吳世勇，楊 弘（雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川成都，610051）

0 引言

雅礱江干流全長(zhǎng)1 571 km，年徑流量609億m3。目前，流域一批世界級(jí)的高壩大庫(kù)正在建設(shè)或者已經(jīng)投入運(yùn)行，這些工程很多已經(jīng)超過(guò)了現(xiàn)有的設(shè)計(jì)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，面臨著深埋長(zhǎng)大隧洞群建設(shè)強(qiáng)巖爆與高壓突涌水、低強(qiáng)度應(yīng)力比情況下的地下廠房大變形、壩肩人工開(kāi)挖高邊坡穩(wěn)定性、超高水頭泄洪消能安全等諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，壩基壩肩抗滑穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定、建筑材料性能等存在長(zhǎng)效安全風(fēng)險(xiǎn)，梯級(jí)電站群可能遭遇流域性超標(biāo)準(zhǔn)洪水、巨型滑坡群地質(zhì)災(zāi)害等，流域工程安全與風(fēng)險(xiǎn)管理問(wèn)題呈現(xiàn)出系統(tǒng)性、復(fù)雜性、群發(fā)性特點(diǎn)。流域梯級(jí)水電工程面臨的這些安全風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)成為亟待解決的問(wèn)題。

1 工程安全關(guān)鍵技術(shù)

1.1 深埋長(zhǎng)大隧洞安全技術(shù)

錦屏二級(jí)水電站裝機(jī)4 800 MW，由4條長(zhǎng)16.67 km的引水隧洞組成世界埋深最大、規(guī)模最大的水工隧洞群。工程建設(shè)面臨2 500 m級(jí)超深埋隧洞強(qiáng)烈?guī)r爆與嚴(yán)重破壞、千米水頭級(jí)超高壓大流量巖溶地下水重大危害，兩者耦合作用下隧洞能否成洞、能夠確保施工安全，必須解決以下技術(shù)難題[1]：

（1）創(chuàng)建了超深埋特大隧洞強(qiáng)烈?guī)r爆風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與防控集成技術(shù)體系。提出了超高地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)試分析和巖爆風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)新方法，構(gòu)建了巖爆風(fēng)險(xiǎn)多指標(biāo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，首創(chuàng)了“超前誘導(dǎo)釋放能量，時(shí)空分序強(qiáng)化圍巖”的巖爆防控集成技術(shù)體系，攻克了100 MPa級(jí)超高地應(yīng)力強(qiáng)烈?guī)r爆區(qū)隧洞安全施工難題。

（2）提出了超高壓大流量巖溶突涌水災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警與防治成套技術(shù)。建立了高山峽谷巖溶水孕育演化、突涌運(yùn)移規(guī)律的非線性分析預(yù)測(cè)方法，提出了突涌水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)多尺度遞進(jìn)識(shí)別與預(yù)警方法，研發(fā)了超高壓大流量地下突涌水治理成套技術(shù)，解決了千米水頭級(jí)超高壓大流量地下突涌水高效治理難題。

（3）建立了超深埋特大隧洞成洞設(shè)計(jì)方法。構(gòu)建了超深埋條件下反映真實(shí)圍巖性狀的圍巖分類體系，提出了以“抑制圍巖時(shí)效破裂”為核心的超深埋隧洞成洞和圍巖穩(wěn)定控制方法，建立了以圍巖為主體的復(fù)合承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，見(jiàn)圖1，破解了超高地應(yīng)力和超高外水壓力耦合作用下特大隧洞成洞難的問(wèn)題。

圖1 復(fù)合承載結(jié)構(gòu)體系Fig.1 Composite bearing structure

錦屏二級(jí)特大引水隧洞僅用54個(gè)月貫通，實(shí)現(xiàn)了安全高效建設(shè)和提前發(fā)電，放空檢查和多年運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，隧洞復(fù)合承載結(jié)構(gòu)安全可靠，滲壓控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，4條引水隧洞實(shí)測(cè)滲漏量分別為62～130 L/s，遠(yuǎn)低于350 L/s的設(shè)計(jì)允許值。

1.2 地下廠房洞室群安全控制技術(shù)

錦屏一級(jí)水電站裝機(jī)容量3 600 MW，地下廠房洞室群由主廠房、主變室和尾調(diào)室等約40個(gè)洞室組成，主廠房長(zhǎng)276.99 m，最大跨度28.90 m，高68.80 m；尾水調(diào)壓室最大直徑41 m，高80.5 m，為世界上最大圓筒型調(diào)壓室。廠區(qū)最大主應(yīng)力35.7 MPa，廠房洞室群多數(shù)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比約1.5～3，80%以上圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比小于2.0，屬極高地應(yīng)力-極低強(qiáng)度應(yīng)力比條件大型水工洞室群。工程施工過(guò)程中，洞室群圍巖變形量大（最大變形達(dá)245 mm）、卸荷松弛深（最大深度達(dá)16 m）、收斂時(shí)間長(zhǎng)（達(dá)2年以上），錨索負(fù)載水平高，極低強(qiáng)度應(yīng)力比條件下大型地下廠房洞室群圍巖變形控制問(wèn)題復(fù)雜，技術(shù)難度高。

根據(jù)施工開(kāi)挖過(guò)程中的巖體破裂現(xiàn)象和監(jiān)測(cè)成果，從研究圍巖破裂擴(kuò)展機(jī)制入手，利用巖體破裂特性試驗(yàn)和輔助手段，認(rèn)識(shí)圍巖與錦屏大理巖力學(xué)特性之間關(guān)系，探索大理巖圍壓效應(yīng)與破裂特性的內(nèi)在機(jī)制；采用宏觀與微觀、連續(xù)與非連續(xù)相結(jié)合的計(jì)算輔助技術(shù)，分析錦屏一級(jí)地下廠房洞室圍巖變形機(jī)制和變形持續(xù)發(fā)展的根源，揭示了高地應(yīng)力區(qū)地下廠房洞室群圍巖變形破裂機(jī)理，建立了“變形協(xié)調(diào)-分級(jí)支護(hù)-松弛灌漿”協(xié)同抑制洞室群圍巖破裂擴(kuò)展與時(shí)效變形的穩(wěn)定控制技術(shù)，即：基于圍巖漸進(jìn)破裂的表-淺-深、剛-柔聯(lián)合支護(hù)，適應(yīng)圍巖時(shí)效變形的分序分區(qū)分級(jí)錨索支護(hù)，巖壁吊車(chē)梁混凝土澆筑時(shí)機(jī)與圍巖變形協(xié)調(diào)，圍巖松弛區(qū)精細(xì)控制灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固等綜合技術(shù)。

圖2是廠房巖壁吊車(chē)梁部位各數(shù)量級(jí)位移發(fā)展深度圖，10 mm位移等值線發(fā)展深度到10 m左右；大部分變形發(fā)生在IV層到第VI層開(kāi)挖期間。即在廠房第Ⅵ層開(kāi)挖完成，VII層預(yù)裂爆破，且母線洞開(kāi)挖完成后，方可進(jìn)行巖錨梁的混凝土澆筑施工，并根據(jù)斷層的位置及廠房布置的要求合理設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，這些技術(shù)措施有效地防止了巖壁吊車(chē)梁混凝土開(kāi)裂，巖壁吊車(chē)梁的載荷試驗(yàn)成果以及近5年的運(yùn)行情況可以看出，巖壁吊車(chē)梁是安全穩(wěn)定的。

圖2 巖錨梁位移向深部發(fā)展過(guò)程Fig.2 Development process of rock anchor beam displacement

1.3 高邊坡及滑坡體安全技術(shù)

雅礱江流域處于川西高原腹地，地形上屬我國(guó)Ⅰ、Ⅱ階梯過(guò)渡帶，系典型高山峽谷區(qū)。區(qū)域構(gòu)造變形復(fù)雜，斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，致使流域內(nèi)地層發(fā)生形變、巖體破碎、穩(wěn)定性降低，發(fā)育有眾多變形體、滑坡體。同時(shí)，我國(guó)西南地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)賦存演化環(huán)境、高應(yīng)力條件下邊坡的巖體結(jié)構(gòu)及變形破壞特征、高強(qiáng)度巖體開(kāi)挖引起的復(fù)雜工程作用效應(yīng)，使得巖石高邊坡工程的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工與控制異常復(fù)雜，遠(yuǎn)超出現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范的范圍，高邊坡穩(wěn)定問(wèn)題突出。此外，每年夏季季風(fēng)強(qiáng)盛時(shí)期，由西南季風(fēng)將印度洋和孟加拉灣的水汽源源不斷地輸進(jìn)流域，常發(fā)生局地強(qiáng)降雨，在水力侵蝕等外力作用下，易引發(fā)大量地質(zhì)災(zāi)害。

近壩高邊坡穩(wěn)定性反饋分析和預(yù)警系統(tǒng)是水電工程建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)難題。目前，巖石高邊坡安全監(jiān)測(cè)分析多是建立在統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)預(yù)測(cè)和工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，有關(guān)監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)研究，無(wú)論理論研究還是技術(shù)手段，都不完善，亦不成熟。開(kāi)展了邊坡安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)分析，建立反分析算法，反演典型巖體力學(xué)參數(shù)，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性反饋分析，研究邊坡巖體時(shí)效變形特征，為邊坡長(zhǎng)期安全評(píng)價(jià)提供技術(shù)支撐[2]。

同時(shí)，為了滿足流域化、科學(xué)化的需求，保障監(jiān)測(cè)工作本身的安全性，探索GNSS、無(wú)人機(jī)等新型監(jiān)測(cè)技術(shù)、監(jiān)測(cè)手段，改進(jìn)、完善和發(fā)展工程類比的預(yù)警方法、多源監(jiān)測(cè)信息的趨勢(shì)預(yù)警方法，為最終建立流域邊坡安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.3.1 GNSS

錦屏一級(jí)水電站庫(kù)區(qū)呷爬、水文站滑坡體表面變形監(jiān)測(cè)原采用大地測(cè)量的方法，后由于變形加劇、觀測(cè)存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，于2016年1月初采用GNSS方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并于2016年1月18日開(kāi)始進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)采集。GNSS變形監(jiān)測(cè)位移精度可達(dá)±3 mm，滿足高精度、長(zhǎng)周期、穩(wěn)定自動(dòng)化監(jiān)測(cè)要求。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由34個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)構(gòu)成，其中3個(gè)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)均采用“北斗+GPS”的雙系統(tǒng)四頻高精度GNSS接收機(jī)，配合A6000E雙星四頻扼流圈測(cè)量天線，GNSS接收機(jī)接收的原始測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋發(fā)送到監(jiān)控中心進(jìn)行處理，GNSS監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖3所示。現(xiàn)場(chǎng)共布置34個(gè)接收點(diǎn)，7個(gè)中繼端，使用4個(gè)光纖端口，將測(cè)點(diǎn)信息回傳到監(jiān)控平臺(tái)軟件。整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋不小于1 200 km2山區(qū)和20 km庫(kù)前上游流域。GNSS接收機(jī)可保存定位數(shù)據(jù)≥1個(gè)月。服務(wù)器監(jiān)控軟件可實(shí)時(shí)查詢變形體5年的位移變化情況。

圖3 太陽(yáng)能供電GNSS監(jiān)測(cè)站Fig.3 GNSS monitoring station with solar power

1.3.2 無(wú)人機(jī)

傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜等五個(gè)不同的角度采集影像，將用戶引入符合人眼視覺(jué)的真實(shí)直觀世界。通過(guò)對(duì)像控點(diǎn)的測(cè)量、利用飛機(jī)搭載的GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配和解算等步驟最終實(shí)現(xiàn)三維建模。在數(shù)字正射影像上，地質(zhì)人員對(duì)邊坡可能存在的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行判讀。圖4為無(wú)人機(jī)采集的錦屏水電站右壩肩邊坡圖像。

圖4 壩肩邊坡斜坡及分布的第四系松散堆積Fig.4 Abutment slope on the right bank and the distribution of quaternary loose accumulation

1.4 梯級(jí)水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度安全技術(shù)

雅礱江流域內(nèi)氣候主要受高空西風(fēng)大氣環(huán)流及西南季風(fēng)的影響，氣候條件十分復(fù)雜，地形高差與南北緯度變化大，平面變化和垂直變化大，已建成水庫(kù)與在建工程圍堰度汛標(biāo)準(zhǔn)差異大。流域防洪度汛安全除了確保全流域沿線及樞紐自身防洪安全外，還要配合三峽等水庫(kù)為長(zhǎng)江中下游防洪，配合其他水庫(kù)為金沙江和川渝河段防洪，是一個(gè)多目標(biāo)、多約束、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)。

雅礱江水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)GSM MODEN池和北斗衛(wèi)星接收流域現(xiàn)有147個(gè)遙測(cè)站的實(shí)時(shí)水雨情信息[3]。水調(diào)系統(tǒng)能準(zhǔn)確、及時(shí)地收集水雨情信息，完成長(zhǎng)、中、短期水文預(yù)報(bào)，為水庫(kù)調(diào)度方案提供決策支持；能完成雅礱江流域各水電站或不同梯級(jí)水電站組合的梯級(jí)電站群的中長(zhǎng)期水庫(kù)調(diào)度方案和短期調(diào)度方案的編制；在滿足防洪要求的前提下，充分考慮流域梯級(jí)水電站群的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)調(diào)洪模擬演算，為流域水電站防洪調(diào)度決策提供依據(jù)，系統(tǒng)典型功能如圖5所示。其功能具體分三大部分：第一部分基本應(yīng)用功能，包括數(shù)據(jù)采集和處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)通信、在線報(bào)警、信息查詢管理及發(fā)布、信息展示；第二部分高級(jí)應(yīng)用功能，包括水務(wù)計(jì)算、水文預(yù)報(bào)、發(fā)電調(diào)度、洪水調(diào)度、運(yùn)行日志、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)分析等；第三部分是針對(duì)雅礱江流域?qū)嶋H情況開(kāi)發(fā)的遙測(cè)數(shù)據(jù)與報(bào)汛矯正、遙測(cè)數(shù)據(jù)與報(bào)汛數(shù)據(jù)對(duì)比等功能。

同時(shí)，通過(guò)開(kāi)展雅礱江下游梯級(jí)水電站群調(diào)度管理模式研究、多市場(chǎng)下雅礱江下游梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方式研究、雅礱江流域中長(zhǎng)期徑流預(yù)測(cè)方法研究、雅礱江下游梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度方案研究、雅礱江下游梯級(jí)水庫(kù)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度方案研究、雅礱江下游梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度規(guī)程編制及軟件開(kāi)發(fā)等系列研究，有效確保了梯級(jí)水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度安全。

2 安全管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 泄洪安全實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

二灘、官地、錦屏等高壩大庫(kù)工程的共同特點(diǎn)是壩高、流量大、河谷狹窄、地質(zhì)條件復(fù)雜，泄洪消能安全問(wèn)題十分突出，泄洪消能高速水流沖刷、消力塘抗浮穩(wěn)定性等是工程中的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題。錦屏一級(jí)水電站拱壩高305 m，為世界第一高壩，泄洪時(shí)水頭高達(dá)230～240m，泄洪功率高達(dá)33 456 MW；二灘雙曲拱壩壩高240 m，最大泄洪流量23 900 m3/s，總泄洪功率39 000 MW；官地碾壓混凝土重力壩壩高168 m，上下游水頭差最大達(dá)105.6 m，單寬泄洪功率127.1 MW/m（校核172.2 MW/m），各項(xiàng)指標(biāo)都居同類工程前列。

通過(guò)對(duì)特高壩結(jié)構(gòu)泄洪振動(dòng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與損傷診斷技術(shù)、特高壩消力塘運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與調(diào)控方法、特高水頭泄洪洞安全運(yùn)行監(jiān)控技術(shù)等進(jìn)行系統(tǒng)研究，同步進(jìn)行消力塘水力學(xué)與振動(dòng)響應(yīng)的原型觀測(cè)。根據(jù)原型觀測(cè)成果，參考實(shí)測(cè)、校核及設(shè)計(jì)工況下數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果，借鑒其他工程經(jīng)驗(yàn)，界定水墊塘底板安全預(yù)警各等級(jí)下各預(yù)警指標(biāo)的范圍[4]，水墊塘底板振動(dòng)有限元模型見(jiàn)圖6所示。進(jìn)而創(chuàng)建融合水力學(xué)、振動(dòng)響應(yīng)和聲學(xué)指標(biāo)的泄洪洞安全監(jiān)控指標(biāo)體系。

圖5 梯級(jí)電站綜合監(jiān)測(cè)信息圖Fig.5 Comprehensive monitoring information of cascade hydropower stations

圖6 水墊塘底板振動(dòng)計(jì)算模型Fig.6 Calculation model for vibration of the plunge pool slabs

2.2 流域中下游水庫(kù)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

雅礱江流域庫(kù)群的地震監(jiān)測(cè)采取統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、分步實(shí)施的方式進(jìn)行，既針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)了重點(diǎn)部位的監(jiān)測(cè)，又實(shí)現(xiàn)了流域梯級(jí)水庫(kù)地震監(jiān)測(cè)、水庫(kù)臺(tái)網(wǎng)與國(guó)家臺(tái)網(wǎng)的統(tǒng)籌規(guī)劃、資源共享。雅礱江流域梯級(jí)水庫(kù)臺(tái)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)由數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)站、數(shù)據(jù)傳輸信道、中繼站和臺(tái)網(wǎng)中心幾部分組成。臺(tái)站的布設(shè)兼顧道路交通、數(shù)據(jù)傳輸、測(cè)震基巖、臺(tái)網(wǎng)展布、臺(tái)站安全和后期維護(hù)等諸多因素，為此，因地制宜地采用了超短波、衛(wèi)星、數(shù)傳電臺(tái)、CDMA及光纖等綜合組網(wǎng)方式。臺(tái)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)采用大動(dòng)態(tài)反饋地震計(jì)、24位地震數(shù)據(jù)采集器等最新的數(shù)字地震觀測(cè)技術(shù)，并在重要斷層附近布設(shè)強(qiáng)震觀測(cè)設(shè)備，擴(kuò)大臺(tái)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍，是國(guó)內(nèi)技術(shù)先進(jìn)、功能齊備的水庫(kù)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力ML0.5可定位區(qū)域完全涵蓋了壩上20 km和壩下5 km范圍，ML1.0涵蓋了庫(kù)區(qū)50 km范圍，ML2.0涵蓋了庫(kù)區(qū)100 km范圍。同時(shí)，在二灘、官地、錦屏一級(jí)大壩上布置強(qiáng)震觀測(cè)設(shè)備，可以實(shí)時(shí)獲取地震波到達(dá)時(shí)大壩等重要水工建筑物的加速度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地震給大壩等造成影響的快速評(píng)估，提供抗震減災(zāi)科學(xué)支持。

2.3 流域大壩安全信息管理系統(tǒng)

雅礱江流域大壩安全信息管理系統(tǒng)作為流域大壩安全管理和技術(shù)管理的統(tǒng)一平臺(tái)，主要功能是對(duì)公司各投運(yùn)電站的安全監(jiān)測(cè)、巡視檢查、維護(hù)、定檢、注冊(cè)等大壩安全信息進(jìn)行全面管理，并為施工期大壩安全監(jiān)測(cè)管理提供信息化手段，最終實(shí)現(xiàn)全流域22座梯級(jí)電站大壩安全信息的接入和管理。

圖7 大壩安全管理系統(tǒng)架構(gòu)Fig.7 Structure of dam safety management system

目前，系統(tǒng)管理已投運(yùn)電站（二灘、桐子林、官地、錦屏一級(jí)、二級(jí)）監(jiān)測(cè)儀器共約34 701支，同時(shí)接入了水情信息、泄洪震動(dòng)、大壩強(qiáng)震等數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共計(jì)6 071萬(wàn)條；管理在建電站工程（兩河口、楊房溝）監(jiān)測(cè)儀器共約6 383支，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)101萬(wàn)條。

流域大壩安全信息管理系統(tǒng)所涉及的流域化系統(tǒng)集成技術(shù)、應(yīng)用服務(wù)接口封裝技術(shù)、不同自動(dòng)化廠家采集接口集成技術(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)、不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用集成技術(shù)、自動(dòng)評(píng)判預(yù)警技術(shù)、遠(yuǎn)程容災(zāi)備份與應(yīng)急拆分技術(shù)等均處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。系統(tǒng)建設(shè)以來(lái)減少了大量的交接工作，避免了人工交接過(guò)程造成信息遺漏或錯(cuò)誤，為實(shí)現(xiàn)大壩安全管理從施工期到運(yùn)行期的無(wú)縫銜接與平穩(wěn)過(guò)渡奠定了基礎(chǔ)。

2.4 水電全生命周期數(shù)字化管理平臺(tái)[5]

目前，我國(guó)大部分流域水電企業(yè)信息化建設(shè)還處在分階段、分專業(yè)管理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)使用階段，各種信息系統(tǒng)針對(duì)某個(gè)階段、某個(gè)專業(yè)管理的需求，分別設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。雅礱江流域也搭建了內(nèi)部跨區(qū)的專用網(wǎng)絡(luò)，建成了企業(yè)門(mén)戶、OA辦公自動(dòng)化系統(tǒng)以及若干水電開(kāi)發(fā)管理應(yīng)用系統(tǒng)，包括流域公共安全信息管理系統(tǒng)、流域大壩安全信息管理系統(tǒng)、工程管理信息系統(tǒng)、工程施工過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、電力生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、水電廠設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、流域水情測(cè)報(bào)與水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)、環(huán)保水保信息管理系統(tǒng)、征地移民信息管理系統(tǒng)等。但是工程全生命周期不同階段、不同業(yè)務(wù)的主要數(shù)據(jù)資源仍然處于分隔狀態(tài)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的跨專業(yè)、全生命周期的共享和傳遞。

水電全生命周期數(shù)字化管理平臺(tái)從流域水電開(kāi)發(fā)全生命周期管理需求和流域水電企業(yè)信息化建設(shè)現(xiàn)狀出發(fā)，提出流域水電開(kāi)發(fā)全生命周期管理數(shù)字化平臺(tái)的建設(shè)思路：通過(guò)統(tǒng)一流域標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，集成整合已有信息系統(tǒng)采集管理的梯級(jí)水電工程相關(guān)階段信息資源，消除信息孤島，建設(shè)基于混合架構(gòu)的大數(shù)據(jù)中心；重點(diǎn)解決了通過(guò)三維可視化平臺(tái)建設(shè)增強(qiáng)數(shù)據(jù)資源的直觀表達(dá)，實(shí)現(xiàn)三維GIS（地理信息系統(tǒng)）和BIM（建筑信息模型）的融合展現(xiàn)，并便于分析和展現(xiàn)數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。遵循這一建設(shè)思路，雅礱江公司已初步建成企業(yè)數(shù)據(jù)中心和三維可視化信息集成展現(xiàn)和會(huì)商平臺(tái)，并用于實(shí)現(xiàn)雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)全生命周期數(shù)字化管理，圖8為平臺(tái)應(yīng)用之一——流域DEM三維淹沒(méi)分析模型。目前，該平臺(tái)已為13個(gè)信息系統(tǒng)提供共享數(shù)據(jù)。

圖8 平臺(tái)應(yīng)用之一——流域DEM三維淹沒(méi)分析模型Fig.8 Application platform——watershed DEM three-dimensional analysis model for flooded area

3 流域風(fēng)險(xiǎn)管理

3.1 風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控技術(shù)

公司始終堅(jiān)持“基于風(fēng)險(xiǎn)、超前控制、過(guò)程管理、閉環(huán)管理、全員參與、簡(jiǎn)單實(shí)用、溝通交流、持續(xù)改進(jìn)”的原則，制定切合實(shí)際、具體科學(xué)的安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)程序和方法，即風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控技術(shù)，全方位、全過(guò)程辨識(shí)作業(yè)環(huán)境、生產(chǎn)工藝、設(shè)備設(shè)施、人員行為和管理體系等方面存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。綜合考慮起因物、引起事故的誘導(dǎo)性原因、致害物、傷害方式等，確定安全風(fēng)險(xiǎn)分類，對(duì)各級(jí)不同分類風(fēng)險(xiǎn)，采用相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法確定安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)，將其從高到低劃分為重大風(fēng)險(xiǎn)、較大風(fēng)險(xiǎn)、一般風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)等級(jí)，分別用紅、橙、黃、藍(lán)四種顏色標(biāo)示，并依據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)類別和等級(jí)建立本單位安全風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，繪制“紅橙黃藍(lán)”四色安全風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖。

利用風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控技術(shù)對(duì)流域地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了全面評(píng)估，表1為流域地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估過(guò)程中根據(jù)危害程度、發(fā)育程度等建立的危險(xiǎn)性分級(jí)表。

在實(shí)際實(shí)施中，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)大，規(guī)劃建設(shè)適宜性差，確需布置設(shè)施設(shè)備時(shí)，應(yīng)進(jìn)行避讓或地質(zhì)災(zāi)害防治，消除地質(zhì)災(zāi)害影響；地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)中等，規(guī)劃建設(shè)基本適宜，但應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害防治，減輕地質(zhì)災(zāi)害的影響；地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)小，規(guī)劃建設(shè)適宜性好，應(yīng)避免工程建設(shè)引發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害，同時(shí)開(kāi)展監(jiān)測(cè)預(yù)警工作。同時(shí)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)實(shí)行分層、分類、分專業(yè)管理，逐一落實(shí)單位、部門(mén)、崗位的管控責(zé)任，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵環(huán)節(jié)的管控。

3.2 流域應(yīng)急指揮系統(tǒng)

緊密結(jié)合雅礱江公司應(yīng)急管理工作的特點(diǎn)，以及雅礱江流域地質(zhì)條件和自然災(zāi)害的典型特質(zhì)，建設(shè)技術(shù)先進(jìn)、功能完善、信息全面、安全易用的應(yīng)急管理平臺(tái)，應(yīng)急指揮系統(tǒng)建設(shè)包含了應(yīng)急指揮系統(tǒng)硬件平臺(tái)與軟件平臺(tái)建設(shè)。應(yīng)急指揮系統(tǒng)硬件平臺(tái)建設(shè)主要包括：大屏幕顯示系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)、視頻會(huì)商系統(tǒng)、有線語(yǔ)音通信系統(tǒng)、無(wú)線語(yǔ)音通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信接入系統(tǒng)、容災(zāi)備份等。軟件平臺(tái)建設(shè)應(yīng)有效整合數(shù)字雅礱江、大壩安全信息管理系統(tǒng)、水庫(kù)調(diào)度系統(tǒng)等，將有關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入應(yīng)急指揮系統(tǒng)進(jìn)行綜合顯示，為應(yīng)急指揮提供決策輔助，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)雅礱江公司各類突發(fā)事件的常態(tài)化和非常態(tài)化管理，實(shí)現(xiàn)與公司內(nèi)部其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的橫向集成，具體包括以下目標(biāo)：

（1）對(duì)于流域電站突發(fā)事件的事前、事中、事后的全流程管理，并實(shí)現(xiàn)基于GIS的災(zāi)害影響可視化展現(xiàn)。

（2）通過(guò)接入專業(yè)系統(tǒng)預(yù)警信息并結(jié)合數(shù)字化預(yù)案技術(shù)，基于應(yīng)急管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為應(yīng)急指揮提供輔助決策。建立遠(yuǎn)程協(xié)同會(huì)商平臺(tái)，通過(guò)對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的多源信息和應(yīng)急資源信息的融合，進(jìn)行應(yīng)急指揮的態(tài)勢(shì)分析和指揮調(diào)度。

（3）對(duì)應(yīng)急事后的災(zāi)損統(tǒng)計(jì)和應(yīng)急過(guò)程回放進(jìn)行總結(jié)分析，提煉應(yīng)急處置的經(jīng)驗(yàn)。

（4）提供日常的應(yīng)急管理和應(yīng)急培訓(xùn)演練。

4 結(jié)論及建議

系統(tǒng)總結(jié)了雅礱江流域工程安全所解決的各種關(guān)鍵技術(shù)，并利用信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)應(yīng)用，對(duì)各種工程安全風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展了有效管控，為確保流域梯級(jí)水電工程安全奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但流域工程安全與風(fēng)險(xiǎn)管理需要全面控制各個(gè)關(guān)鍵和薄弱環(huán)節(jié)，下一步仍需開(kāi)展以下方面的研究。

（1）流域大壩系統(tǒng)中包含了主體水工建筑物監(jiān)測(cè)信息，但近壩高邊坡、庫(kù)區(qū)滑坡體由于巖體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，需深入研究巖土滑坡的破壞模式以及發(fā)展過(guò)程，分期提出巖土邊坡長(zhǎng)期變形監(jiān)控指標(biāo)，形成可供在線監(jiān)測(cè)使用的、可靠的穩(wěn)定性判據(jù)等，建立高邊坡及滑坡體穩(wěn)定性的反饋分析與預(yù)警系統(tǒng)。

（2）高壩大庫(kù)的修建使得壩基、壩肩巖體長(zhǎng)期處在復(fù)雜環(huán)境應(yīng)力場(chǎng)與滲流場(chǎng)的耦合作用下，同時(shí)大量灌漿材料的使用使建筑材料長(zhǎng)效質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)凸顯。應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展壩基巖體弱化與滲控衰減特性及拱壩整體穩(wěn)定安全性研究，研究天然、人工材料力學(xué)特性弱化規(guī)律與機(jī)理，通過(guò)試驗(yàn)研究定量揭示巖體與軟弱結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)的弱化率，開(kāi)展特高拱壩整體穩(wěn)定安全性研究。

（3）雖然已經(jīng)針對(duì)重要的項(xiàng)目建立了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且建立了統(tǒng)一的數(shù)字化管理平臺(tái)，但應(yīng)急保障資源、應(yīng)急預(yù)案還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，應(yīng)急指揮人員在處置突發(fā)事件時(shí)可能因沒(méi)有掌握完整的信息而影響科學(xué)決策，因此下一步應(yīng)以應(yīng)急指揮系統(tǒng)建設(shè)為核心，整合并統(tǒng)一利用相關(guān)信息、硬件平臺(tái)，全面提升流域應(yīng)急處置水平。 ■

[1]吳世勇,任旭華,陳祥榮,等.錦屏二級(jí)水電站引水隧洞圍巖穩(wěn)定分析及支護(hù)設(shè)計(jì)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,24(20)：3777-3782.

[2]楊弘,馮永祥.雅礱江流域高壩群運(yùn)行安全關(guān)鍵問(wèn)題研究[J].大壩與安全,2012(5)：15-19.

[3]王小鋒,丁義.雅礱江流域水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用研究[J].水電與新能源,2014(6)：46-48.

[4]楊弘,練繼建,馮永祥,等.高壩水墊塘泄洪安全實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2008,27(3)：93-100.

[5]陳云華.雅礱江流域數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)規(guī)劃及關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題[C].流域水電開(kāi)發(fā)重大技術(shù)問(wèn)題及主要進(jìn)展——雅礱江虛擬研究中心2014年度學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.黃河水利出版社：4-8.