王士軍，谷艷昌，葛從兵

(1. 南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029；2. 水利部大壩安全管理中心，江蘇 南京 210029)

安全監(jiān)測是監(jiān)視和掌握水庫大壩運(yùn)行性態(tài)的重要非工程措施，是指導(dǎo)水庫科學(xué)調(diào)度、工程安全運(yùn)行的重要手段，是水庫大壩安全管理不可或缺的重要工作。我國相關(guān)規(guī)范規(guī)定，大壩安全監(jiān)測包括巡視檢查、變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、應(yīng)力(壓力)應(yīng)變溫度監(jiān)測、地震反應(yīng)監(jiān)測、環(huán)境量監(jiān)測等[1- 2]。據(jù)統(tǒng)計，全國90%的大型水庫和2/3的中型水庫配置有安全監(jiān)測設(shè)施。由于各種原因，部分安全監(jiān)測設(shè)施建成運(yùn)行一段時間后出現(xiàn)基礎(chǔ)資料缺失、儀器設(shè)備損壞、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、監(jiān)測數(shù)據(jù)混亂等現(xiàn)象。近期調(diào)研統(tǒng)計，約1/5大型水庫和1/3中型水庫安全監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行不正常，約1/4已建安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)不能正常工作[3]。隨水庫大壩服役年限延長，工程地質(zhì)條件、施工質(zhì)量存在與設(shè)計假定不一致，水庫大壩安全隨著工程服役年限的增加，材料蠕變、結(jié)構(gòu)老化導(dǎo)致工程安全運(yùn)行性態(tài)的變化，大壩運(yùn)行性態(tài)可能發(fā)生變化，原有監(jiān)測系統(tǒng)可能達(dá)不到全面有效監(jiān)控大壩安全的目的。國內(nèi)一些學(xué)者開展大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)評價研究[4- 5]。為科學(xué)規(guī)范評估大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行，保障已建水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)可靠有效運(yùn)行，保障大壩安全可控，水利行業(yè)編制完成了《大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定技術(shù)規(guī)范》(SL 766—2018)，該標(biāo)準(zhǔn)適用于1級、2級、3級土石壩及1級、2級、3級、4級混凝土壩大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)。本文闡述了大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)評價框架體系及主要內(nèi)容。

1 總體框架

大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)評價內(nèi)容包括監(jiān)測設(shè)施可靠性、完備性、運(yùn)行維護(hù)有效性和自動化系統(tǒng)可靠性。監(jiān)測設(shè)施是指監(jiān)測儀器及其輔助設(shè)施，如保護(hù)裝置、觀測房、觀測便道等；自動化系統(tǒng)是指監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集、傳輸、存儲、處理的裝置和軟件的統(tǒng)稱。監(jiān)測系統(tǒng)總體評價框架見圖1。

監(jiān)測設(shè)施可靠性是大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)評價的基礎(chǔ)，監(jiān)測設(shè)施可靠性評價以測點為單元進(jìn)行評價。對于多測點監(jiān)測裝置，如視準(zhǔn)線裝置、引張線裝置等，可基于對各個測點裝置單獨進(jìn)行評價基礎(chǔ)上，根據(jù)實際工程特點及測點布置進(jìn)行評價。監(jiān)測設(shè)施完備性是基于可靠或基本可靠的安全監(jiān)測設(shè)施的監(jiān)測項目及測點布設(shè)能否滿足監(jiān)控大壩現(xiàn)狀及未來安全的需要。監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)是保障大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)可靠運(yùn)行的重要措施，對安全監(jiān)測設(shè)施能否持續(xù)可靠運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。隨著技術(shù)發(fā)展，一些大中型水庫大壩安全監(jiān)測配有自動化系統(tǒng)，它是大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分；自動化系統(tǒng)的評價內(nèi)容與監(jiān)測設(shè)施可靠性評價明顯不同，將其獨立納入評價體系，如工程未建自動化系統(tǒng)，則不納入評價體系。

監(jiān)測系統(tǒng)綜合評價分為正常、基本正常和不正常3個等級。監(jiān)測設(shè)施完備性、監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)和監(jiān)測自動化系統(tǒng)(如有)3項評價為全部合格，則監(jiān)測系統(tǒng)評價為正常；監(jiān)測設(shè)施完備性和監(jiān)測自動化系統(tǒng)(如有)為基本合格，監(jiān)測系統(tǒng)評價為基本正常；監(jiān)測設(shè)施完備性不合格，監(jiān)測系統(tǒng)評價為不正常。監(jiān)測系統(tǒng)綜合評價體系重點強(qiáng)調(diào)監(jiān)測設(shè)施的完備性，對監(jiān)測設(shè)施不完備設(shè)定為一票否決。只要監(jiān)測設(shè)施可靠完備，即使自動化系統(tǒng)不正常，可通過人工觀測獲取數(shù)據(jù)，也能達(dá)到大壩安全監(jiān)測目的，故未對自動化系統(tǒng)設(shè)定一票否決。評價體系中只有監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)評價合格，監(jiān)測系統(tǒng)才能鑒定為正常，體現(xiàn)了維護(hù)監(jiān)測設(shè)施的重要性，同時考慮監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)是管理措施，未對監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)設(shè)定一票否決。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)定期鑒定，系統(tǒng)竣工驗收后或投入使用后3年內(nèi)應(yīng)進(jìn)行首次鑒定，之后應(yīng)根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行情況每隔3～5年或必要時進(jìn)行鑒定，宜結(jié)合大壩安全鑒定開展監(jiān)測系統(tǒng)鑒定。承擔(dān)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定的單位應(yīng)具備相應(yīng)資質(zhì)或業(yè)績，從事鑒定的人員應(yīng)具有相應(yīng)資格或從業(yè)經(jīng)驗。經(jīng)評價正常的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)繼續(xù)運(yùn)行；基本正常的可繼續(xù)運(yùn)行，但應(yīng)及時修復(fù)完善；不正常的則需及時更新改造。

圖1 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)評價總體框架

2 監(jiān)測設(shè)施可靠性評價

監(jiān)測設(shè)施可靠性評價包括監(jiān)測設(shè)施考證資料評價、現(xiàn)場檢查與測試評價和歷史測值評價等3項內(nèi)容，并基于3項內(nèi)容評價結(jié)果，評價監(jiān)測設(shè)施的可靠性。監(jiān)測設(shè)施評價為可靠或基本可靠，才可列為監(jiān)測設(shè)施完備性評價的測點體系。

監(jiān)測設(shè)施考證資料評價包括資料完整性、監(jiān)測儀器選型適應(yīng)性和監(jiān)測設(shè)施安裝正確性。監(jiān)測設(shè)施考證資料包括儀器出廠檢驗測試資料或第三方檢測測試資料，考證資料是數(shù)據(jù)計算與分析的基礎(chǔ)；不同的工作條件環(huán)境，對監(jiān)測儀器的性能指標(biāo)要求不同，監(jiān)測儀器選型適應(yīng)工作環(huán)境條件;技術(shù)性能指標(biāo)應(yīng)滿足被測工程物理量監(jiān)測要求。監(jiān)測儀器安裝應(yīng)避免對工程結(jié)構(gòu)的損傷，滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計要求，監(jiān)測成果能反映被監(jiān)測部位的特性。

現(xiàn)場檢查和測試是評價已安裝運(yùn)行的監(jiān)測儀器可靠性的重要手段，各類監(jiān)測儀器現(xiàn)場檢查和測試內(nèi)容及評價標(biāo)準(zhǔn)各不相同?，F(xiàn)場檢查主要包括監(jiān)測設(shè)施的外觀、標(biāo)識、線纜及連接、工作狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境和觀測條件等。現(xiàn)場測試主要根據(jù)各類儀器的原理、埋設(shè)方式、可能條件對其穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性進(jìn)行測試檢驗。該標(biāo)準(zhǔn)對讀數(shù)儀表(包括水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀、讀數(shù)儀等)的鑒定未作規(guī)定，讀數(shù)儀表的鑒定應(yīng)按計量儀表的檢定/校準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行，由具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)完成，用于測試的讀數(shù)儀表應(yīng)在檢定有效期內(nèi)，且檢定合格。

歷史測值評價是采用歷史監(jiān)測資料對監(jiān)測儀器可靠性評價的一種有效方法，通常以過程線分析為主，可結(jié)合相關(guān)性圖、空間分布圖、特征值分析等方法分析數(shù)據(jù)變化規(guī)律，對監(jiān)測設(shè)施可靠性進(jìn)行評價。通過過程線分析，可以判斷變形量、滲流(揚(yáng))壓力、滲流量、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度及水位等物理量隨時間變化的規(guī)律及其與相應(yīng)環(huán)境量之間的關(guān)系：如周期性、趨勢性、變化類型、發(fā)展速率、變幅、變化范圍和特征值等。當(dāng)工程物理量測值不符合常規(guī)變化規(guī)律，則說明該測值可能存在異常。當(dāng)監(jiān)測的物理量數(shù)據(jù)存在異常時，可對儀器頻率、電阻、電壓、電流、電阻比、電容比等測讀值進(jìn)行分析，查明原因。

3 監(jiān)測設(shè)施完備性評價

監(jiān)測設(shè)施是否完備主要看基本可靠及可靠的安全監(jiān)測設(shè)施能否滿足監(jiān)控大壩現(xiàn)狀及未來安全的需要。既要考慮監(jiān)測項目的全面性，也需考慮監(jiān)測測點布設(shè)合理性。監(jiān)測項目合理性評價基于現(xiàn)狀鑒定為可靠或基本可靠的監(jiān)測設(shè)施，考量監(jiān)測工程運(yùn)行安全性態(tài)關(guān)鍵參數(shù)的重要監(jiān)測項目是否全面，監(jiān)測項目中現(xiàn)存基本可靠測點的空間布局能否覆蓋工程全部監(jiān)測范圍，能否監(jiān)控重點部位、兼顧一般部位，關(guān)聯(lián)監(jiān)測項目是否相互匹配，重要監(jiān)測項目是否有適當(dāng)?shù)娜哂?。重要監(jiān)測項目無缺項，重要監(jiān)測項目和一般監(jiān)測項目布置均合理，安全監(jiān)測設(shè)施完備。若重要監(jiān)測項目缺項，或重要監(jiān)測項目不缺項但其布置不合理，則安全監(jiān)測不完備。

SL 551—2012和SL 601—2013規(guī)定了不同級別大壩安全監(jiān)測必選項目和可選項目在大壩進(jìn)入運(yùn)行階段后，可根據(jù)工程運(yùn)行的實際情況和風(fēng)險管理理念[6]，調(diào)整監(jiān)測系統(tǒng)原有的監(jiān)測項目或其重要性。因工程運(yùn)行環(huán)境及性態(tài)變化，可能需要增加某些監(jiān)測項目，重要監(jiān)測項目可能降級為一般監(jiān)測項目，一般監(jiān)測項目可能升級為重要監(jiān)測項目。考慮各類壩型的結(jié)構(gòu)特性，規(guī)定調(diào)整后，土石壩的重要監(jiān)測項目至少應(yīng)包括上游水位、降水量、表面變形、滲流量和滲流壓力；混凝土壩的重要監(jiān)測項目至少應(yīng)包括上游水位、氣溫、表面變形、滲流量和揚(yáng)壓力。

在確定重要監(jiān)測項目時，宜結(jié)合工程地形地質(zhì)條件、環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)特點、運(yùn)行方式、施工及運(yùn)行狀況、工程運(yùn)用需要等情況，分析大壩在當(dāng)前和后續(xù)階段運(yùn)行中面臨的工程安全隱患和風(fēng)險，確定針對不同破壞模式發(fā)生、發(fā)展的監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)。如壩體壩基土石結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)接觸帶滲流、壩體壩基內(nèi)泄水建筑接縫裂縫、混凝土重力壩基礎(chǔ)揚(yáng)壓力、拱壩壩肩變形等。對于運(yùn)行中出現(xiàn)的危害性裂縫、失穩(wěn)、滲漏等現(xiàn)象，應(yīng)作為當(dāng)前和后續(xù)階段運(yùn)行安全監(jiān)控的重要監(jiān)測項目。

4 監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)評價

監(jiān)測設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)是保證監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)有效運(yùn)行的重要措施，監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)評價內(nèi)容包括運(yùn)行管理、觀測與維護(hù)以及資料整編分析等方面。

監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行管理評價內(nèi)容包括監(jiān)測規(guī)章制度、專業(yè)監(jiān)測人員配置及其崗位責(zé)任制的落實情況。監(jiān)測規(guī)章制度評價覆蓋巡視檢查、觀測內(nèi)容、方法和要求、資料整編、觀測設(shè)備管理維護(hù)檢驗規(guī)定等方面完整性和合理性；專業(yè)監(jiān)測人員配置評價包括觀測人員數(shù)量、能力、各類專業(yè)配置情況；崗位責(zé)任制評價應(yīng)包括崗位職責(zé)分工及責(zé)任、從業(yè)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)、工作流程和考核目標(biāo)等。

監(jiān)測設(shè)施觀測與維護(hù)評價內(nèi)容包括觀測評價和維護(hù)評價。觀測評價內(nèi)容包括觀測頻次、觀測精度、觀測可溯源性，觀測數(shù)據(jù)應(yīng)是可溯源的，即觀測數(shù)據(jù)是可考證的；維護(hù)評價內(nèi)容包括維護(hù)措施有效性、維護(hù)工作時效性、易損件的備品備件齊全性。

監(jiān)測資料整理評價包括監(jiān)測設(shè)施檔案資料、監(jiān)測資料整編和初步分析成果的評價。監(jiān)測設(shè)施檔案資料評價包括監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡視檢查數(shù)據(jù)、監(jiān)測設(shè)施出廠說明書及合格證、埋設(shè)安裝考證資料、監(jiān)測設(shè)施更換、檢查維護(hù)等資料的完整性評價；監(jiān)測資料整編評價包括監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性甄別、電測物理量換算工程物理量公式與方法、統(tǒng)計表、過程線以及巡視檢查資料整理的可靠性和完整性評價；監(jiān)測資料初步分析成果評價包括分析評價結(jié)論、存在的問題及改進(jìn)建議的準(zhǔn)確性和合理性評價。

5 自動化系統(tǒng)評價

自動化系統(tǒng)是大壩安全監(jiān)測的重要組成部分，其評價內(nèi)容包括數(shù)據(jù)采集裝置、計算機(jī)及通信設(shè)施、信息采集與管理軟件、運(yùn)行條件和運(yùn)行維護(hù)等。數(shù)據(jù)采集裝置評價內(nèi)容包括功能、平均無故障時間、數(shù)據(jù)采集缺失率、測量準(zhǔn)確度。其中重點關(guān)注主要功能，主要功能是數(shù)據(jù)采集裝置運(yùn)行過程中經(jīng)常使用和保證數(shù)據(jù)采集裝置長期穩(wěn)定運(yùn)行的功能，如巡測、選測、定時測量、通信、數(shù)據(jù)存儲、掉電保護(hù)、防雷、抗干擾等主要功能，系統(tǒng)自檢、自診斷、人工測量接口、防腐蝕等屬次要功能；計算機(jī)及通信設(shè)施評價內(nèi)容包括運(yùn)行狀態(tài)、掉電保護(hù)、平均無故障時間等；信息采集與管理軟件評價內(nèi)容包括功能完備性、正確性和可操作性；運(yùn)行條件評價內(nèi)容包括溫度與濕度、工作電源、電源防雷和接地網(wǎng)等；運(yùn)行維護(hù)評價內(nèi)容包括數(shù)據(jù)備份、時鐘校正、比測、備品備件、設(shè)備檢查和維護(hù)等。

6 結(jié) 語

(1) 大壩安全監(jiān)測是保障大壩安全不可替代的手段。大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行存在老化，大壩服役期安全性態(tài)是變化的，為保障大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)可靠穩(wěn)定運(yùn)行、大壩安全可控，定期開展大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)評價十分必要。

(2) 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)評價包括監(jiān)測設(shè)施可靠性與完備性評價、監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)評價、自動化系統(tǒng)評價。監(jiān)測設(shè)施可靠性是大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)評價的基礎(chǔ)，監(jiān)測設(shè)施完備性是安全監(jiān)測項目及測點布設(shè)能否滿足監(jiān)控大壩現(xiàn)狀及未來安全的需要。監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)是保障大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)可靠運(yùn)行的重要措施，對安全監(jiān)測設(shè)施能否持續(xù)可靠運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。自動化監(jiān)測系統(tǒng)是大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成，應(yīng)納入鑒定評價體系。

(3) 監(jiān)測設(shè)施可靠性評價采用監(jiān)測設(shè)施考證資料評價、現(xiàn)場檢查與測試評價和歷史測值評價3種方法；監(jiān)測設(shè)施完備性評價基于可靠或基本可靠的監(jiān)測設(shè)施監(jiān)測項目和測點布設(shè)是否滿足現(xiàn)狀及未來大壩安全監(jiān)控要求；監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)評價內(nèi)容包括運(yùn)行管理、觀測與維護(hù)以及資料整編分析等方面；監(jiān)測自動化系統(tǒng)評價內(nèi)容包括數(shù)據(jù)采集裝置、計算機(jī)及通信設(shè)施、信息采集與管理軟件、運(yùn)行條件和運(yùn)行維護(hù)等。

(4) 監(jiān)測系統(tǒng)綜合評價分為正常、基本正常和不正常3個等級。監(jiān)測設(shè)施完備性、監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行維護(hù)和監(jiān)測自動化系統(tǒng)(如有)全部合格評價為正常，應(yīng)繼續(xù)運(yùn)行；監(jiān)測設(shè)施完備性和監(jiān)測自動化系統(tǒng)(如有)為基本合格，監(jiān)測系統(tǒng)評價為基本正常，可繼續(xù)運(yùn)行，但應(yīng)及時修復(fù)完善；監(jiān)測設(shè)施完備性不合格，評價為不正常，則需及時更新改造。

致謝：本文基于《大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定技術(shù)規(guī)范》(SL 766—2018)所有編委共同研究的成果，在此一并致謝！