緊水灘大壩徑向位移安全監控指標擬定

邵廣俊，陳 俊，魏景新

（國網浙江省電力公司緊水灘水力發電廠，浙江 麗水 323000）

緊水灘大壩徑向位移安全監控指標擬定

邵廣俊，陳 俊，魏景新

（國網浙江省電力公司緊水灘水力發電廠，浙江 麗水 323000）

根據緊水灘大壩原型監測資料，以拱冠11壩段為典型壩頂，選取每年上下游方向徑向位移極值作為樣本空間，采用典型小概率法擬定11號壩段壩頂徑位移安全監控指標。并結合2016年的大壩實測值，分析大壩運行狀態。結果表明，監控指標符合實際，可以為分析判斷大壩運行狀態提供決策依據。

小概率法；安全監控指標；徑向位移；緊水灘大壩

1 引言

緊水灘大壩在浙江省云和縣境內，位于甌江上游大溪支流龍泉溪上。控制流域面積2 761 km2，總庫容13.93億m3。大壩為三心雙曲混凝土拱壩，最大壩高102 m，壩頂高程194 m，壩頂弧長350.6 m，壩頂厚5 m，共分20個壩段。拱壩壩體中布置了5組正、倒垂線監測壩體撓度，分別設置在接近左壩肩的4號壩段、左1/4拱處的7號壩段、拱冠11號壩段、右1/4拱處的13號壩段和接近右壩肩的17號壩段。

目前，大壩運行單位評判大壩的運行性態，主要是通過分析監測數據的變化規律，并結合日常巡視檢查情況，綜合判斷大壩變形是否符合混凝土壩一般變形規律。但未設有大壩安全監控指標值，缺少大壩安全監控運行警戒值，不便對大壩的安全性進行定期評估。

典型小概率法主要適用于有較長時間序列的大壩原型監測安全監控指標擬定，在實際中也有較多應用。緊水灘大壩運行時間較長，大壩原型監測資料保存完好，適用典型小概率法。

2 典型小概率法

在已有的大壩原型監測資料里，選取不利荷載組合時的監測效應量Xmi（如大壩的徑向位移），顯然Xmi為隨機變量，每年有一個極值，即一個子樣，由此可得一個樣本空間：

因為樣本數量有限，通常X為小子樣樣本空間，用下式估計其統計特征值：

圖1樣本空間X正態分布概率密度圖

令Xm為監測效應量的安全監控指標，大壩將要發生險情或出現異常時，即可表示為X＞Xm，其概率為

3 緊水灘大壩徑向位移安全監控指標擬定

3.1 子樣的選取

影響混凝土拱壩徑向位移的荷載主要為溫度荷載和水壓荷載，溫度升高、水位下降壩體向上游位移，反之壩體向下游位移。緊水灘大壩垂線實測資料顯示，一般在每年的2～3月向下游位移至最大，每年8～9月向上游位移至最大。本次選定拱冠11號壩段為典型壩段進行計算，實測資料選取1992年1月1日～2015年12月31日的壩頂徑向位移數據，統計其年內極值（見表1）。

表1 11號壩段壩頂徑向位移極值統計表（mm）

3.2 分布檢驗

使用K-S法，對11號壩段壩頂徑向位移上游及下游兩個方向極值分布進行檢驗，可知其位移上游方向每年極值δ1、下游方向每年極值δ2服從正態分布，即δ～N（）。因此當位移δ大于其極值δm時，其概率為：

3.3 擬定安全監控指標

由統計理論知，當α足夠小時，可認定其為小概率事件，此事件如發生則屬于異常。根據大壩的重要性確定失事概率α，緊水灘大壩取α=1%進行計算δm。緊水灘大壩建成運行已逾30年，運行期間未出現危及大壩安全的異常情況，原型觀測數據均為大壩運行的正常數據。從表1中可知，大壩所受荷載不同，年度極值差值較大。從大壩運行實際情況來看，緊水灘大壩在1995年、2010年、2012年遭遇了低溫高水位的典型工況，壩體也相應出現較明顯的變形，年度極值有參考價值。為使擬定的安全監控指標具有代表性，在表1中按數值從大到小選取12個數應用小概率法進行計算（見表2）。

表2 11號壩段壩頂徑向位移極值篩選統計表（mm）

經K-S法檢驗，上表中數據分布為正態分布。

確定δm值時，可轉化為下式計算：

可知，t分布為標準正態分布，即 t～N（0，1）。當α=1%，1-α=0.99。查標準正態分布表，知：

f（2.32）=0.9898 f（2.33）=0.9901

經插值計算，可得tm=2.3267。將tm代入計算，求得δm。可得11號壩段壩頂徑向位移監控指標（α=1%），上游方向為 21.369 mm，下游方向為27.195 mm。計算結果見表3。

表3 11號壩段壩頂徑向位移監控指標（mm）

4 確定大壩運行狀態

對照擬定的安全監控指標，分析2016年大壩安全監測資料情況。11壩段壩頂徑向位移過程線見圖2。（注：緊水灘大壩以上游方向為正，由于設計原因，方向符號與規范符號相反）

圖2 2016年11號壩段壩頂徑向位移過程線

2016年緊水灘大壩所遭受的水位、溫度等荷載未超歷史最不利情況時的荷載。從圖中可知，2016年11號壩段壩頂徑向位移實測值向上游位移極值為14.329 mm，向下游位移極值為16.146 mm，均小于安全監控指標，大壩性態正常。工程實際運行中日常巡查及年度詳查也未見異常情況。

5 結語

緊水灘大壩有較長系列的大壩原型監測數據，大壩安全監控指標采用典型小概率法確定是可行的。但在實際應用時，因年際大壩所受荷載相差較大，年度極值相應差值較大，長系列數據選用時，要優先選用那些發生典型荷載年份的數據，以免在擬定安全監控指標時出現指標值偏小或失真的情況。1992年～2015年間，緊水灘大壩運行時雖未經受設計水位工況的檢驗，但大壩也經受了建庫以來最大入庫流量、最高庫水位、低溫高水位等典型工況的考驗，大壩運行性態正常，擬定的監控指標能夠符合實際，可以滿足實際使用需求。

下一步，典型小概率法還可逐步應用到地下水、垂直位移等其他監測項目的安全監控指標擬定中，可以為大壩安全分析提供更加量化的決策依據。同時，隨著資料系列的延續，還需根據大壩的實際運行情況，動態修訂原有擬定的大壩安全監控指標，并定期評價大壩安全狀態，確保大壩運行正常。

[1]吳中如.水工建筑物安全監控理論及其應用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]李曉晨，張毅，董龍根，等.典型小概率法在大壩徑向位移安全監控指標擬定中的應用[J].三峽大學學報（自然科學版），2014，36（3）：43-45.

[3]馮甲林，方朝陽.飛來峽大壩壩頂水平位移安全監控指標擬定[J].人民黃河，2012，34（7）：130-131.

TV642

A

1672-5387（2017）11-0053-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.020

2017-08-30

邵廣俊（1979-），男，高級工程師，從事水電廠水工技術監督管理工作。