运行期大坝安全监测系统评价

赵花城：运行期大坝安全监测系统评价　运行期大坝安全监测系统评价　赵花城　（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，３１００１４）　摘　要：从运行期大坝现有监测设施可靠性和监测系统完备性两个方面介绍了监测系统评价的内容。从影响可　靠性的因素出发，阐述监测设施可靠性评价的要点，以满足评价大坝安全性为标准，阐述运行期大坝安全监测系　统完备宜具备的条件。　关键词：监测系统；评价；运行期；大坝　Ｔｉｔｌｅ：Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｄａｍ／／ｂｙ　ＺＨＡＯ　Ｈｕａ—’ｃｈｅｎｇ／／Ｌａｒｇｅ　Ｄａｍ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｕ——　ｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｄａｍ　ｉｎ　ｔｗｏ　ａｓｐｅｃｔｓ，　ｎａｍｅｌｙ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｎｅｓｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｏｉｎｔｓ　ｉｎ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．Ａｓ　ｗｅｌｌ，ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｔｈｅ　ｔｅｒｍｓ　ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｄａｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ；ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｄａｍ　中图分类号：ＴＶ６９８．１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１—１０９２（２０１５）叭～００７３—０４　０引言　众所周知，安全监测系统是监控大坝运行性　这里第一强调的是现有监测设施的可靠性评　价，对象是各监测设施的“单体”，主要是指其监测　成果能否反映大坝运行的实际变化情况。影响监　态、及时发现安全隐患的重要设施，是大坝安全管　理的耳目，其获取的有关信息数据是评价大坝运行　测成果可靠性的主要因素包括监测设施（包括部分　监测项目工作基点的校测设施）的工作状态及其监　性态的重要依据之一。顾名思义，作为耳目的安全　监测系统在大坝安全管理中有着极其重要的地位，　为保证其“耳听八方”、“明察秋毫”，获取全面、准　确、可靠的监测信息数据，宜在大坝安全等级评价　前对监测系统的可靠性、完备性进行综合评价。　测方法、监测过程的精度控制和由原始监测数据　（或读数）换算成监测物理量的计算公式、计算参数　选择等。另外，监测频次也会影响监测成果的可靠　性，监测频次过少将导致大坝的一些变化数据未能　获取，不能反映大坝的实际变化情况。监测频次虽　属管理问题，而非监测设施的硬件问题，但在监测　监测系统评价内容　监测系统评价包括现有监测设施可靠性和监　测系统完备性两部分内容。监测设施是指监测仪　数据的可靠性评价时还是应一并考虑。因此，监测　设施可靠性评价主要是针对现有的各类监测项目，　应通过监测方法、监测精度、监测频次及其相应的　监测物理量计算公式、历史数据和现场检查等方法　对各监测设施工作状态进行评价，对现有监测设施　报废、停测封存、继续监测等提出意见和建议。　另外一个强调的是监测系统完备性评价，对象　是监测系统的“整体”，主要是指现有整个监测系统　的设置能否满足工程安全监控的要求。监测系统　器（如埋设在大坝内或表面的传感器及其数据传输　电缆）以及有关配套装置（如正垂装置、倒垂装置、引　张线装置、真空激光准直装置、静力水准装置、测压　管、量水堰、测斜孔、观测墩、人工测量仪表等）、监测　数据自动采集系统（如分布式网络、现场测控单元及　中央控制设备等）、数据处理分析公式和工具（如监　测物理量计算公式、数据处理分析计算软件、管理软　件等）。监测系统是上述各类监测设施的总称。　完备需具备两个条件，既要具备能获取满足大坝运　行性态评价相关信息的监测设施，又要这些监测设　施能获得有效的监测数据，“有耳朵的聋子或有眼　ｈｔｔｐ：／／ｍａｇｔｅｃｈ．ｄａｍ．ｃｏｍ．ｃｎ　Ｂｙ　ＺＨＡＯ　Ｈｕａ——ｃｈｅｎｇ：Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｄａｍ　睛的瞎子”不能算有完备设施。因此，监测系统完　备性评价应在确认监测项目可靠的基础上，结合大　坝的结构特点和实际运行工作性态，对现有监测系　统中可靠的监测项目是否齐全、监测设施布置能否　满足大坝安全监控的要求进行评价，对现有监测系　统更新改造或增设监测项目等提出意见和建议。　监测系统评价依据　监测系统评价应在收集、查阅设计、施工、运行　资料，对大坝及其监测设施进行现场检查，对监测　设施进行现场测试，对历年监测资料进行对比分析　等工作的基础上进行。　重力坝和拱坝监测系统评价的依据为ＤＵＴ　５１７８—２００３（￣Ｅ凝土坝安全监测技术规范》，碾压式　土石坝（含面板堆石坝）监测系统评价的依据为ＤＬ／　Ｔ　５２５９—２０１０《土石坝安全监测技术规范》，以及相　应大坝的具体结构状态和运行性态。　监测自动化系统评价的依据为ＤＩＪＴ　５２１１—　２００５《大坝安全监测自动化技术规范》及ＤＬ／Ｔ　５２７２—２０１２￣大坝安全监测自动化系统实用化要求　及验收规程》的要求。　３监测设施可靠性评价　３．１准备工作　３．１．１收集、查阅资料　收集、查阅的资料包括监测设计图纸、各监测　设施安装埋设基本资料、历年监测资料、历次监测　资料分析报告，了解原监测设计对各监测项目设置　的目的、技术要求以及监测设施安装埋设睛况。　３．１．２绘制过程线　绘制各测点历年监测物理量变化过程线，对各　测点历年监测数据进行对比分析，了解各测点监测　物理量变化情况，初步判断异常情况是监测设施还　是大坝或环境量引起，为现场测试时有针对性开展　相关工作做准备；另外，还可以对位移、渗流等项目　进行回归分析，计算成果中的标准偏差，作为评价　监测精度的依据之一。　３．１．３现场检查和测试　检查各监测设施的工作环境、监测方法，查阅、　复核监测物理量计算公式。针对不同的监测设施，　现场检查、测试方法有所不同，重点是要识别、掌握被　评价或测试的监测设施的工作原理、结构特点和组成，　以及评价其工作状态正常与否的有关支撑数据等，监　测设施可靠陛洋价的精华、难点、重点就在于此。　３．１．４常用监测设施现场检查和测试内容　（１）对差动电阻式监测仪器的现场检查、测试　内容按电力行业标准《差动电阻式监测仪器鉴定技　术规程》的要求进行。　（２）对钢弦式监测仪器的现场检查、测试内容　按电力行业标准《钢弦式监测仪器鉴定技术规程》　的要求进行。　’（３）对正垂装置，现场检查、测试内容主要包　括：护管及有效孔径（该项也可查阅施工资料代　替）、重锤、阻尼油桶、线体、测点工况的检查，以及　为检验垂线的安装质量和抗干扰性能的线体复位　差及稳定性测试等。复核位移计算公式，关注与倒　垂线以及不同高程测点位移的叠加。对拱坝还应　关注所测的两个位移方向是否代表径向和切向。　（４）对倒垂装置，现场检查、测试内容主要包　括：护管及有效孔径（该项也可查阅施工资料代　替）、浮桶内浮体组安装情况（浮子是否水平、连接　杆是否垂直、浮子是否位于浮桶中心及是否处于自　由状态、浮子没人情况）、浮桶用油及油位、线体、测　点工况的检查以及为检验垂线的安装质量和抗干　扰性能的线体复位差及稳定性测试等。复核位移　计算公式。对拱坝还应关注所测的两个位移方向　是否代表径向和切向。　（５）对引张线装置，现场检查、测试内容主要包　括：固定端装置、测线、测点装置、测读仪器、浮托装　置、保护管及支架、加力端装置等工况的检查，以及　线体试验（也称“三角形试验”）和为检验引张线的　安装质量及抗干扰性能的复位差测试等。复核位　移计算公式，关注与校核基点（如倒垂线或垂线组　或平面监测控制网点）位移的叠加。　（６）对静力水准装置，现场检查、测试内容主要　包括：钵体、连通管的检查，以及为检验连通管的连　通性测试等。采用双金属标作为校核基点的，还应　对其进行测试。复核位移计算公式，关注与校核基　点（如水准基准点或双金属标）位移的叠加。　（７）对测压管（包括地下水位监测孔）装置，现　场检查、测试内容主要包括：孔口装置（含压力表）　ｈｔｔｐ：／／ｍａｇｔｅｃｈ．ｄａｍ．ＣＯｒｎ．ｃａ　的检查以及测压管灵敏度测试。当采用渗压计监　测管内水位时，还应采用电测水位计或压力表进行　比测，必要时测定渗压计的安装高程等。复核管内　水位计算公式，关注计算公式中管口高程、压力表　安装高程、渗压计安装高程的准确性。　（８）对量水堰装置，现场检查、测试内容主要包　括：堰型、堰板、堰槽及测针检查，以及必要时采用　容积法的对比测试等。复核流量计算公式，关注量　水堰的型式（常用的有三角形量水堰、梯形量水堰、　矩形量水堰）及其计算公式变化，有的大坝采用底　角为９Ｏ。或６Ｏ。或３０。，其流量计算公式是不同的。　（９）对测斜孑Ｌ装置，现场检查、测试内容主要包　括：孑Ｌ口装置的检查以及必要时对测斜管的扭转程　度进行测试等。　（１０）对监测数据自动采集系统应按ＤＬ／Ｔ　５２１　１—２００５￣大坝安全监测自动化技术规范》及ＤＬ／　Ｔ　５２７２—２０１２￣大坝安全监测自动化系统实用化要　求及验收规程》的要求，可选取一定比例的现场测　控单元和模块进行读数稳定性、准确性的现场测　试；另外，还应对监测自动化系统的数据处理分析　计算、管理软件等的功能、准确性进行测试。　３．２可靠性评价根据现场检查和测试成果，综合考虑影响监测　物理量可靠性的因素，满足下列条件的监测设施可　评价为可靠，所获取的监测物理量可信，可作为评　价大坝安全的依据。当不完全满足下列条件时，则　根据不满足项的具体情况，评价该监测设施基本可　靠或不可靠。　（１）监测设施的布置位置、结构形式、安装方向　和质量、工作状态具备反映大坝工作性态的能力；　（２）监测物理量计算公式正确，相关计算参数的　选择准确或合理，正、负号规定与规范的规定一致；　（３）监测方法、精度满足规范的要求；由于监测　物理量变化量较大或特殊情况下监测精度虽无法　满足规范要求，但现有的监测精度能满足评判建筑　物运行性态的要求；　（４）在排除因大坝结构或环境量异常变化引起　监测物理量变化的前提下，历年监测物理量变化过　程线平顺、变化合理；　（５）相同部位同一监测物理量同时采用不同监　测方法获取时，其变化规律一致或基本一致，变幅　相近，两者测值差在允许范围内；　（６）监测设施现场测试成果表明，工作状态正常；　ｈｔｔｐ：／／ｍａｇｔｅｃｈ．ｄａｍ．ｃｏｍ．ｃｎ　赵花城：运行期大坝安全监测系统评价　（７）监测自动化系统的数据处理分析计算、管　理软件准确，数据缺失率、平均无故障工作时间、准　确性、短期稳定性满足规范要求。　４监测系统完备性评价　４．１准备工作　（１）收集、查阅资料：包括工程设计、安全鉴定　以及大坝安全历次定期检查、历次改造或补强加固　等相关资料，了解大坝的结构特点，设计计算相关　参数的选择和成果；监测设计、施工报告和竣工图　纸，了解各监测项目测点布置情况，以及各监测设　施安装埋设基本资料中的信息与设计图纸或更新　改造资料的一致性。　（２）现场检查：对大坝进行现场检查，掌握大坝　的运行性态、重点部位或薄弱环节，以及运行中出　现的异常情况及其应关注的重点问题；检查各监测　设施与监测设计竣工图纸的一致性。　（３）了解掌握现有各监测设施可靠性评价结论。　４．２完备性评价　４．２．１安全监测系统完备性评价的总原则　现行的Ｄｇｆｒ　５１７８—２００３￣￣凝土坝安全监测技　术规范》和ＤＬ／Ｔ　５２５９—２ＯＬＯ￣土石坝安全监测技术　规范》对不同坝型的监测类别、监测项目都有明确　规定，这主要是针对建设期、运行期不同坝型共性　的要求。对运行期的大坝应以“安全监测”为主，重　点把握现有监测设施能否满足目前大坝安全监控　的要求，为评价大坝安全提供的监测信息数据的类　型是否“够用”。　由于不同的大坝其地质条件、结构特点、实际　运行性态及其重点部位、薄弱环节等都会有差别，　监测项目的选择及监测设施的布置也不相同，应区　别对待，重点是要掌握、知晓被评价大坝的地质条　件、结构特点和实际运行工作性态，以及评价其安　全性所需的有关支撑资料等，即各类坝型的大坝监　测系统是否完备没有唯一的标准，同时还会因不同　评价专家考虑问题的侧重面不同而异，监测系统完　备性评价的精华、难点、重点就在于此。　因此，监测系统完备性评价的总原则是：以现　有监测设施所获取的有效监测数据能否满足大坝　安全性评价为标准。当判定大坝安全性缺少必要　的监测数据时，则应提出增补监测设施或替代方　Ｂｙ　ＺＨＡＯ　Ｈｕａ——ｃｈｅｎｇ：Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｄａｍ　案。如有的大坝先天无法设置监测设施，或监测设　施失效后经论证确定无条件补设，评价时则应考虑　（１）监测项目包括坝体垂直和水平位移、渗流　量以及库水位、下游水位、气温、降水量监测；面板　堆石坝除上述外，还包括面板压应变、周边缝和垂　采用加强巡视检查、检测等方式来弥补。　４．２．２重力坝监测系统完备性评价标准　直缝变形、坝基渗透压力监测；均质土坝和心墙土　石坝除上述外，还包括坝体浸润线监测。　（２）根据实际情况，在最大坝高处、地形突变处、　地质条件复杂处、坝内埋管处、不同结构特ｌ生连接处、　运行中需重点关注的部位设置相应的监测设施。　（３）坝脚原则上应布置渗流量监测设施。当坝　体及坝基渗流水低于地面或透水层深厚或深厚覆　当重力坝设置了下列监测项目及监测设施，且　监测设施可靠，则可评价监测系统完备：　（１）监测项目包括坝体位移、坝基扬压力、渗流量　以及库水位、下游水位、气温、降水量监测。对于典型　坝段、结构或坝基地质条件复杂坝段以及运行中需重　点关注的坝段，根据实际情况设置相应的监测项目。　（２）每个坝段宜在坝顶布置位移测点；对于坝高　１００　ｍ以上的大坝，同时考虑坝身、坝基的位移监测。　（３）每个坝段宜布置扬压力监测点；当有坝体、　坝基廊道时，应设置渗流量监测设施，且坝体和坝　基渗流量分区量测。对于渗流量较大的排水孔，应　进行单孔量测。　（４）高坝或两岸地质条件复杂的大坝，两岸帷　幕后沿流线方向应布置绕坝渗流监测孔，孔深深入　建坝前的原地下水位线以下。　（５）根据实际情况、结构特点，在坝体及结构孔　洞等部位布置相应的应力、应变等监测设施。　４．２．３拱坝设监测系统完备性评价标准　当拱坝设置了下列监测项目及监测设施，且监　测设施可靠，则可评价监测系统完备：　（１）监测项目包括坝体和拱座位移、坝基和拱　座扬压力（渗透压力）和渗流量、坝体温度、以及库　水位、下游水位、水温、气温、降水量监测。　（２）拱坝的拱冠、左１／４拱、右１／４拱、拱座、以及　坝体结构或坝基地质条件复杂或运行中需重点关　注的部位，根据实际情况设置相应的监测项目。　（３）当有坝体、坝基廊道时，应设置渗流量监测　设施，且坝体和坝基渗流量分区量测。对于渗流量　较大的排水孑Ｌ，应进行单孔量测。中厚和厚拱坝应　设置坝基扬压力或拱座渗透压力监测设施。　（４）根据地质条件及存在的主要地质缺陷，两　岸及拱座部位应有针对性地布置地下水位监测孑Ｌ，　且孔深深入建坝前的原地下水位线以下。　（５）根据实际情况和结构特点，坝体及结构孑Ｌ　洞等部位布置相应的应力、应变等监测设施。　４．２．４碾压式土石坝监测系统完备性评价标准　当碾压式土石坝设置了下列监测项目及监测　设施，且监测设施可靠，则可评价监测系统完备：　盖层地基时，在坝下游河床中设测压管，通过监测　地下水变化情况间接判断渗流情况或计算渗流量。　（４）高坝或两岸工程地质条件复杂的土石坝，　在两岸帷幕后沿流线方向应布置绕坝渗流监测孔，　孑Ｌ深深入建坝前的原地下水位线以下。　（５）对２００　ｍ级的高面板堆石坝，除在周边缝、　垂直拉性缝布置测缝计外，还应在河床中部垂直压　性缝的中上部布置单向测缝计，并在缝面布置压应　力监测仪器。　４．２．５工程边坡监测系统完备性评价标准　当工程边坡设置了下列监测项目及监测设施，　且监测设施可靠，则可评价监测系统完备：　（１）工程边坡设置以变形监测为主的整体稳定　性监测项目，并同时考虑边坡深部变形、地下水位　和降水量监测。　（２）采用预应力锚索（杆）等加固措施的边坡，　设置预应力锚索（杆）应力监测项目。　５结语　安全监测系统是评价大坝运行性态的重要依　据之一。为了获取全面、准确、可靠的监测信息数　据，必须保证监测设施的“单体”监测成果可靠，监　测系统能针对不同大坝的地质条件、结构特点、实　际运行性态及其重点部位、薄弱环节进行布设，因　此对监测系统应从可靠性和完备性两个方面进行　评价，使运行可靠的监测系统能够全面反映大坝的　工作性态。　●　收稿日期：２０１５一Ｏ１—２０　作者简介：赵花城（１９６４一），男，浙江金华人，教授级高级Ｔ　程师，长期从事大坝安全监测工作。　作者邮箱：ｚｈａｏ＿ｈｃ＠ｅｃｉｄｉ．ｃｏｒｎ　ｈｔｔｐ：／／ｍａｇｔｅｃｈ．ｄａｍ．ｃｏｍ．Ｃｒｌ