm, 相比之下预报精度最高;广义回归径向基神经网络监控模型次之, 残差平方和、残差最小值分别为50.22和-2.38 mm;统计回归模型最差, 残差平方和、残差最小值分别为110.89和-2.70 mm。

3 结论

应用人工神经网络, 建立大坝变形的人工智能监控模型, 能够实现对大坝变形的实时、有效监控, 其预报效果和精度远远高于传统的逐步回归统计模型。BP网络的预报精度最高, 但它存在建模难度较大, 训练时间较长, 容易陷入局部极小点, 不易找到理想模型等缺点。径向基神经网络模型, 虽然在预报精度上略逊于BP神经网络, 但是在不过于苛求预报精度的前提下, 从建模容易程度、训练速度和预报精度等方面综合考虑, 远远好于BP神经网络。

参考文献

[1]韩力群.人工神经网络教程[M].北京:北京邮电大学出版社, 2006.

[2]韩卫.基于神经网络的大坝变形智能监控模型研究[D].大连:大连理工大学, 2009.

[3]SIMON HAYKIN.神经网络原理[M].北京:机械工业出版社, 2003.

大坝安全综合评价研究 篇6

1 基本理论

1.1 量子遗传算法

量子遗传算法(Quantum Genetic Algorithm,QGA)以量子理论为基础,采用量子位概率编码表示染色体,通过不断更新量子旋转门的作用来更新和优化种群,达到智能寻优的目的[6]。Narayanan等人最早提出了受量子计算思想启发的量子遗传算法,将量子多宇宙的概念引入遗传算法中,较普通遗传算法整体上提高了算法的搜索效率,具有更快的收敛速度,更小的种群数目,且不容易陷入局部极值[7]。

与遗传算法不同,量子遗传算法中最小的信息单元为量子比特,一个量子比特可以处于|0〉态、|1〉态、以及|0〉和|1〉之间的任意叠加态。可以表示为:

式中:α,β分别为量子位对应态的概率幅。

|α|2用作表示量子状态位于|0〉态时相应概率,|β〉2为量子态为|1〉态的概率,并且对于每一个量子状态概率幅都满足如下归一化条件:

在普通概率优化算法中,如遗传算法等,采用的编码方式有二进制编码、十进制编码和符号编码。在量子遗传算法中,编码方式基于量子比特的性质,用一对复数定义一个量子比特位,一个具有n个量子比特位的系统可以描述为:

式(3)的系统可以同时表示系统的2n种状态。

量子遗传算法中,种群的更新可以通过量子旋转门的更新来实现,量子旋转门可以表示为:

量子门更新过程可以表示为:

式中:(αi,βi)T和(αi′,βi′)T代表染色体第i个量子比特旋转门更新前后的概率幅;θi旋转角。

量子遗传算法通过量子门的旋转来进化种群,旋转门的更新操作保证了算法的收敛,旋转角大小和方向的调整策略[8]如表1所示。计算中加入最优个体的信息来引导进化,即比较当前值与最优值,从而加快算法的收敛。

表1中xi和bi分别为解与当前最佳个体的第i个量子位对应的二进制位。f(x)为适应度函数,Δθi为旋转变异角;S(αi,βi)为旋转角度的方向,实际旋转角为θi=S(αi,βi)Δθi,g=αiβi。

1.2 QHA?AHP模型

量子遗传算法具有收敛快,不易陷入局部极值的优点,将其与层次分析法结合,构造权值计算模型,本模型计算基本步骤如下。

步骤1:将问题进行条理化、层次化分析,构造梯阶层次结构。大坝安全评价指标体系如图1所示。

步骤2:将上层元素和下层元素进行两两对比,构造出各层次的判断矩阵。判断矩阵中的各个元素即标度使用数字1~9及倒数表示。

步骤3:确定量子遗传算法适应度函数,得到确定单排序权值。传统层次法进行判断矩阵修正时,修正的随机性较大,修正后再得到的权值不一定是最佳权值,本文引入了量子遗传算法智能寻优以求满足一致性准则的最佳权值,建立了大坝安全评价的指标权值计算QGA-AHP模型。在已建立了目标层(A)、准则层(B)、方案层(C)的情况下,以B层次判断矩阵B1为例,设矩阵B1={bij}n×n,其中i=1,2,…,n,矩阵B1中,bij表示在此层次内元素i相对于元素j的重要程度,设各因素在这一层次的单排序权值为ωi,其中i=1,2,…,n。根据判断矩阵基本定义,若矩阵B满足以下条件:(1)bii=ωi/ωi=1;(2)bji=ωu/ωi=1/bij;(3)bijbjk=(ωi/ωj)(ωj/ωk)=ωi/ωk=bik。则矩阵B中元素bij与权值ωi之间有如下关系式:

其中条件(3)称为矩阵的一致性,满足该条件则表示矩阵元素间的相互关系可以定量传递。对式(6)进行进一步推导,于是有:

一致性程度主要取决于工程科技人员对因素关系的把握程度,对各因素认识得越清楚,判断矩阵的一致性程度就越高。故公式(6)~(8)中等号严格成立时,说明判断矩阵具有最佳一致程度,即一致性指标CR=0。式(8)可以转换为如下优化求解问题[9]:

需满足约束条件:

式中:FCI表示一致性指标函数。

式(9)是一个非线性优化求解问题,常规方法求解比较困难。基于此,本文引入量子遗传算法,以单排序权值ωi为优化变量,以FCI为适应度函数,使用量子遗传算法,对单排序权值进行智能寻优。经过一系列测量、更新、变异、输出最佳适应值,得到矩阵B的各个单排序权值ωi,此时矩阵B的一致性指标函数FCI小于0.1,则计算结果可以接受,否则应重新调整判断矩阵。

此外,为了避免算法寻优过程中陷入局部极值,本模型按照一定的概率引入变异操作,量子位α|0〉+β|1〉经变异操作后,可以表示为α|1〉+β|0〉。变异概率为0.1~0.01,变异操作可以保持种群多样性,并防止陷入收敛于局部极值点。

步骤4:进行各层次元素总排序及其一致性检验。确定每一层次各元素对于顶层元素的排序权值并检验各判断矩阵的一致性。总排序权值要自上而下地将单排序权值进行合成。

步骤5:输出以上结果。

QGA-AHP模型的基本计算流程图如图2所示。

2 实例分析

某大坝为钢筋混凝土平板坝,坝顶高程137.70m,最大坝高约43m,坝顶长为225.0m由27个跨度为7.5m的平板坝垛组成(左岸2号坝垛至右岸29号坝垛),2号坝垛以左和29号坝垛以右为重力式接头部分,其余均为挡水坝垛。变形监测包括水平位移、垂直位移和测缝计等项目;渗流监测包括扬压力监测、渗漏量监测、绕坝渗流监测等;环境量监测包括水位和温度监测。

根据实测资料建立递阶层次结构:目标层A:大坝安全状况。准则层B:变形,渗流,环境量。方案层C:水平位移,垂直位移,关键部位裂缝;扬压力,渗流量,绕坝渗流;坝体温度,坝体材料老化程度。

根据专家学者对各种评价因素的重要性的判断,并结合工程的实际情况两两评比各个安全指标,建立如下判断矩阵:

其中矩阵B中元素b12表示变形相对于渗流的重要程度,b12=2表明在大坝安全评价指标中,变形重要程度大于渗流。应用上述QGA-AHP计算模型与层次分析法分别计算B、C层的单排序权值以及一致性指标FCI,两种方法计算结果见表2和表3。

由表2和表3得到上述单排序、总排序权值计算结果以及各层次FCI值对比,显然QGA-AHP模型的一致性指标更小,计算精度较AHP法更高。结果表明,大坝安全评价指标中权值较大的指标分别是水平位移、扬压力、垂直位移、坝体老化程度。权值越大表明该因素在大坝安全评价中的重要性越强。以“变形”及“渗流”性态为例。本文中“变形”指标是最大坝安全评价中最重要的指标。而“变形”是“坝体及坝基”性态最直观、最有效的反映。长期以来形成了比较完善的研究“变形”的方法,故“变形”在各指标中的重要性最大。由于渗流的复杂性,在反映“坝体及坝基”性态方面存在一些不确定因素,因此“渗流”重要性稍小于“变形”[10]。本文在以专家建立的判断矩阵基础上,运用科学的赋权方法,得到了符合实际物理意义的结果。

为了验证计算结果的有效性,由可拓学知识[11],将本例计算得到的变形性态下的分项权值ω1=0.608、ω2=0.287、ω3=0.105作为可拓模型特征的权值系数,对大坝变形进行评价。性态评价等级按五级评定:恶性失常(M1)、重度异常(M2)、轻度异常(M3)、基本正常(M4)、正常(M5)。根据大坝多年观测资料的数值变化以及趋势[12],确定各物理量的特征值为v1=0.81、v2=0.76、v3=0.77。

该性态经典域为:

节域为:

待评物元为:

根据等级关联度计算公式,“变形”指标关于各等级的关联度Kj(vi)如表4所示。

由表4计算得,K1(M)=-0.728,K2(M)=-0.625,K3(M)=-0.479,K4(M)=0.043,K5(M)=-0.023。舍去负值,取K4(M),大坝变形性态的评价等级为基本正常(M4)。根据本坝2015年度监测资料分析报告,由多年实测资料建立统计模型定量分析各监测量的变化规律以及影响因素,结果表明大坝左右岸方向水平位移时效已趋于稳定,大坝水平位移变化规律属正常;大坝上下游方向倾斜测值变化稳定,大坝倾斜变化规律基本正常;裂缝沿开度方向及沿测面方向测点测值趋于稳定,裂缝变化规律基本正常,大坝变形性态基本正常。故本模型计算结果对大坝变形性态评价是准确合理的。

3 结语

本文提出在进行一致性检验时,基于量子遗传算法基本原理,以权值的一致性指标FCI作为遗传算法的目标函数,使用量子遗传算法进行权值智能寻优,最终得出以下结论。

(1)本文基于量子遗传算法的QGA-AHP模型以适应值函数作为权值计算的一致性指标,基于量子遗传算法对权值智能寻优,弥补了传统层次分析法的不足,为大坝安全评价指标权值计算提供了一种新方法。

(2)本文进行了大坝安全评价指标权值重要性排序,得到了某大坝效应量重要性排序,为大坝安全评价决策提供了一定依据。

(3)本文以指标权值为基础对某大坝变形性态进行评价,评价结果准确合理,表明本计算方法在大坝安全评价方面具有较强的实用性。

参考文献

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浅谈大坝安全监测 篇7

修建水库蓄水, 既可调节水量, 以丰补枯, 抬高水头发电, 又可灌溉, 防洪, 养鱼, 且能够拦截部分泥沙, 防止水土流失, 收到综合利用水资源的目的。但修建水库大坝也隐含着很多风险, 大坝的修建会打破江河流域原来的生态平衡, 会对水环境产生不良的影响, 如果大坝失事或溃决将会给人类生命财产带来严重损失。因此, 世界各国政府对水坝的规划、设计、施工、运行以及监测都进行了一定程度的管理和控制。

随着世界各国水资源的不断开发和利用, 大坝及其它类型的水工建筑物, 数量、规模都在不断增加和扩大, 与此同时, 大坝失事现象也频频出现。例如, 五十年代末法国的马尔巴塞双曲拱坝和六十年代初意大利瓦依昂拱坝先后失事及1975年8月我国的河南板桥和石漫滩水库溃坝, 1990年青海沟后水库失事等, 都给国家和人民的生命财产造成了巨大的损失, 也因此使人们意识到:要规避风险, 充分发挥工程效益, 首先要从工程勘测、规划、设计做起, 做到万无一失;在工程施工阶段要对工程施工的每一个环节加以控制, 充分保证水库大坝的工程质量, 这是实现工程安全的主要保证, 但是, 究竟什么才是大坝的安全?当然不只是不失事或尚未失事就算安全。W.珀储 (奥地利) 曾在国际大坝委员会关于大坝安全的第59号公报将它定义为:“大坝的安全表现为不存在任何可导致其损坏或破坏的条件或发展趋势。因此, 为安全起见, 大坝的设计必须留有适当的安全余地, 必须考虑在大坝使用寿命内能抵御正常运行以及异常灾祸可能出现的各种不利情况。”

大坝安全监测即对任何施工、蓄水和运行的水库大坝及其它水工建筑物布设监测系统, 通过量测坝体及基础变形渗压渗流、应力应变状态等, 以了解大坝及基础性状的演变趋势, 发现危及安全的异常因素, 预测预报大坝安全性态, 以便能把有可能发现的事故损失降低到最小程度。进行大坝安全监测, 有助于认识各种观测量的变化规律和成因机理, 以确保大坝安全, 能够反馈大坝设计、指导施工和大坝运行, 推动坝工理论的发展, 提高大坝运行的综合效益。

20世纪20年代以来, 人们逐渐意识到大坝安全的重要性, 各国专家、工程技术人员纷纷开始对大坝安全监测的各个环节进行研究和开发。自60年代以来, 世界各国都在竟相发展大坝安全监测技术, 为了郑重地阐述大坝技术的专业性要求和已经发现的错误和失误, 国际大坝委员会于1973年出版了一本名为“大坝的事故教训”的综合性手册, 并且在1983年又附上了一份名为“大坝和水库的失效———举例和分析”的报告。这些报告和手册是关心大坝安全和从事大坝监测工作的工程技术人员不可多得的宝贵财富。到了80年代大坝安全监测发展迅速, 人们对安全监测的认识更趋全面, 观测范围进一步扩大, 新的仪器也不断涌现, 观测手段更加先进, 自动化监测系统有较快的发展, 数据处理向在线实时控制发展, 反馈分析成果丰硕。随着国产第一个监测自动化系统在东江拱坝安装成功, 标志着我国大坝自动化监测已进入了实用阶段。90年代至今, 随着电子、计算机、通信等技术领域的飞速发展和渗透, 大坝安全监测已经进入全面自动化的阶段, 数据的采集、处理、解释分析都可由自动化系统完成, 并且自动化监测逐渐趋向成熟化与实用化, 如:意大利开始发展无线遥测技术;美国、加拿大利用卫星遥测谣传监测信息;2003年年底, 南水大坝配置了徕卡公司生产的TCA2003全站仪 (又称测量机器人) , 实现了测量机器人在大坝监测网测量中的应用, 使我国的监测技术又迈向了一个新台阶等。监控分析的数学模型呈现多样化形式, 除统计模型、确定性模型外, 时间序列、灰色理论、模糊数学、神经网络、有限元法和混沌动力学的分析等多种理论和方法被纷纷引入大坝安全监测资料和大坝结构性态的正反分析。监测系统的设计也逐渐趋向开放型, 分布式, 网络化, 在大坝安全监测仪器、观测方法等研究方面均出现一些新特点和新方向, 并取得喜人的进展和成果, 如:大坝CT技术, 光纤传感技术, 渗流热监测技术, “4S”技术CDMA通信技术等。

近年来, 许多20世纪60、70年代修建, 目前正在运行的病险水库都进行了除险加固, 大坝安全监测项目得到了更新、完善, 各个监测项目在检验除险加固效果的同时, 监视着大坝的运行性态, 部分除险加固的大坝采用了最新的自动化技术, 实现了大坝安全监测及其管理现代化。大坝安全监测自动化最初是从应力、应变及温度监测开始的, 但由于变形监测能直观地反映大坝运行性态出现异常, 最终都是通过变形测值出现异常得到反映的。但是, 目前在大坝安全监测方面仍存在设计布置的监测项目和测点的不合理, 方法繁琐落后, 仪器设备选型不当的问题, 以致造成人力、物力、财力的损失和浪费, 影响监测成果的真实性和可靠性, 难以解决大坝监测中需解决的实际问题。由此可见, 在大坝安全监测设计过程中, 要提高监测系统的有效性, 监测项目的确定、测点的合理布置和仪器的选型是很重要的环节, 这些应在严格按照规范要求下结合工程实际问题进行。同时还要确保监测系统由负责的、有经验的技术人员管理, 并结合经常及定期的现场检查, 对坝的安全进行评价。

大坝安全是公共安全问题, 关系到社会的稳定。我国属于坝工大国, 强化大坝安全管理是刻不容缓的事情。大坝安全监测作为一个跨学科跨专业的综合性工程领域, 其工作涉及面广, 技术难度大, 专业性强;仪器仪表的埋设与安装穿插于主体工程施工之中, 现场协调工作量大;对于特大型工程, 由于建筑物种类多, 土石方和混凝土工程量十分巨大, 施工时间长, 给安全监测工程提出了许多新问题;在施工中经常提出一些临时需要监测的项目。这些特点增加了管理和监理工作的难度, 同时也对工作人员和工作方式提出了高要求, 需要多方面专家共同研究和探索。

摘要：本文从修建水库大坝的风险及相关工程失事经验, 提出大坝安全监测的重要性, 归纳了大坝安全监测研究的关键问题, 指出了国内外对此研究的现状和主要进展, 分别讨论了变形监测的影响因素及对其数据处理的新方法、渗流监测的分类及方法等, 在此基础上对安全监测的研究前景进行了展望。

关键词：水库,大坝安全监测,自动化系统,仪器选择

参考文献

[1]潘家铮.国际上大坝安全监测情况的分析和评论[J].大坝与安全, 1995 (3) .

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[3]张建丰, 等.林皋水库大坝安全监测系统设计[J].西安理工大学水利水电土木建筑研究设计院, 1997.

大坝安全监测理论探讨 篇8

为保证水库充分发挥其高效益, 人们当采取措施保证大坝的安全。我国对大坝安全的问题十分重视, 但部分业主还不能从保障大坝安全的高度去深刻认识安全监测的意义和作用。如果一个水库大坝存在安全隐患或者管理人员不了解水库大坝的安全状态, 很难让水库发挥其正常效益。正确采取安全措施保护大坝必不可少。对水库大坝进行安全监测, 不仅是为了验证施工质量, 同时也是为了保证大坝的安全运行。从我国国情发展来看, 加强大坝安全监测是保护措施中极其重要的一个方面。从以往失事的大坝来看, 大多数都是由于监测设施不完善导致的, 因此, 完善大坝安全监测是必需的。制定高效的大坝安全措施以及选择正确的监测仪器迫在眉睫。

2大坝安全监测系统条件

首先, 在建立大坝安全监测系统之前, 要了解安全监测的主要目的:及时发现大坝运行中长线的异常症状, 并对其深入进行分析和评估。另外, 对可能的事故进行提前报警并提出处理意见, 其中包括工程处理措施、水库调度方案、下游紧急疏散方案和防洪等一系列问题, 更应该在建立大坝安全监测系统之前, 了解大坝安全监测的意义, 了解它不仅是实时监控系统, 更是一种监测信息反馈决策支持系统, 大坝安全监测系统应该建立在对监测数据进行快速采集的基础上。对于长年泛洪的地方, 我们应当采取强有力的监测系统保护大坝溃堤。

3大坝安全监测的主要项目

3.1 变形监测

大坝在自重、水压力、扬压力、并压力、泥沙淤积压力及温度等一系列的作用下, 产生的变形, 通过对其进行的监测及变形监测。通过变形监测能够了解大坝工作性态的重要内容, 以下是对变形监测主要内容的系统阐述。

1) 表面变形:

为了解大坝在施工和运行期间是否稳定与安全, 我们应对其进行位移监测, 以掌握它的变形规律, 研究有裂痕等趋势。表面变形包括水平位移和竖向位移。

2) 水平位移:

包括垂直坝轴线的横向位移和平行坝轴向的纵向位移。变形可采用水准测量和视准线观测方式。

3) 内部变形:

内部变形包括竖向位移和分层次水平位移。竖向位移是指大坝在施工期间, 监测到坝体内整体的沉降和团结, 分层水平位移是指垂直坝轴线方向或平行坝轴方向的位移。在水压力作用下分层水平位移是不同水面的位移。

3.2 渗透监测

渗透监测是指一种上下游水位差作用下产生的渗透场监测, 主要包括渗透流量、渗透压力及水质的勘测。

1) 坝体渗透:

了解坝体浸润面的变化情况而设计的渗透监测。坝体渗透如果高于设计值, 就可能导致滑坡等一系列现象。

2) 绕坝渗透:

不仅对两岸山体本身的安全有影响, 同时对坝体和坝基的渗透液也可能产生不利的影响。

3) 渗透量:

它的变化直观、全面反映坝的工作状态, 可以根据它来分析大坝工作期间的安全性。渗透量一般是必不可少的测量项目。

对于坝体、坝基和绕坝渗透压力一般采用测压管和埋设渗压计进行观测, 渗透量的观测可采用三角量水压的方法进行观测。

3.3 压力监测

压力监测主要包括扬压力、接触土压力等一系列进行的监测。

1) 扬压力:

扬压力观测主要是为了了解水库在坝基面上产生的渗透压力或浮力, 包括混凝土坝和溢洪道基础。根据扬压力监测出的大小, 可以判断大坝防渗和排水设施的效果。

2) 接触土压力:

接触土压力观测的目的是为了了解坝体填土中的内部土压。也可采用埋入方法进行观测, 接触土压力测量的是总体应力。也可以设计其他方法测量土体内的有效应力。

4大坝安全监测的内涵及意义

大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、水坝安全监测、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的监测及勘察, “监测”既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测, 也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。众所周知, 大坝安全监测、核对设计和评价大坝安全状况以及施工方面起了巨大作用, 且重在评价大坝安全。笔者认为, 通过大坝安全监测不仅让人们准确掌握大坝性态, 同时也能更好地发挥大坝安全监测工程效益, 更有效地节约了工程投资。大坝安全监测不仅给被监测坝的安全评估提供依据, 为其他待建坝的安全评估提供了保障。

5结语

我国大坝监测近几年飞速发展, 但是针对整个需求来说, 大坝安全监测各方面的发展空间还是很大的。例如, 安全监测需要的警报系统、基于分布式光纤传感监测技术和传导型纤维传感技术的智能化监测系统、大坝动态监测系统、大坝安全监测系统和大坝CT层析技术等, 都还处于研究阶段。在此, 真心期待广大的安全监测技术人员进一步研究, 得出重要的研究结果。

摘要：由于坝工建设的复杂性, 大坝溃坝的事件时有发生, 世界各国对大坝安全问题十分重视, 大坝安全监测已越来越受到社会的高度重视和民众的支持, 历届国际大坝会议都会对大坝安全进行探讨。文章系统阐述大坝安全的不协调因素, 以及如何采取措施搞好监测设计、选择监测仪器等问题。

关键词：大坝,安全监测,测量,系统

参考文献

[1]何勇军.大坝安全监测与自动化[M].北京:中国水利水电出版社, 2008.

浅议大坝的安全监测 篇9

关键词：大坝,安全监测,运行

1 影响大坝安全的因素

影响大坝安全的因素很多, 据国际大坝会议“关于水坝和水库恶化”小组委员会记录的1100座大坝失事实例, 从1950年至1975年大坝失事的概率和成因分析中得出大坝失事的频率和成因分别为:30%是由于设计洪水位偏低和泄洪设备失灵引起洪水漫顶而失事;27%是由于地质条件复杂, 基础失稳和意外结构事故;20%是由于地下渗漏引起扬压力过高、渗流量增大、渗透坡降过大引起;11%是由于大坝老化、建筑材料变质 (开裂、侵蚀和风化) 以及施工质量等原因;12%是不同的特有原因所致。

通过上面的数值可以作如下分析:大坝失事的原因可以分成三类。第一类是由设计、施工和自然因素引起;第二类是在运行、管理过程中逐步形成的;第三类是上述两种混合情况, 即设计、施工中的不完善在运行中得不到改正, 或者说随着时间的推移和运行管理的不力使设计、施工中的隐患发展为破坏。就目前而言, 大坝安全监测主要是针对后两种情况。下面将从设计、施工、运行维护三个阶段来讨论, 着重强调目前大坝安全监测容易忽视的一些方面。

1.1 设计阶段

坝址的确定决定了地形、地质、地震发生频率及水文条件等;坝型及结构、水文资料的收集及洪水演算、地质勘探等都将影响大坝的安全。1980年6月19日, 乌江渡水库泄洪水雾引起开关站出线相间短路跳闸、引出线烧断、工地停电, 类似情况1980年6月23日在黄龙滩等也曾发生。以上事故的发生引起工地停电和泄洪闸门不能开启的严重后果, 均是由于大坝的许多安全隐患是由设计阶段留下的, 特别是水文计算及地质勘探和处理两个方面。

1.2 施工阶段

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。

1.3 运行管理

运行管理涉及水库调度、大坝及附属机电设施检查、监测手段及资料分析方法、大坝安全状况评价等, 其中每一环节都事关大坝的安全。佛子岭大坝1969年发生的漫顶事故, 其重要原因就是因为盲目追求灌溉效益, 汛期不适当地抬高运行水位所致, 在泄洪闸门开启的关键时刻又出现了电源中断这一严重问题, 说明了备用电源及汛前检查有关泄洪设备 (施) 的重要性, 更不用说对大坝进行全面的巡视检查、仪器监测和及时的资料分析了。

2 大坝安全监测的目的和意义

大坝安全监测有校核设计、改进施工和评价大坝安全状况的作用, 且重在评价大坝安全。笔者认为, 大坝安全监测的浅层意义是为了人们准确掌握大坝性态;深层意义则是为了更好地发挥工程效益、节约工程投资。

3 大坝安全监测的新内涵

通过以上分析可知, 影响大坝安全的因素很多 (坝址选择、枢纽布置、坝体结构、材料特性、水库调度等) 、时间跨度大 (从设计施工到运行管理) ;大坝安全监测的目的是为了在确保工程安全的前提下, 更好地发挥工程效益。随着科技的发展、人们观念的变化, 实现大坝安全监测的手段和目的都有了一定程度的变化, 笔者认为可从如下几方面进行理解。

3.1 监测范围和内容

大坝安全监测的范围应根据坝址、枢纽布置、坝高、库容、投资及失事后果等进行确定, 根据具体情况由坝体、坝基推广到库区及梯级水库大坝, 大坝安全监测的时间应从设计时开始直至运行管理, 大坝安全监测的内容不仅是坝体结构及地质状况, 还应包括辅助机电设备及泄洪消能建筑物等。

3.2 大坝安全监测的针对性

大坝安全监测是针对具体大坝的具体时期作出的, 一定要有鲜明的针对性。

3.2.1 时间上的针对性

由于大坝施工期、初次蓄水期和大坝老化期是大坝安全容易出现问题的时期, 因此在前一个阶段监测的重点应是设计参数的复核和施工质量的检验, 而后者则应是针对材料老化和设计复核进行。

3.2.2 空间结构上的针对性

针对具体的坝址、坝型和结构有针对性地加强监测, 如针对面板堆石坝面板与趾板之间的防渗、碾压混凝土坝的层间结构、破碎地基及深覆盖层上筑坝的基础处理及防渗、库岸高边坡的稳定等。由于总体布置不合理, 泄洪水雾有可能引起跳闸等问题, 应注意对雾化的监测和汛期对备用电源的检查等。再者, 大坝监测应和大坝设计、施工和运行管理互相补充, 特别是在设计中运用新结构、新方法、新材料, 施工时发现新的地质构造和地质条件。

3.3 监测手段和方法

大坝安全监测包括巡视检查和仪器监测, 两者是分不开的。前者也要尽可能的利用当今的先进仪器和技术对大坝特别是隐患进行检查, 以便作到早发现早处理。人工巡查和仪器监测分不开的另一条原因是由于大坝的特殊性和目前仪器监测的水平所决定的。目前仪器监测还只能作到“点 (小范围) 监测”, 如测缝计只能发现通过测点的裂 (接) 缝开度的变化, 而不能发现测点以外裂 (接) 缝开度的变化。所以, 监测手段和方法必须多样化, 即将各种监测手段和方法结合起来, 将定性和定量监测结合起来,

3.4 大坝安全监测的网络化、智能化、效益化

我国自1987年开始的水电站大坝安全定期检查 (鉴定) , 是对大坝结构性态和安全状况的全面检查和评价, 已得到广大科技人员认可, 实践证明是有效的。它就是根据设计复核、坝基隐患、库区淤积及近坝库岸滑坡等方面对大坝安全进行评价。因此, 大坝安全评估软件应与大坝安全定检内容相适应, 应用专家系统和决策支持系统将大坝安全定检的成功经验和监测资料分析的有效方法结合起来, 在此基础上实现与大坝监测数据采集系统、闸门监控系统、水库自动调度系统、水雨情测报系统的有机结合, 将大坝安全作为约束条件, 效益的最大化作为目标函数才能适应用户和时代的需要。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, 故笔者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 结论

大坝安全监测实际上是一种管理, 包括信息采集、处理、结论的得出、措施的制定、信息的反馈, 根本目的是为了工程效益。综合起来可以得出如下几点:

4.1 大坝安全监测时间上应从设计开始, 监测内容应包括与大坝安全有关的泄洪及机电设备;

4.2 大坝安全监测应与气象、水情、洪水预报及水库调度结合起来;

4.3 大坝安全监测应将大坝安全评估与设计标准、设计参数 (如安全系数, 可靠度指标) 等指标结合起来;

4.4 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。

总之, 大坝安全监测就是利用一切手段, 确保大坝以较少的投入来保证长期、稳定、安全的运行, 实现效益的最大化。

参考文献

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