王 揚，張 珂

（1.山東省土木工程防災減災重點實驗室，山東青島，266590；2.淄博市萌山水庫管理中心，山東淄博，255318）

0 引言

近年來，隨著惡劣天氣和自然災害的頻繁發(fā)生，國家對水庫大壩安全的重視程度越來越高。但調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在實際管理過程中，許多中小型水庫管理部門仍采用較為粗獷、偏向傳統(tǒng)的安全管理模式，僅僅停留在人工巡查、觀測、調(diào)度、處理等方面，沒有積極踐行水利改革發(fā)展的總基調(diào)，忽視了信息化建設對水庫大壩安全管理能力的提升與優(yōu)化。而事實證明，水庫信息化系統(tǒng)的建設不僅與水庫管理單位的安全管理水平有密切聯(lián)系，同時也對流域范圍內(nèi)的社會穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的影響，因此，開發(fā)建設水庫信息化系統(tǒng)具有十分重要的意義。

1 萌山水庫“智慧水庫”綜合平臺建設內(nèi)容

萌山水庫位于淄博市文昌湖省級旅游度假區(qū)、孝婦河一級支流范陽河中游，控制流域面積為288 km2，大壩為礫石砂殼黏土寬心墻壩。2010年對大壩進行了除險加固，2017年又實施了水庫增容工程，拆除重建溢洪閘，興利水位抬高至83.00 m，總庫容達9 993萬m3，興利庫容達5 840萬m3。目前，工程運行情況良好，設計洪水標準為重現(xiàn)期100年，設計洪水位84.11 m；校核洪水標準為重現(xiàn)期2 000年，校核洪水位86.81 m，水庫淹沒線高程為83.54 m。自2019年第9號臺風“利奇馬”經(jīng)過山東產(chǎn)生暴雨洪水后，萌山水庫始終處于81.98～83.31 m的高水位運行狀態(tài)，存在較大的安全隱患。2021年1月1日—2021年10月上旬，萌山水庫降雨量為952 mm，同比增長52.56%。其中6—9月汛期降雨量為748 mm，體現(xiàn)出春旱、夏澇、降雨集中的特點，反映出近年來受復雜多變的自然天氣影響，安全事故發(fā)生的概率也隨之增加。

萌山水庫于2015年起立項實施萌山水庫信息化開發(fā)建設，經(jīng)過5年努力，逐步建成了水庫水情測報系統(tǒng)、水庫滲流監(jiān)測系統(tǒng)、洪水自動預報系統(tǒng)、地表水自動檢測系統(tǒng)、溢洪閘門自動化控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，在提高水庫安全管控能力方面取得了一定的成效。為進一步提高水庫大壩的安全管理水平，響應國家在“提升信息化管理能力”方面提出的“健全水庫安全運行監(jiān)測系統(tǒng)，做好大壩安全監(jiān)測和雨水情數(shù)據(jù)匯集，強化監(jiān)測數(shù)據(jù)分析研判，健全預警發(fā)布機制，及時發(fā)布預警信息”的要求，2020年11月，萌山水庫管理單位決定實施萌山水庫“智慧水庫”綜合平臺建設，有針對性地完善萌山水庫大壩信息化系統(tǒng)，以切實提高水庫大壩的運行管護能力。主要建設內(nèi)容包括：

（1）在原有信息化系統(tǒng)的基礎上，部署新一代大壩安全自動監(jiān)測信息管理系統(tǒng)——水庫安全運行綜合監(jiān)測分析管理系統(tǒng)。

（2）建成大壩表面變形監(jiān)測系統(tǒng)和溢洪閘變形監(jiān)測系統(tǒng)。實現(xiàn)對大壩、溢洪閘的垂直與水平變形的實時監(jiān)測、動態(tài)分析，監(jiān)測數(shù)據(jù)自動上傳至大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)，為水庫關鍵部位增加預警頻次，彌補人工觀測頻次少的缺陷。

（3）升級改造大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)。實現(xiàn)對大壩壩體、壩基浸潤線等關鍵參數(shù)的實時監(jiān)測，智能感知壩體、壩基內(nèi)水面的位置并跟蹤水面變化，快速將水面位置信息轉(zhuǎn)換為水位數(shù)據(jù)上傳至大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)，改善原有的滲流觀測設施設備老化、淤積嚴重等問題，確保采集的數(shù)據(jù)準確可靠。

（4）建成放水洞綜合監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測放水洞供水涵管的過水流量；采用雙頻全息時間測量技術，監(jiān)測放水管振幅和頻率變化；采用超聲波測量核心技術，準確測量放水洞的過流量。

2 基于“智慧水庫”綜合平臺的萌山水庫安全管理評價

萌山水庫“智慧水庫”綜合平臺自建成以來，經(jīng)過2021年汛期的安全運行實踐后，在防洪調(diào)度及保障民生等方面發(fā)揮了很大作用。萌山水庫大壩安全管理單位為全面了解“智慧水庫”綜合平臺的建設成效及萌山水庫大壩的安全管理水平，于2021年9月組織專家、技術人員對水庫大壩進行了安全管理綜合評價。首先構(gòu)建多層次大壩安全綜合評價指標體系，然后利用層次分析法確定各因素指標權(quán)重，最后邀請專家對“智慧水庫”綜合平臺建設前后兩個階段的大壩安全管理水平進行打分評價，并對所得結(jié)果進行對比分析。

2.1 構(gòu)建萌山水庫大壩安全管理綜合評價指標體系

根據(jù)相關文獻，結(jié)合水庫大壩的特點及專家意見，建立了萌山水庫大壩安全管理綜合評價指標體系，由目標層（萌山水庫大壩安全管理綜合評價）、準則層（萌山水庫大壩安全綜合管理評價的一級影響因素）、方案層（準則層各指標下的二級影響因素）共3個層次組成。各準則層和方案層需要考慮的因素如下。

2.1.1 工程加固改造（B1）

水庫大壩的工程質(zhì)量是決定水庫大壩是否安全的基礎，壩基、壩體及其他建筑物都是影響水庫大壩工程質(zhì)量的關鍵部位。要進一步提升安全管理水平，定期對水庫大壩進行安全巡查，及時對發(fā)現(xiàn)問題進行除險加固，對病險老化的工程部位進行維修改造。主要體現(xiàn)在：大壩壩基岸坡工程除險加固（C11）、大壩壩體工程除險加固（C12）、溢洪閘及放水洞工程維修改造（C13）。

2.1.2 安全運行管理（B2）

水庫大壩的運行管理能力是決定水庫投入運行使用后能否發(fā)揮既定效益的關鍵。要不斷加強管理體制機制建設，完善管理制度，開展管理人員業(yè)務培訓，更新管理設備，扎實做好各樞紐工程的日常巡檢管護及實時調(diào)度等各項工作。主要體現(xiàn)在管理制度（C21）、業(yè)務培訓及操控水平（C22）、管養(yǎng)維護頻次（C23）、日常巡檢效果（C24）。

2.1.3 防洪調(diào)度決策（B3）

水庫大壩的防洪能力是工程加固改造成效優(yōu)劣和運行管理能力強弱的直接體現(xiàn)。要定期做好防洪標準、設計洪水及大壩抵御洪水能力復核等工作，并在洪水來臨時準確進行調(diào)洪計算，確保洪水來臨時及時對水庫庫容進行合理調(diào)節(jié)，做出準確決策，避免因潰壩造成的不可估量的生命財產(chǎn)損失。主要體現(xiàn)在設計洪水復核（C31）、防洪能力復核（C32）、防洪調(diào)度決策水平（C33）。

2.1.4 滲流監(jiān)測預警（B4）

水庫大壩的抗?jié)B性能和相應的控制措施是決定水庫能否安全穩(wěn)定運行的重要因素。要進一步提升大壩壩基、壩體及其他建筑物的滲流監(jiān)測預警水平，同時定期巡查大壩的防滲設施和反濾排水設施，及時處置大壩滲流安全隱患初期狀況，防止出現(xiàn)壩坡塌陷散浸、壩趾冒水翻砂、壩體與岸坡及其他建筑物連接處漏水等異常滲流現(xiàn)象。主要體現(xiàn)在大壩壩基滲流監(jiān)測預警水平（C41）、大壩壩體滲流監(jiān)測預警水平（C42）、溢洪閘及放水洞滲流監(jiān)測預警水平（C43）、滲流控制措施（C44）。

2.1.5 結(jié)構(gòu)監(jiān)測預警（B5）

水庫大壩的結(jié)構(gòu)強度、變形、穩(wěn)定是結(jié)構(gòu)安全的主要內(nèi)容。要進一步提升大壩壩體、溢洪閘及放水洞的變形及穩(wěn)定監(jiān)測預警水平，同時定期復核壩頂高程、上下游護坡及泄輸水建筑物的相應基本參數(shù)是否滿足規(guī)范要求，及時對運行中影響樞紐工程結(jié)構(gòu)安全的裂縫、塌陷、滑坡等問題做緊急處理。主要體現(xiàn)在大壩壩體變形監(jiān)測預警水平（C51）、大壩壩體穩(wěn)定監(jiān)測預警水平（C52）、溢洪閘及放水洞變形監(jiān)測預警水平（C53）、溢洪閘及放水洞穩(wěn)定監(jiān)測預警水平（C54）。

2.1.6 抗震監(jiān)測預警（B6）

水庫大壩的抗震性能和抗震措施是決定水庫在突發(fā)地震情況下能否安全穩(wěn)定運行的重要因素。定期復核結(jié)構(gòu)強度是否滿足抗震穩(wěn)定要求，及時制定并根據(jù)實際情況調(diào)整完善抗震減災應急處置預案。主要體現(xiàn)在大壩抗震監(jiān)測預警水平（C61）、溢洪閘及放水洞抗震監(jiān)測預警水平（C62）、抗震應急措施（C63）。

2.1.7 金屬結(jié)構(gòu)維修養(yǎng)護（B7）

水庫大壩的安全運行與泄輸水建筑物閘門、啟閉機、壓力鋼管及其他影響大壩運行安全的金屬結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定具有密切聯(lián)系。要進一步提升安全管理水平，合理布置各金屬結(jié)構(gòu)并定期進行安全檢查，定期做好閘門、啟閉機、備用發(fā)電機等試車工作，及時對金屬結(jié)構(gòu)在強度、剛度、穩(wěn)定性等方面存在的問題進行維修、更換、保養(yǎng)，為水庫大壩安全運行提供保障。主要體現(xiàn)在金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量（C71）、金屬結(jié)構(gòu)運行狀況（C72）、配套設施及供電安全（C73）。

綜上所述，萌山水庫大壩安全綜合評價指標體系分為3個層次，由準則層的7個一級因素和方案層的24個二級因素組成，如表1所示。

2.2 運用層次分析法確定各因素指標權(quán)重

層次分析法作為一種定性與定量相結(jié)合的評價分析方法，運用在水庫大壩安全綜合評價中，可通過逐一對比分析的方式，對綜合評價指標體系中各定性因素進行定量處理。

在建立指標體系后，首先邀請專家、技術人員對每層中各因素進行兩兩相互比較，根據(jù)1-9標度法，構(gòu)建判斷矩陣。然后對每一個判斷矩陣計算權(quán)重向量W=(w1,w2,···,wn)T和最大特征值λmax，并進行一致性檢驗，進行層次單排序，最后進行層次總排序。經(jīng)計算，各指標權(quán)重如表1所示。

表1 萌山水庫大壩安全管理綜合評價指標權(quán)重Table 1 The weight of comprehensive evaluation indexes of Mengshan reservoir dam safety management

2.3 萌山水庫大壩安全管理綜合評價

采用專家直接打分法是目前較為常用、容易操作的安全管理評價方法之一，能夠滿足此次萌山水庫管理單位對萌山水庫大壩安全管理進行綜合評價的需求。

2.3.1 萌山水庫大壩安全管理方案層評價得分

邀請本單位專家、技術人員（研究員2人、高級工程師7人、工程師5人）共14人（均參與了“智慧水庫”綜合平臺建設過程），根據(jù)萌山水庫“智慧水庫”綜合平臺建設前后兩個階段的安全管理水平情況，對方案層的24個因素在0～10分進行賦值，具體賦值范圍及評價標準如表2所示，打分結(jié)果如表3所示。

表2 賦值（H）量化指標Table 2 Quantified indicators

表3 萌山水庫大壩安全管理方案層評價得分Table 3 Evaluation scores of the scheme level of Mengshan reservoir dam safety management

2.3.2 萌山水庫大壩安全管理準則層評價得分

將各方案層賦值情況與對應因素權(quán)重相乘后求和，再除以對應準則層因素權(quán)重，得出萌山水庫大壩安全管理準則層評價得分，如表4所示。

表4 萌山水庫大壩安全管理準則層評價得分Table 4 Evaluation scores of the rule level of Mengshan reservoir dam safety management

2.3.3 萌山水庫大壩安全管理綜合評價得分

“智慧水庫”綜合平臺建設前得分為6.283，建設后得分為8.037。

2.4 “智慧水庫”綜合平臺建成前后萌山水庫大壩安全管理綜合評價結(jié)果分析

（1）隨著“智慧水庫”綜合平臺建成，萌山水庫管理單位進一步完善了各項管理制度，對管理人員開展了多輪系統(tǒng)培訓，提升了業(yè)務能力，并在開展大壩日常管養(yǎng)維護及巡檢工作時提出了更高要求，對各關鍵部位所發(fā)現(xiàn)的安全隱患及時進行維修養(yǎng)護，因此，管理制度C21、業(yè)務培訓及操控水平C22、管養(yǎng)維護頻次C23、日常巡檢效果C24均得到提升。

（2）由于此次升級改造了大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r智能感知壩體及壩基內(nèi)水面位置并跟蹤水面變化，實現(xiàn)測壓管水位數(shù)據(jù)的自動監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集傳輸，因此，大壩壩基滲流監(jiān)測預警水平C41、大壩壩體滲流監(jiān)測預警水平C42、滲流控制措施C44均得到提升。

（3）由于此次新建了大壩表面變形監(jiān)測系統(tǒng)和溢洪閘變形監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對大壩、溢洪閘的垂直與水平變形的實時監(jiān)測、動態(tài)分析，監(jiān)測數(shù)據(jù)自動上傳至大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)，因此，大壩壩體變形監(jiān)測預警水平C51、溢洪閘及放水洞變形監(jiān)測預警水平C53均得到提升。

（4）由于此次新建了放水洞綜合監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對放水洞各關鍵參數(shù)的自動實時監(jiān)測預警，因此，溢洪閘及放水洞滲流監(jiān)測預警水平C43、溢洪閘及放水洞穩(wěn)定監(jiān)測預警水平C54均得到提升。

（5）“智慧水庫”綜合平臺建設前后，大壩安全管理工作部分方面保持一致。一是由于萌山水庫大壩已于2010年完成大壩除險加固工程驗收，已于2017年實施水庫增容工程，對原溢洪閘進行了拆除重建，且對放水洞進行了維修改造，多年來始終安全穩(wěn)定運行，未發(fā)生任何安全事故，因此，大壩壩基岸坡工程除險加固C11、大壩壩體工程除險加固C12、溢洪閘及放水洞工程維修改造C13、金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量C71均未發(fā)生變化；二是由于此次未涉及洪水預報系統(tǒng)的升級改造，仍沿用2001年投入使用的洪水預報系統(tǒng)，且多年來相關參數(shù)的復核計算、相關指令的指揮調(diào)度始終與上級主管部門保持密切聯(lián)系，因此，設計洪水復核C31、防洪能力復核C32、洪水調(diào)度決策水平C33均未發(fā)生變化；三是由于此次未涉及大壩、溢洪閘關于環(huán)境變量、壓力、應力等方面的監(jiān)測預警，因此，大壩壩體穩(wěn)定監(jiān)測預警水平C52未發(fā)生變化；四是由于萌山水庫地處相對穩(wěn)定的地質(zhì)區(qū)域，相關地震參數(shù)始終依據(jù)上級相關部門提供，因此，大壩抗震監(jiān)測預警水平C61、溢洪閘及放水洞抗震監(jiān)測預警水平C62、抗震應急措施C63均未發(fā)生變化。

綜上所述，在運用層次分析法、建設萌山水庫“智慧水庫”綜合平臺、分析“智慧水庫”綜合平臺對萌山水庫大壩安全管理水平的影響的基礎上，得出萌山水庫大壩安全管理綜合評價結(jié)果。“智慧水庫”綜合平臺建成前，萌山水庫大壩安全管理水平按照量化指標，綜合評價最終得分為6.286，安全管理水平達到“合格”標準；“智慧水庫”綜合平臺建成后，萌山水庫大壩安全管理水平按照量化指標，綜合評價最終得分明顯提升，達到8.029，安全管理水平從“合格”標準提升到“良好”標準。

由此可看出，“智慧水庫”綜合平臺建成后，通過建設多項子系統(tǒng)，部署新一代大壩安全自動監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了多系統(tǒng)整合和數(shù)據(jù)資源共享，使萌山水庫信息化系統(tǒng)進一步完善，萌山水庫大壩安全管理水平得到顯著提升。但同時反映出，萌山水庫在洪水監(jiān)測預警、地震監(jiān)測預警、內(nèi)部監(jiān)測預警等方面仍存在短板不足，監(jiān)管存在盲區(qū)，可能導致安全隱患不能及時得到處理解決。萌山水庫管理單位應盡快補齊這些短板，在下一步的信息化系統(tǒng)建設過程中，加快建設完善洪水預報分析、地震監(jiān)測、內(nèi)部監(jiān)測等子系統(tǒng)，并整合至大壩安全自動監(jiān)測信息管理系統(tǒng)中，進一步完善萌山水庫“智慧水庫”綜合平臺的安全監(jiān)測設施及應用功能，提高萌山水庫大壩安全管理水平。

3 結(jié)語

萌山水庫“智慧水庫”綜合平臺信息化系統(tǒng)建設完成后，進一步完善了萌山水庫信息化系統(tǒng)，使萌山水庫的信息化建設實現(xiàn)了質(zhì)的提升。通過部署新一代大壩安全自動監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，建設多項子系統(tǒng)，實現(xiàn)了多系統(tǒng)整合和數(shù)據(jù)資源共享，有效解決了數(shù)據(jù)分析功能不夠深入等問題，更好地實現(xiàn)了對水庫大壩等關鍵部位的實時監(jiān)測和預警，對水庫大壩的安全隱患做到“早發(fā)現(xiàn)、早預警、早處置”，避免發(fā)生重大安全事故。