王玉潔，林 芝

（國家電力監(jiān)管委員會大壩安全監(jiān)察中心，浙江 杭州 310014）

1 大壩安全信息化平臺建設

隨著水力資源的不斷開發(fā)和利用，大壩及其水工建筑物的安全問題也引起社會公眾越來越多的關心。我國水電站大壩分布在全國各地，點多面廣，給大壩安全管理工作帶來了一定的難度。為了實現(xiàn)大壩安全的全過程現(xiàn)代化管理，形成大壩安全遠程管理與現(xiàn)場檢查相結合、及時發(fā)現(xiàn)和消除安全隱患的大壩運行安全監(jiān)督和管理新格局，做好大壩險情預測與應急管理，電監(jiān)會大壩中心已建立了全國電力系統(tǒng)水電站大壩安全管理和技術交流平臺，使各級大壩安全管理人員都能在該平臺上開展工作，為遠程管理與現(xiàn)場檢查相結合的大壩安全管理模式創(chuàng)新提供了技術保障。

大壩安全信息化平臺主要包含大壩安全信息管理主系統(tǒng)、分系統(tǒng)和子系統(tǒng)三個層面，它們分別對應不同的用戶和功能需求。

大壩安全信息管理主系統(tǒng)設在大壩中心，主要包括大壩安全網站和信息處理子系統(tǒng)兩部分。網站主要用于大壩安全信息查詢及下載，可滿足大壩主管單位查詢大壩安全信息的需要。信息處理子系統(tǒng)包括用于實時接收各水電站大壩運行安全上報信息的接收軟件、遠程監(jiān)測數據即時采集控制軟件，以及對上報信息進行分析處理和反饋的一系列軟件，滿足大壩中心和電監(jiān)會系統(tǒng)大壩安全監(jiān)管日常工作需要。

大壩安全信息管理分系統(tǒng)設在大壩主管單位或者電力監(jiān)管機構，如流域開發(fā)公司、各大發(fā)電公司等，用于管理公司所屬或監(jiān)管范圍內一系列水電站大壩的安全信息。

大壩安全信息管理子系統(tǒng)設在水電站運行單位，用于管理其所運行大壩的安全信息，是水電站大壩安全管理人員的操作平臺。

經過四年多的努力，大壩安全信息化平臺建設工作取得了較大的進展。主系統(tǒng)和部分子系統(tǒng)建設已基本完成。截至2010年12月，總共有188座水電站報送了大壩安全監(jiān)測信息，其中，網絡報送134座，郵件報送54座。

2 大壩預警系統(tǒng)的建立

由于主系統(tǒng)所管理的信息量巨大，為保證及時分析大壩安全信息，甄別大壩運行過程中的異常和問題、以及后續(xù)的決策診斷反饋工作，必須在建立數據庫、圖形庫、分析方法庫、相關檢查檔案庫等的基礎上，對大壩進行綜合分析，建立大壩預警系統(tǒng)。

大壩中心陸續(xù)對接入遠程信息管理平臺的大壩監(jiān)測數據開展系統(tǒng)梳理和監(jiān)控預警指標設定工作，選擇對建筑物及其基礎安全狀態(tài)最有控制意義的關鍵部位和對安全最敏感的效應量作為預警系統(tǒng)中的監(jiān)控指標，做到既突出重點又能控制整個大壩。這里的監(jiān)控預警指標是指引起運行管理人員關注的指標，主要包括上限指標、下限指標、變化速率指標、歷史均值指標、歷史極值指標等。其限值根據設計計算、監(jiān)測資料、大壩運行情況綜合分析確定，并適時調整。

開展此項工作是實現(xiàn)大壩安全遠程監(jiān)控管理的重要環(huán)節(jié)，建立在深入分析監(jiān)測數據、掌握建筑物運行性態(tài)的基礎之上，要求對報送的各類信息進行有序管理，整理、整編大壩安全監(jiān)測資料。

3 報警與甄別

以一等工程庫容10億m3以上的46座大壩為例，在監(jiān)控預警指標設定工作中，共收集整理了161張CAD圖，并從11 322多個測點中篩選了3 074個測點納入大壩預警系統(tǒng)。截至2010年底，共監(jiān)控到異常報警信息78 922條。當大壩預警系統(tǒng)監(jiān)控到超限測值而報警時，并不能就此認定大壩是“不安全”的，需借助大壩安全監(jiān)測技術專業(yè)知識和工程地質資料、設計資料、監(jiān)測資料、日常巡視檢查資料、運行記錄等信息進行分析甄別。目前大壩中心除采用專用軟件外，還設有專崗對超限數據進行分析甄別。超限報警數據大致可分三種情況。

（1）人為干擾

由于人為干擾，如做試驗、設備更換、基準值改變等，出現(xiàn)超限測值。如某電站壩基揚壓水位自2010年6月17日開始，測值出現(xiàn)規(guī)律性的跳躍，詢問電廠后得知是由于電廠做試驗人為干擾所致，并非真實地下水位情況。在日常監(jiān)控中，發(fā)現(xiàn)多數超限報警是由這種原因引起的，目前已監(jiān)測到該類報警數據54 712條，約占總報警信息的69.3%。

（2）系統(tǒng)故障

由于監(jiān)測系統(tǒng)不穩(wěn)定或監(jiān)測儀器故障，出現(xiàn)超限測值。如某電站壩頂水平位移測點監(jiān)測數據出現(xiàn)100 000 mm的突變測值而報警，分析其過程線可見：該測點前后測值均沒有出現(xiàn)此種現(xiàn)象，且測值超出結構變化范圍，因此可確認為系統(tǒng)故障引起，后詢問電廠得到證實。在日常監(jiān)控中，已監(jiān)測到該類報警數據19 424條，約占總報警信息的24.6%。

（3）建筑物性狀改變

建筑物或其基礎受力狀態(tài)的改變使得測值超出預警指標。目前已監(jiān)測到此類報警信息4 786條，占總報警信息的6.1%左右。

導致建筑物及其基礎受力狀態(tài)改變的原因主要有兩種，一是由于上下游水位、溫度、降雨量等環(huán)境因素改變，引起大壩承受荷載變化。如某電站汛期水位出現(xiàn)歷史最大值263.94 m，由于上游水位突增引起壩體總滲漏量在2010年7月超出監(jiān)控上限報警，最大漏水量達到67.95 L/s，超過歷史最大值（24.87 L/s）43.08 L/s。同時分析該大壩壩頂激光位移過程線可見，大壩水平位移在同一時段內也有不同程度的增大。此類情況屬大壩在汛期非常環(huán)境下工作，大壩中心設專人以簡訊的形式對該電站汛期的運行狀態(tài)進行跟蹤分析，并及時將監(jiān)控到的異常狀況反饋給運行管理單位，密切關注水庫運行調度及大壩運行情況，及時評判大壩安全。

二是建筑物或其基礎本身承載能力下降。如某電站地下水位2010年7月30日測值超出監(jiān)控上限而報警（見圖1），且該天以后，地下水位測值持續(xù)上升，為此對該儀器的工作狀態(tài)進行鑒定，并綜合分析該時段上游水位和降雨量等環(huán)境因素，結合該部位的地質情況和工程處理情況，初步甄別為該處滲流狀態(tài)惡化，及時反饋運行單位，并提請相關專家進一步研究其對工程安全的影響及處理措施。

4 處理與反饋

大壩安全遠程監(jiān)控平臺作為大壩安全監(jiān)督管理的有力補充，其目的是借助網絡管理模式，及時發(fā)現(xiàn)和消除大壩安全管理工作中存在的問題和大壩本身的安全隱患，實現(xiàn)大壩安全的全過程現(xiàn)代化管理。

4.1 監(jiān)測管理

監(jiān)測系統(tǒng)的故障率不但反映了所采用的監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，同時還反映了水電廠運行管理單位的管理水平。

以一等工程庫容10億m3以上的46座大壩為例，截至2010年底，監(jiān)控到的78 922條異常報警信息中，由監(jiān)測系統(tǒng)故障引起的占24.6%，人為干擾引起的占69.3%，兩者合計占93.9%，可見監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性以及運行管理水平還有待進一步提高。

目前，對甄別后確定是由于監(jiān)測系統(tǒng)不穩(wěn)定、監(jiān)測儀器故障、人為因素等原因引起的報警，及時反饋電廠，提請其加強管理與維護工作；對多次提醒仍故障不斷的運行單位，采取各種行政手段，監(jiān)督其完善監(jiān)測系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性，以保證監(jiān)測數據的真實性。

4.2 大壩安全

大壩安全遠程管理平臺的預警系統(tǒng)為評判大壩安全狀態(tài)提供了重要的依據和提示。一旦甄別出反映建筑物工作惡化的監(jiān)測數據，確認建筑物出現(xiàn)異常后，就應及時反饋電廠，引起足夠重視，并督促電廠結合原有的工程地質資料、設計施工資料、日常巡視檢查和運行記錄，采取合適的科學理論和數學方法對建筑物表現(xiàn)出的異?，F(xiàn)象進行合理分析和解釋，必要時還要委托專業(yè)單位進行專題研究，并組織專家對大壩的安全狀態(tài)做出客觀評價。

4.3 工程實例

某電站大壩為混凝土雙曲薄拱壩，共13個壩段，最大壩高103.85 m。工程于2002年4月開工建設，2005年6月3日下閘蓄水。

大壩布置了垂直位移、水平位移、大壩撓度、揚壓力、滲流量、繞壩滲流、壩體應力應變、基巖變位、壩體接縫、壩體溫度、右壩肩邊坡監(jiān)測、壩區(qū)氣溫、庫水位等觀測設施。其中壩基揚壓力采用測壓管監(jiān)測，分別布置在3號、5號、7號、9號、11號、13號壩段，共計6孔，均深入基巖1.0 m左右。

5號、7號、9號壩段揚壓系數超標報警，之后揚壓力總體表現(xiàn)為低溫季節(jié)隨著庫水位的突然抬高而呈臺階狀增加。經分析甄別，認為監(jiān)測數據真實反映了壩基的工作狀態(tài)，并將該異?，F(xiàn)象及時反饋運行單位。由于揚壓力測值增加幅度較大、覆蓋范圍較廣，該現(xiàn)象引起了大壩運行單位的重視，委托相關專業(yè)單位開展揚壓力偏高原因及其對大壩安全影響的專題研究工作。

該項專題研究工作中采用的分析方式主要有：①通過現(xiàn)場壓水試驗和孔內攝像查明揚壓力偏高測孔主要滲漏水的出水高程。②采用幾種不同的計算程序復核大壩設計體型的應力狀態(tài)，以進一步掌握大壩設計體型的受力情況。③通過對施工資料進行復查，了解混凝土實際強度、封拱溫度、灌漿情況等，并查找施工過程中是否存在施工缺陷。④通過對歷史監(jiān)測資料的分析，查清揚壓力的變化規(guī)律、實測封拱溫度場和穩(wěn)定溫度場的分布，并反演壩體混凝土線脹系數和綜合彈模。⑤根據壩體實際體型、實測封拱和灌漿溫度、實際或反演彈模及線脹系數，對壩體實際應力進行復核。⑥在綜合分析總結上述工作基礎上，對拱壩揚壓力偏高成因做出科學合理的解釋，并就揚壓力偏高對大壩安全的影響做出評估，最后提出相應的處理建議。

5 結 語

在大壩安全遠程監(jiān)控平臺上采取建立預警系統(tǒng)、自動報警與專家分析相結合的應用方式，使大壩安全管理工作擺脫了傳統(tǒng)的被動性弊病，轉為及時發(fā)現(xiàn)問題，及時進行系統(tǒng)分析，及時督促運行單位提高維護管理水平，及時處理大壩異常情況，防患于未然，為創(chuàng)新大壩安全監(jiān)督管理模式和大壩定期檢查工作模式進行了有益的嘗試。

從目前大壩安全監(jiān)控中可見，大多數超限預警是由系統(tǒng)（或儀器）故障和人為干擾引起的，運行管理單位應加強日常的系統(tǒng)維護，及時分析監(jiān)測數據、排除系統(tǒng)（或儀器）故障，建立監(jiān)測系統(tǒng)運行維護檔案，加強運行管理人員的專業(yè)培訓，保證子系統(tǒng)上報數據及時、準確。

今后還會進一步將大壩安全遠程監(jiān)控工作應用于大壩定檢、水工技術監(jiān)督、注冊檢查、監(jiān)測管理等工作中，并將該項工作的開展和落實情況作為大壩安全注冊的檢查要素，以使運行單位提高對該項工作的重視程度，促進大壩安全遠程監(jiān)控工作更好地為大壩安全管理服務。