大壩安全遠程監控系統應用初探

王玉潔，林 芝

（國家電力監管委員會大壩安全監察中心，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。為了實現大壩安全的全過程現代化管理，形成大壩安全遠程管理與現場檢查相結合、及時發現和消除安全隱患的大壩運行安全監督和管理新格局，做好大壩險情預測與應急管理，電監會大壩中心已建立了全國電力系統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，為遠程管理與現場檢查相結合的大壩安全管理模式創新提供了技術保障。

大壩安全信息化平臺主要包含大壩安全信息管理主系統、分系統和子系統三個層面，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設在大壩中心，主要包括大壩安全網站和信息處理子系統兩部分。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會系統大壩安全監管日常工作需要。

大壩安全信息管理分系統設在大壩主管單位或者電力監管機構，如流域開發公司、各大發電公司等，用于管理公司所屬或監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。主系統和部分子系統建設已基本完成。截至2010年12月，總共有188座水電站報送了大壩安全監測信息，其中，網絡報送134座，郵件報送54座。

2 大壩預警系統的建立

由于主系統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。

大壩中心陸續對接入遠程信息管理平臺的大壩監測數據開展系統梳理和監控預警指標設定工作，選擇對建筑物及其基礎安全狀態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中的監控指標，做到既突出重點又能控制整個大壩。這里的監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大壩安全遠程監控管理的重要環節，建立在深入分析監測數據、掌握建筑物運行性態的基礎之上，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。截至2010年底，共監控到異常報警信息78 922條。當大壩預警系統監控到超限測值而報警時，并不能就此認定大壩是“不安全”的，需借助大壩安全監測技術專業知識和工程地質資料、設計資料、監測資料、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，測值出現規律性的跳躍，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。在日常監控中，發現多數超限報警是由這種原因引起的，目前已監測到該類報警數據54 712條，約占總報警信息的69.3%。

（2）系統故障

由于監測系統不穩定或監測儀器故障，出現超限測值。如某電站壩頂水平位移測點監測數據出現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此種現象，且測值超出結構變化范圍，因此可確認為系統故障引起，后詢問電廠得到證實。在日常監控中，已監測到該類報警數據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的改變使得測值超出預警指標。目前已監測到此類報警信息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進行跟蹤分析，并及時將監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日測值超出監控上限而報警（見圖1），且該天以后，地下水位測值持續上升，為此對該儀器的工作狀態進行鑒定，并綜合分析該時段上游水位和降雨量等環境因素，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

大壩安全遠程監控平臺作為大壩安全監督管理的有力補充，其目的是借助網絡管理模式，及時發現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，實現大壩安全的全過程現代化管理。

4.1 監測管理

監測系統的故障率不但反映了所采用的監測系統的可靠性、穩定性，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，監控到的78 922條異常報警信息中，由監測系統故障引起的占24.6%，人為干擾引起的占69.3%，兩者合計占93.9%，可見監測系統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測系統不穩定、監測儀器故障、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，監督其完善監測系統，提高系統的可靠性，以保證監測數據的真實性。

4.2 大壩安全

大壩安全遠程管理平臺的預警系統為評判大壩安全狀態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測數據，確認建筑物出現異常后，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出的異常現象進行合理分析和解釋，必要時還要委托專業單位進行專題研究，并組織專家對大壩的安全狀態做出客觀評價。

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、右壩肩邊坡監測、壩區氣溫、庫水位等觀測設施。其中壩基揚壓力采用測壓管監測，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為低溫季節隨著庫水位的突然抬高而呈臺階狀增加。經分析甄別，認為監測數據真實反映了壩基的工作狀態，并將該異常現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，該現象引起了大壩運行單位的重視，委托相關專業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，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通過對歷史監測資料的分析，查清揚壓力的變化規律、實測封拱溫度場和穩定溫度場的分布，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

在大壩安全遠程監控平臺上采取建立預警系統、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的被動性弊病，轉為及時發現問題，及時進行系統分析，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，為創新大壩安全監督管理模式和大壩定期檢查工作模式進行了有益的嘗試。

從目前大壩安全監控中可見，大多數超限預警是由系統（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維護，及時分析監測數據、排除系統（或儀器）故障，建立監測系統運行維護檔案，加強運行管理人員的專業培訓，保證子系統上報數據及時、準確。

今后還會進一步將大壩安全遠程監控工作應用于大壩定檢、水工技術監督、注冊檢查、監測管理等工作中，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控工作更好地為大壩安全管理服務。