论文部分内容阅读
【摘 要】本文阐述了大坝运行管理监测的重要意义，分析了大坝运行中的常见安全问题及成因，结合目前应用比较广泛的几种监测技术，分析了各种监测技术的特点和应用范围，为后续大坝的运行管理与监测提供参考。
【关键词】大坝；运行管理；监测
0.概述
众所周知，大坝是水库的三大基本组成部分（大坝、进水塔、溢洪道）之一，是水库最重要的水工建筑物，是调控水资源时空分布、优化水资源合理配置的重要工程措施，也是江河防洪工程体系的重要组成部分。新中国成立以来，我国新建了很多大中小型水库来保证农业灌溉和居民生活生产用水，经过这近几十年的运行，水库大坝的安全问题日益突出，所以，大坝的安全管理成为了目前的重中之重。大坝的安全与否不但直接影响水库的设计和运行效益，而且关系到库区周边及下游人民的财产和生命安全。
1.大坝运行中容易出现的问题及原因分析
大坝是一种特殊的水工建筑物，由于大坝的坝基地质条件复杂，坝区的水文条件和地质条件多变，水位及温度等荷载的的多变和长期作用，使得大坝的应力状态始终处于一个复杂多变的状态且无法准确计算。大坝运行过程中容易出现严重后果的问题有以下几个方面。
（1）洪水漫坝，例如1969年安徽省佛子岭、磨子潭两座水库就发生过洪水漫坝事故。
（2）溃坝事故，例如河南省泌阳县的板桥水库、河南省舞阳市的石漫滩水库、甘肃张掖的小海子水库等，都发生过溃坝事故，给下游及附近居民的生命和财产造成了巨大的破坏和影响。
（3）坝基岩体错动裂隙渗水事故，如安徽金寨县的梅山水库就曾发生过这样的事故。
2.事故原因分析
2.1防洪标准偏低
新中国成立以来，在大兴水利的同时，受技术、施工、材料、政治等因素的制约，很多水库的防洪标准比较低，一般可以抵御常遇洪水，较大或者特大洪水发生时，常常难以抵御，很容易出现漫坝现象，如前面提到的佛子岭、磨子潭水库。
2.2超标准运行
我国中东部一些省份的中小型水库，设计标准一般都比较低，运行过程中，一旦发生暴雨，水位蓄至超过汛限水位，挤占了防洪库容，需要泄水时，由于一些局部原因或者下游防洪能力不足，不能按照洪水调度原则控制大坝泄量，上游水位被迫太高，容易引起漫坝和溃坝事故。
2.3专业技术人员缺乏
这个是我国基层水利系统普遍存在的一个问题，专业技术人员缺乏，且现有的专业技术人员学历普遍偏低，专业技术能力较差，对于大坝的日常运行风险防控能力和应急处理能力较差，有侥幸心理。
2.4管涌、流砂等问题不易发现或不引起重视
我们常说，千里之堤溃于蚁穴，此话一点不假。流砂是土体的一种现象，通常细颗粒、颗粒均匀、松散、饱和的非粘性土容易发生这个现象。流砂的形成是多种多样的，但它对大坝的安全和正常使用影响极大。管涌发生时，水面出现翻花，随着上游水位升高，持续时间延长，险情不断恶化，大量涌水翻沙，使堤防、水闸地基土壤骨架破坏，孔道扩大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成决堤、垮坝、倒闸等事故。管涌是一种最严重的险情，一旦发现必须立即处理。
2.5监测手段比较落后，有些应力应变问题不容易被发现
我国很多水库都是新中国成立后修建的，受当时技术、经济和施工条件的影响，很多大坝的监测设施和手段在现在看来是不太完善的，坝体的应力变化和应变变化不能及时的监测反应出来，当肉眼观测发现问题的时候，有的时候就已经很难补救了。这是目前水库大坝运行管理中普遍存在的一个问题，随着水库除险加固后科技的发展，这个问题将会得到进一步解决。
3.常见的监测手段及应用
为了确保大坝的安全运行，及时准确的掌握大坝的结构形态，我们可以通过在大坝内设置一系列的监测系统来收集大坝的变形、位移、渗透压等一系列的特征数据，然后对采集到的数据进行分析、处理，进而揭示大坝的实际运行情况，为大坝的安全运行提供评估依据。常见的监测手段主要有以下几种，下面分而述之。
3.1人工巡视
人工巡视是最传统的大坝监测手段，包括日常巡视检查、汛前汛后巡视检查、年度巡视检查、特别巡视检查等。巡视内容包括坝体坝面的裂缝、异常变形、不均匀沉降、塌陷、管涌，坝基及坝区的排水系统、渗水量、裂缝、滑动等内容。人工巡视可操作性强，简便易行，可以及时的发现大坝出现的明显问题，对操作人员的技术要求较低，收到的外界干扰因素较小。人工巡视的应用比较广泛，适用于土石坝、重力坝、拱坝等。
3.2传统的仪器检测
传统的大坝安全监测包括：变形、渗流、应力监测和安全检查等项目。 通过在施工过程中放置的变形位移计、流量计、应力计等监测设施，对监测到的数据进行一定的处理分析，从而评估出大坝的安全状况。传统的仪器监测到的结果需要经过专业技术人员，对其进行分析计算才能得出结论，不能直观的得到结果，在技术力量较为薄弱的大坝使用有一定的局限性。同人工巡视一样，传统的仪器监测适用于任何坝体，在我国已近建成的大坝上有广泛的应用。随着相关行业科学技术的不断发展以及大坝安全监测研究的不斷深入，大坝监测的自动化技术得到了很快的发展，监测的结果可以经过计算机及时处理，可以及时准确直观的得到监测结果。目前在一些新建项目和除险加固项目中都采用到。
3.3光纤传感技术
光导纤维是以不同折射率的石英玻璃包层及石英玻璃细芯组合而成的一种新型纤维。它可以使光线的传播以全反射的形式进行，可以将光和图像曲折传递到所需要的任意空间。光纤传感技术是以激光作载波，光导纤维作传输路径来感应、传输各种信息。凡是电子仪器能测量的物理量，光导纤维几乎都能测量，如位移、压力、流量、液面、温度等。由于目前计算机技术发展迅速，将检测到的信号通过计算机软件处理，能够及时的得到监测结果及分析结论，这将是未来发展的主要方向。我国从1990年开始在应用理论研究上有了较快发展，伴随着计算机技术的发展和应用，针对大坝监测研究的几种光纤传感系统已获得专利权，该技术适用于坝体的温度、裂缝、应力应变、水平及垂直位移的测量，监测关键部位的坝体形变，尤其可以替代高雷区、强磁场区或潮湿地带的电子仪器。随着在工程应用中的不断改进和越来越多的计算机新技术的应用，光纤传感技术在大坝监测中将得到更加广泛的应用。
4.展望
随着我国水利、水电事业的发展，大坝运行管理的新问题、新任务和新要求也随之而来，促使人们对大坝运行管理的监测进行更深入的研究和探讨。 在监测范围和内容上，由规范规定范围扩展到覆盖水库水电工程的设计、施工及运行的整个过程，监测内容涵盖工程各阶段的主要任务与问题；在运行管理与监测的思维方向上，由重视宏观量的分析扩展到重视微观分析、重视大坝整体综合分析、重视大坝的风险分析与预案措施，积极的采用新方法新技术；在处理监测结果的分析方法上，误差处理上要有长足的进步，重视大坝安全监测资料的分析方法，传统的监测方法与现代的计算机技术相结合，积极的探索及发展新的监测技术。
【参考文献】
[1]郑守仁.我国高坝大库建设及运行安全问题探讨.水库大坝建设与管理中的技术进展——中国大坝协会2012学术年会论文集.
[2]乔宴昌.浅谈中小型水库大坝安全运行与管理.城市建设理论研究 ，2012（12）.
[3]秦海燕，王晓杰，杨莉.中国水库坝体失事原因分析.黄河水利职业技术学院学报，2008（7）.
[4]宋恩来.大坝超标准运行与风险分析.大坝与安全，1998（2）.
【关键词】大坝；运行管理；监测
0.概述
众所周知，大坝是水库的三大基本组成部分（大坝、进水塔、溢洪道）之一，是水库最重要的水工建筑物，是调控水资源时空分布、优化水资源合理配置的重要工程措施，也是江河防洪工程体系的重要组成部分。新中国成立以来，我国新建了很多大中小型水库来保证农业灌溉和居民生活生产用水，经过这近几十年的运行，水库大坝的安全问题日益突出，所以，大坝的安全管理成为了目前的重中之重。大坝的安全与否不但直接影响水库的设计和运行效益，而且关系到库区周边及下游人民的财产和生命安全。
1.大坝运行中容易出现的问题及原因分析
大坝是一种特殊的水工建筑物，由于大坝的坝基地质条件复杂，坝区的水文条件和地质条件多变，水位及温度等荷载的的多变和长期作用，使得大坝的应力状态始终处于一个复杂多变的状态且无法准确计算。大坝运行过程中容易出现严重后果的问题有以下几个方面。
（1）洪水漫坝，例如1969年安徽省佛子岭、磨子潭两座水库就发生过洪水漫坝事故。
（2）溃坝事故，例如河南省泌阳县的板桥水库、河南省舞阳市的石漫滩水库、甘肃张掖的小海子水库等，都发生过溃坝事故，给下游及附近居民的生命和财产造成了巨大的破坏和影响。
（3）坝基岩体错动裂隙渗水事故，如安徽金寨县的梅山水库就曾发生过这样的事故。
2.事故原因分析
2.1防洪标准偏低
新中国成立以来，在大兴水利的同时，受技术、施工、材料、政治等因素的制约，很多水库的防洪标准比较低，一般可以抵御常遇洪水，较大或者特大洪水发生时，常常难以抵御，很容易出现漫坝现象，如前面提到的佛子岭、磨子潭水库。
2.2超标准运行
我国中东部一些省份的中小型水库，设计标准一般都比较低，运行过程中，一旦发生暴雨，水位蓄至超过汛限水位，挤占了防洪库容，需要泄水时，由于一些局部原因或者下游防洪能力不足，不能按照洪水调度原则控制大坝泄量，上游水位被迫太高，容易引起漫坝和溃坝事故。
2.3专业技术人员缺乏
这个是我国基层水利系统普遍存在的一个问题，专业技术人员缺乏，且现有的专业技术人员学历普遍偏低，专业技术能力较差，对于大坝的日常运行风险防控能力和应急处理能力较差，有侥幸心理。
2.4管涌、流砂等问题不易发现或不引起重视
我们常说，千里之堤溃于蚁穴，此话一点不假。流砂是土体的一种现象，通常细颗粒、颗粒均匀、松散、饱和的非粘性土容易发生这个现象。流砂的形成是多种多样的，但它对大坝的安全和正常使用影响极大。管涌发生时，水面出现翻花，随着上游水位升高，持续时间延长，险情不断恶化，大量涌水翻沙，使堤防、水闸地基土壤骨架破坏，孔道扩大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成决堤、垮坝、倒闸等事故。管涌是一种最严重的险情，一旦发现必须立即处理。
2.5监测手段比较落后，有些应力应变问题不容易被发现
我国很多水库都是新中国成立后修建的，受当时技术、经济和施工条件的影响，很多大坝的监测设施和手段在现在看来是不太完善的，坝体的应力变化和应变变化不能及时的监测反应出来，当肉眼观测发现问题的时候，有的时候就已经很难补救了。这是目前水库大坝运行管理中普遍存在的一个问题，随着水库除险加固后科技的发展，这个问题将会得到进一步解决。
3.常见的监测手段及应用
为了确保大坝的安全运行，及时准确的掌握大坝的结构形态，我们可以通过在大坝内设置一系列的监测系统来收集大坝的变形、位移、渗透压等一系列的特征数据，然后对采集到的数据进行分析、处理，进而揭示大坝的实际运行情况，为大坝的安全运行提供评估依据。常见的监测手段主要有以下几种，下面分而述之。
3.1人工巡视
人工巡视是最传统的大坝监测手段，包括日常巡视检查、汛前汛后巡视检查、年度巡视检查、特别巡视检查等。巡视内容包括坝体坝面的裂缝、异常变形、不均匀沉降、塌陷、管涌，坝基及坝区的排水系统、渗水量、裂缝、滑动等内容。人工巡视可操作性强，简便易行，可以及时的发现大坝出现的明显问题，对操作人员的技术要求较低，收到的外界干扰因素较小。人工巡视的应用比较广泛，适用于土石坝、重力坝、拱坝等。
3.2传统的仪器检测
传统的大坝安全监测包括：变形、渗流、应力监测和安全检查等项目。 通过在施工过程中放置的变形位移计、流量计、应力计等监测设施，对监测到的数据进行一定的处理分析，从而评估出大坝的安全状况。传统的仪器监测到的结果需要经过专业技术人员，对其进行分析计算才能得出结论，不能直观的得到结果，在技术力量较为薄弱的大坝使用有一定的局限性。同人工巡视一样，传统的仪器监测适用于任何坝体，在我国已近建成的大坝上有广泛的应用。随着相关行业科学技术的不断发展以及大坝安全监测研究的不斷深入，大坝监测的自动化技术得到了很快的发展，监测的结果可以经过计算机及时处理，可以及时准确直观的得到监测结果。目前在一些新建项目和除险加固项目中都采用到。
3.3光纤传感技术
光导纤维是以不同折射率的石英玻璃包层及石英玻璃细芯组合而成的一种新型纤维。它可以使光线的传播以全反射的形式进行，可以将光和图像曲折传递到所需要的任意空间。光纤传感技术是以激光作载波，光导纤维作传输路径来感应、传输各种信息。凡是电子仪器能测量的物理量，光导纤维几乎都能测量，如位移、压力、流量、液面、温度等。由于目前计算机技术发展迅速，将检测到的信号通过计算机软件处理，能够及时的得到监测结果及分析结论，这将是未来发展的主要方向。我国从1990年开始在应用理论研究上有了较快发展，伴随着计算机技术的发展和应用，针对大坝监测研究的几种光纤传感系统已获得专利权，该技术适用于坝体的温度、裂缝、应力应变、水平及垂直位移的测量，监测关键部位的坝体形变，尤其可以替代高雷区、强磁场区或潮湿地带的电子仪器。随着在工程应用中的不断改进和越来越多的计算机新技术的应用，光纤传感技术在大坝监测中将得到更加广泛的应用。
4.展望
随着我国水利、水电事业的发展，大坝运行管理的新问题、新任务和新要求也随之而来，促使人们对大坝运行管理的监测进行更深入的研究和探讨。 在监测范围和内容上，由规范规定范围扩展到覆盖水库水电工程的设计、施工及运行的整个过程，监测内容涵盖工程各阶段的主要任务与问题；在运行管理与监测的思维方向上，由重视宏观量的分析扩展到重视微观分析、重视大坝整体综合分析、重视大坝的风险分析与预案措施，积极的采用新方法新技术；在处理监测结果的分析方法上，误差处理上要有长足的进步，重视大坝安全监测资料的分析方法，传统的监测方法与现代的计算机技术相结合，积极的探索及发展新的监测技术。
【参考文献】
[1]郑守仁.我国高坝大库建设及运行安全问题探讨.水库大坝建设与管理中的技术进展——中国大坝协会2012学术年会论文集.
[2]乔宴昌.浅谈中小型水库大坝安全运行与管理.城市建设理论研究 ，2012（12）.
[3]秦海燕，王晓杰，杨莉.中国水库坝体失事原因分析.黄河水利职业技术学院学报，2008（7）.
[4]宋恩来.大坝超标准运行与风险分析.大坝与安全，1998（2）.