水壩設計的安全監控和風險分析

鄧安祥

(黔西南州水土保持監測分站，貴州 興義562400)

0 引 言

安全監控指標一個非常重要的部分，在實際操作中安全監控指標是大壩安全監控的重要組成部分，在大壩的安全管理中是非常重要的一環，在大壩安全監控理論中占有相當重要的地位。在水利工程的長期使用過程中，要隨時對大壩進行安全監測，并及對進行除險分析，采取相應措施，做到防患于未然。下面就圍繞著水壩的設計和風險分析展開分析。

1 大壩設計存在的主要問題

在正常運用條件下，庫水位為設計洪水位時的穩定滲流期，大壩下游壩坡的穩定安全系數不滿足規范要求。我國運行年限較長的大壩普遍存在不同程度的滲漏問題。經復核，在各種工況下，出口無保護，大壩浸潤線位置及出逸點偏高就易產生滲透破壞。主要原因有:

1)碾壓式土石壩填筑料不均勻，壓實度或密實度偏低;壩基和壩體防滲設計與處理標準偏低，特別是對谷底老河床位置的沖洪積覆蓋層未作徹底挖除，土石壩和部分重力壩清基不徹底，尚殘存中等透水的粉土及中細砂，壩基未開挖截水槽，因此壩基在老河床位置存在淺層滲漏問題;下游壩坡、壩腳或壩下游一定范圍出現集中滲漏;填筑土質差，滲透系數不能滿足規范要求:

2)壩體裂縫造成壩體形成集中滲漏通道。大壩滲漏主要表現為:管涌、散浸、流土等，導致一定范圍沼澤化。

受技術和經濟條件的影響，我國水壩迎水坡護坡質量差，沖刷、坍塌嚴重。由于地震裂度及參數不斷修改補充以及對地震問題認識不足，抗震標準達不到相應的要求。有的無墊層，混凝土表面骨料裸露。無混凝土護坡的大壩迎水坡疏松脫落［1］。

2 水壩設計的安全監控

大壩的生命周期包括了這么幾個狀態:正常、故障和失效3個狀態。據某水利部門調查的數據顯示，所調查的水壩正常狀態所占比例為40%，故障所占比例為29%，失效所占比例為31%，結果如表1 所示。依據這3個狀態，我們通常把大壩安全監控指標分成兩個級別:第一級為大壩正常和故障狀態之間的界限點即大壩無故障監控指標。第二級是大壩是否安全的界限點即大壩極限監控指標。所以，大壩的安全監控通常有很多的監測項目和測點。

失效狀態和故障狀態有很多的特征和表征，這些特征和表征的界限點為狀態特征值，即監控系統中的監控指標。一般我們通過下列監測項目來建立監控指標。

圖1 水壩的生命周期調查分析

1)壩基揚壓力反映了壩基滲透性態，反映了施加于壩基影響壩的穩定和應力的一種荷載，因此，在大壩安全的監控中，壩基揚壓力也是相當重要監測指標，這個指標通常與帷幕衰減、壩體失穩有相當大的聯系，這對指標監控的意義相當的重要。應力是監控大壩安全的主要監測量，反映壩體和壩基強度、穩定可靠相關的一種物理力學性態指標。

2)變形是相當重要監測指標，反映了壩體壩剛度和整體性的物理力學形態的效應量。大壩的變形和壩體失穩和開裂相當大的聯系，中上、下游方向的水平位移是大壩變形指標中一種常見的方式。設計時，本著相對集中與適當分散布置相結合的原則，按施工總進度及施工強度的需要進行規劃設計。滲流量在大壩安全的監控中是相當重要監測指標，反映壩體和壩基穩定、耐久性的一種物理力學性態指標。

在實踐中如果監測值在安全監控指標的范圍之內，大壩就是安全的。通過建立大壩安全監控指標體系后，并檢測出來的大壩監測值和建立的安全監控指標進行對照和比較，拿出切實有效的方法來預防大的問題的出現，確保大壩的安全。從這個意義上來講，安全監控指標能及時發現大壩的安全問題。

3 水壩設計的風險

縱觀我國的水壩事故發生概率可以清楚的看出來在中小型水壩中其事故的發生概率較高，而事故的發生原因主要是由于這些水壩在建筑設計時并沒有經過嚴格的設計，其并沒有嚴格的進行水壩設計的風險分析，因而在建筑時便存在較多的風險性以及不安定性，再加上施工質量差且管理不善，為事故的發生埋下了安全隱患，因而在進行睡吧的建筑設計前就應當認真的做好水壩的風險要是分析。

在進行風險識別時需要對于水壩的機電設施、廠房、大壩以及輸泄水設施的風險系數分別進行辨識，從而確立出主要的風險因素以及次要的風險要素，以便于對于主要的風險要素著重進行抑制處理。針對不同的風險要進行不同的分析論證，確保風險發生的可能性全部都排除，并且要分析出風險發生的一切后果，做好相應的應對措施。此外，通過對于水壩的風險分析還能夠進一步的發現水壩中可能存在的設計以及建筑上的問題。

1)在進行水壩的風險要素分析時發現該區域的水文較為復雜，洪水發生情況多變，因而將其定為主要的風險要素，這樣一來就應當在設計時注意這一點，采取一些必要的措施來保證工程的施工質量。

2)在進行水壩的風險要素分析時發現該區域的地殼變化較為頻繁，則應當將地震作為風險分析的主要要素，這時就應當對于該區域的地殼變得進行分析預測，并且模擬該區域的地震破壞，通過一些模型試驗以及地震破壞度分析來確定地震可能造成的破壞程度。

3)在進行水壩的風險要素分析時發現地基存在一定的缺陷，則應當將這一風險要素放到首位，在進行設計時將地基的加固加入到設計中，從而通過相應的地基加固措施來確保在建成以后設備能夠正常的運行。

總而言之就是通過對于水壩設計風險要素分析從而得出存在的一些風險，而后從技術上進行處理，通過相應的處理措施來解決或者抑制風險，從而使其對于工程的影響降到最低［2］。

在進行水壩的設計時要深入現場，觀察水庫周邊植被情況，詳細分析病害的原因，應認真分析水庫出現病險的原因。水壩設計的風險主要從以下3個方面分析:

1)大壩修建時的填筑情況，是否存在不利填筑面。

2)查清防滲體是否滿足要求，有無排水棱體及排水棱體是否失效。

3)壩體斷面尺寸是否滿足規范要求，當原資料缺失或無資料時，應補充土工實驗和地質勘探，認真分析導致大壩出現病害的原因，然后才能對大壩進行科學合理的設計。

［1］李碧荷. 上峰水庫大壩施工測量方法初探［J］. 海峽科學，2009(09):30 －31.

［2］梁小勃.GPS 系統在水利工程測量中的應用［J］. 內蒙古水利，2011(03):135 －136.