重大水利水電工程壽命診斷的理論和方法

【摘要】水利水電工程是我國重要的基礎設施建設項目種類之一，對于我國的現代化建設有著十分重要的促進作用，如何提高水利水電工程壽命已經成為相關單位十分重要的研究課題之一。本文對重大水利水電工程壽命診斷的相關理論與方法進行了全面的介紹，希望能夠起到參考作用。

【關鍵詞】理論與方法；壽命診斷；水利水電工程

水利水電工程的主要功能包括發電、灌溉與防洪。是我國維持經濟發展、社會穩定的重要基礎設施保障。而做好重大水利水電工程的設計與維護工作，是提高工程建設質量、工程使用壽命的重要手段，相關單位需要綜合運用各項科學技術，在增強水利水電工程應用性能的基礎上，提高其使用壽命，將水利水電工程的社會效益與經濟效益最大程度上發揮出來。

一、影響水利水電工程壽命的有關因素

（一）設計的科學性

以都江堰為例，都江堰主要由灌溉渠系工程、附屬工程以及渠首工程三個部分組成，以寶瓶口、飛沙堰、魚嘴為渠首，各部分配合巧妙，工程結構合理。在長期投入使用的過程中，其飛沙堰和魚嘴的位置都經歷了多次的調整與變動，但仍然保留了完整的整體功能，不需要投入過多的運維費用，兼具生態價值、社會價值與經濟價值，雖然也存在諸如防洪要求高、泥沙問題嚴重以及地址復雜等方面的問題，但仍然能夠從中看出都江堰在結構設計上的完整性與科學性，這也是都江堰經歷2200年歷史仍具使用價值最主要的原因。

（二）與生態環境的協調發展

當前我國許多水利水電工程過分注重經濟效益，沒有考慮到水利水電工程與生態環境之間的協調發展。以三峽工程為例，雖然該工程為相關區域的發電、灌溉與防洪創造了不可替代的便利條件，但在建造期間一定程度上忽視了泥沙問題，對生態環境造成一定的負擔。而在都江堰2200年長期投入使用的過程中，工程布局巧妙、規模宏大，灌溉效益明顯，一直能夠與周圍生態環境和諧共處。

（三）工程的維修與保護

新中國成立以來，我國一直持續對都江堰樞紐主體進行維護，不斷修繕或更換砌石與竹籠。由此可知，工程的使用壽命一方面取決于建筑材料自身的質量，同時也取決于后期的運行維護工作，通過各種新技術、新材料對工程進行科學有效的修理與維護是提高工程使用壽命的關鍵。

二、確定水電工程壽命的原則

任何水利水電工程都有特定的生命周期，提高工程使用壽命，一方面需要相關單位重點加強技術方面的投入，同時也要全面考慮到關于政治、經濟、社會等方面的問題，只有在確定水電工程壽命的前提下，才能夠在降低工程隊生態環境負面影響的同時，最大程度上發揮水利水電工程的經濟效益。

（一）安全性層面

診斷水利水電工程壽命，需要綜合考慮工程耐久性、穩定性以及結構強度等方面的因素，根據現行的相關規范要求，對大壩進行定期的分析與檢查，全面了解病變、老化機理，深入分析各種病害對大壩安全所產生的影響。

（1）強度分析理論與方法

相關設計規范規定，水利水電工程的結構強度判斷需要具體考慮控制部位壓應力與拉應力兩方面的因素，既保證所需要用的拉壓應力大于最大壓力與最大拉力。在宏觀的角度方面，通過彈性力學與固體力學深入分析結構出現塑性大變形的可能性，通過有限元軟件對水利水電工程結構進行優化。在微觀結構方面，通過分子動力學理論與原子鑲嵌模型，模擬裂紋尖端附近區域行為。

（2）穩定分析方法與理論

相關設計規范要求水利水電工程在規定荷載作用力條件下，在安全系數超過規范值時，既達到合格的穩定性，未達到以上要求即可判定水利水電工程結構處于失穩狀態。隨著我國工程設計領域的不斷發展，有限元法成為處理工程力學問題最為常用的方法之一，為了彌補該處理方法的不足之處，也衍生出了NMM、DDA等新的方法與理論。

（3）耐久性分析方法與理論

水利水電工程結構耐久性可以通過抗滲、抗沖擊以及抗凍等指標進行反映，同時也需要深入檢測工程結構裂縫、滲漏量以及應力應變等方面的缺陷隱患，以定量分析的方式通過時變模型來模擬結構耐久性水平的變化過程。

（4）安全監測技術

水利水電工程普遍坐落于比較偏遠的城郊地區，存在許多不可控因素，需要通過4S監測技術和納米監測技術持續進行安全檢測，建立工程結構安全分析評價體系，通過納米傳感器監測大壩的形變與滲流數據，全面進行對比分析并采集相關數據，為工程壽命診斷奠定堅實的數據基礎。

（二）工程效益層面

從工程功能特性的角度出發，可以將工程壽命劃分為存在壽命和使用壽命兩種概念，其中使用壽命指的是水利水電工程能夠真正發揮應用價值的時間段，水利水電工程投入使用的根本目的就在于能夠發揮灌溉、發電以及防洪等方面的作用，在工程無法正常運轉的情況下，若工程效益下降或無法投入使用，尤其是在修繕費用超出工程效益時，可以判斷該工程失去使用價值，應立即停止使用。

（三）生態影響層面

以當前我國的工業發展水平來看，許多行業的發展都或多或少的要以犧牲生態環境為代價，尤其是水利水電工程，更加需要通過各種新型技術嚴格控制工程運行過程中對生態效益所造成的負面影響。相關部門需要準確評估、診斷水利水電工程壽命，實現經濟發展與生態環境之間的和諧統一。

結束語：

當前我國已經進入到現代化建設的關鍵階段。因此，在水利水電工程設計細節上要滿足安全性、耐久性以及結構強度等方面的要求，充分發揮水利水電工程在發電、灌溉以及防洪等方面的作用，從“以人為本”的角度出發，實現人與自然的和諧共處，為我國的現代化建設貢獻力量。

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