大坝安全与监测
大坝安全与监测
王德厚
（长江科学院）
[文摘] 本文对大坝安全，大坝安全管理，大坝安全监控及关键技术问题做了简要论述，最
后介绍了中国长江三峡水利枢纽的安全监测系统。
[关键词] 大坝安全大坝监测三峡水利枢纽
1 关于大坝安全
修建水坝是综合利用水资源的重要工程设施之一，世界各国都很重视。据国际大坝委员会1997年底对44个国家的统计，已建高于15m的大坝总数为41 413座，其中中国有24 119座（含库容超过100万m3的坝）。从坝型上看，土坝占78%，堆石坝占5%，混凝土坝重力坝占12%，拱坝占4%。在高于100m的大坝中，混凝土坝230座，土石坝180座。同期在中国建设的土石坝约占90%，混凝土坝占6.8%，堆石坝占3%。
拦河筑坝，兴修水库给人类带来了巨大的综合经济效益，包括防洪、发电、供水、航运、灌溉、旅游、养殖等；同时在提高城市化水平、促进区域社会经济发展和生态环境建设方面也发挥了重要作用。但是也应看到修建大坝包含着一定的风险。修建大坝可能会打破江河流域原来的生态平衡，可能对水环境造成不良的影响，如果水坝失事或溃决会给人类生命财产带来严重的损害。据国际大坝委员会的调研和大坝注册簿的统计（见ICOLD Bulletin 99），1900～1951年共建各种大坝5 286座（不包括中国），其中溃坝117座，溃坝率为2.2%。1951年～1986年共建大坝12 138座，溃坝59座，占0.49%。在中国，截止1990年底的统计，全国已建各类大、中、小型水库大坝82 848座，总库容4 617.13亿m3，发生溃坝的有3 242座，溃坝率为3.9%，溃坝库容为64.17亿m3，所造成的损失十分巨大，不仅使工程本身遭受损失，更严重的是给水库下游人民生命财产和经济建设造成了灾害，有的甚至是毁灭性的灾害。如：1975年8月中国河南板桥、石漫滩两座大型水库发生溃坝，溃坝流量分别达80 000m2/s和20 000m2/s以上，下游数十个县顿成泽国，人员伤亡数以万计，经济损失十分严重。
多起水坝失事的教训引起社会广大公众的严重关切，也促使水利工程主管部门对所有水库大坝的安全状况进行全面检讨。通过大量调查研究，使大家清楚的认识到：为了综合开发利用水资源，修建水库大坝是需要的，但要修建安全性能好的水库大坝，为此必须保证良好的工程质量并有足够的抗洪能力。同时也认识到即使是建成了性能好的水库水坝，也必须加强大坝的安全管理，包括日常的安全监测、安全检查、维修养护、合理调度；还应有一个强有力的防汛抢险组织机构，一旦大坝失事即有切实可行的应急方案和充足的抢险物质和设备。
作者简介：王德厚，男，教授级高级工程师
1
2 大坝安全与安全管理
从分析水坝失事实例可以看出，造成水工建筑物破坏的原因主要有五个方面：
（1）自然因素：指建筑物受到自然界难以预测或难以抗拒的灾害的作用。例如遭遇非常洪水、特大水流、风暴、地震、山崩、滑坡和某些潜在的地质作用等。
（2）勘测和设计因素：指对建筑物所处的自然条件调查不全面或处理不正确，对建筑物运行工作条件估计错误，以及指导思想的片面性等。例如缺乏勘测资料就盲目设计，或因勘测的精度、范围和方法不当，提供了不正确的勘测资料，以及勘测和设计人员工作脱节等。
（3）施工因素：指违反设计要求，采用的建筑材料和施工方法不当，或缺乏有效的检查监督，导致工程质量低劣或不合乎要求等。
（4）运行和管理因素：指对建成的工程没有正规的安全管理部门或未开展有效的安全管理工作，包括安全监测、定期安全检查、日常维修和养护、合理的调度使用等。另外应对紧急险情的组织机构不落实，没有或缺乏应急对策、处理方案、物资保障和有效措施等。
（5）战争因素：由于军事行动、轰炸、爆破对水工建筑物造成的损害。
从以上简要分析可以看出大坝安全事故是由方方面面的因素造成的，除了自然因素和战争因素之外，人为因素占有重要成分。因此，应该对工程的勘测设计，直到工程施工的每一个环节加以控制，充分保证水库水坝的工程质量，这是实现工程安全的主要保证。然而由于人类对客观规律的认识有局限性，水工建设中的地质勘探，设计施工难免万无一失，况且近年来在地质条件不利的条件下兴建的大库高坝也越来越多，设计施工中有许多创新和探索，都使水工建设中的各个环节包含着风险因素。人们可以精心设计、精心施工，提高大坝的安全度，把失事的概率减低到最小程度，但仍然要说任何建成的水坝都包含着一定的风险。因此对已建成的大坝应该以工程风险分析为基础，引入风险管理的理念和方法，加强大坝安全管理。
事实上世界各国对大坝安全管理已越来越重视，有关大坝安全的管理机构及安全立法不断完善，制定大坝事故的各种紧急处理方案和应急措施也已由专门机构负责，大坝安全管理工作得到了全面加强。例如：美国水坝的安全管理分别由各主管机构负责。联邦内务部垦务局（USBR）设有坝及结构安全局，对其所建的275座大坝进行安全管理；田纳西流域管理局（TV A）负责该流域的53座大坝；美国联邦能源立法委员会（FERC）负责管理该系统的1 500多座水力发电站及大坝；美国陆军工程师团（USACE）对其所属14个大区下的41个分区的大坝进行安全核查和管理；美国农业部管理着340座用于灌溉供水的水库水坝。此外美国95%的水坝由各州兴建，其安全管理也由各州负责。
加拿大各省、区都设有水电局，它们是大坝的业主，也负责大坝的安全管理。
中国现有各类水坝84 000多座，分属两大系统。国家电力公司系统有130多座以水力发电为主的大坝，由国家电力监管委员会大坝安全监察中心负责大坝安全的监督检查。其余绝大部分水坝由水利部和各省水利厅管理。水利部设有大坝安全管理中心负责对大坝安全状况的检查评审，并提出对病险水库的处理意见。
关于大坝安全的立法各个国家也越来越重视。美国国会早已颁布了92-367号法，即国家大坝安全法。此后，联邦科学技术和工程协会拟订了“联邦大坝安全导则”作为全国大坝安全管理的指导性文件。加拿大政府也制定了大坝安全导则。加拿大全国十二个省均根据该导则制定了用于本省区的管理条例和具体规定。
在中国，由国家主席批准发布的《中华人民共和国水法》第四十三条明确规定“国家对水工程实施保护，国家所有的水工程应当按照国务院的规定划定工程管理和保护范围。”1991年国务院颁发了《水库大坝安全鉴定办法》、《水库大坝安全评价导则》等法规。
由于水坝安全管理机构的建立，大坝安全有关法规的颁布和实施，水库大坝安全管理工作得到加强，并逐步规范化。首先大坝安全普查和鉴定工作普遍开展，中国水利部水利管理司在1962年、1979年和1991年先后三次对全国各类水库水坝的数目、现状、病险程度及溃坝失事情况进行了调查和统计，并请有关专家对事故的类型、原因作了精确的分析，提出了对病险水坝防治的建议，对今后如何加强水利工程管理防患于未然提出了意见和建议，其中包括加强工程安全监测。需要强调的是：大坝安全管理要以规避风险、防止事故为原则，积极推行风险分析的管理方法。
3 大坝安全与监测
大坝安全监测是大坝安全管理工作的耳目。大坝失事的原因虽然多种多样，但在大多数情况下，总是与不能及时掌握建筑物及其基础的实际运行性状有关。事实上，绝大多数建筑物的破坏过程都不是突然发生的，一般都有一个缓慢的从量变到质变的发生过程。即使建筑物存在一定的缺陷，或在设计理论和施工技术上有一些未确定因素，有一定的风险，在建筑物运行中只要通过认真仔细地检查、监测、分析，也能及时发现，防患于未然。因此对建筑物及其基础和相关边坡、洞室从施工到运行性状的监测，就成为保证其安全运行所必备的措施之一。
监测是指直接或借用专门的仪器设备，对建筑物本身及基础岩体，从施工前夕起对施工、蓄水、运行整个过程所进行的量测与分析。这一过程包括三个基本环节：数据量测、数据采集和数据分析。一个完整的大坝安全监测系统也应该由这三部分组成。中国水利部先后颁布了《混凝土坝安全监测技术规范》（SDJ336-89）和《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）明确规定了各类各级水工建筑物必设的安全监测项目。
数据量测的功能是在选定的建筑物若干部位埋设或安装监测仪或设施，通过定时或随机量测，获取反映建筑物及相关岩体性状变化的数据和资料。按监测物理量的类型分为两大类：环境（原因）量和效应量。环境量主要包括气温、水温、降水量等，效应量监测项目主要有三类：
（1）常规监测主要有变形监测、渗流渗压监测、应力应变和坝体温度监测；
（2）专项监测是指水力学监测、震动爆破监测和为常规监测提供必要的控制数据、基准数据、环境参数及其一些辅助性监测项目。例如：坝区变形控制网、地应力监测等，（3）另一类监测是指对大坝坝体、廊道、坝肩、泄水设施、发电设施、通航建筑物、高陡边坡等通过目视检查和一些辅助手段进行的日常或定期检查。
3
数据采集（包括传输）是指定时或定期把量测得到的数据或资料通过自动装置或人工手段或半自动半人工的方式采集起来作短时存放，再集中传送到近坝区或远方的监测中心。
数据分析（包括数据管理、分析解释、安全评价和辅助决策），其主要功能是对传输来的各类监测数据和资料进行有序管理，建立数据库、图库、分析模型库和相关知识库等，并应用一系列数据分析软件，对建筑物及相关岩体的性状变化和安全状态做出评价。在出现可能危及建筑物安全的异常状况时，及时做出预报进行分级分类报警，并提出应对措施的建议，为主管部门决策提供依据。
随着政府、工程管理部门和社会公众对大坝安全监测事业的日益重视，大坝安全监测的理论、方法、仪器设备、资料分析软件和监测工程的设计、实施和管理，都成为专业人士和商家关注的热点，各个相关领域的技术水平和硬件软件设备也在不断完善。
监测仪器（传感器）按其量测的物理量分类主要有变形观测仪器、压力（应力）观测仪器、渗流观测仪器、温度观测仪器和用于特殊用途的专项观测仪器。其中变形观测是主要监测项目之一，观测仪器种类繁多，有各种精度的经纬仪、全站仪和GPS测量系统，还有各种位移计、引张线、垂线、沉降仪、收敛计、测斜仪、倾角计、挠度计、测缝计、应变计、静力水准以及大地测量仪器等；压力观测仪器主要有压应力计、锚杆应力计等；渗流观测仪器以渗压计和测压管为主；专项监测仪器是指用于监测振动、爆破、水力学特性、地应力等参数的各种传感器和仪器。从传感器的原理来分有光学的、机械式的（包括弦式）、液压的、气动的和各种电量式的（电阻式、电容式、电感式等），近年来出现的光纤传感器系列使监测技术出现了一次新的飞跃。另外，自动测读、自动记录技术的引入和应用使观测仪器的使用更加方便和实用。对观测仪器的精度、量程、灵敏度和分辨率要求应视需要选定。由于水库水坝所用的观测仪器设备都是在比较恶劣的环境下工作，对其性能的基本要求是可靠和稳定。这些要求成为仪器生产厂商竟相努力的目标。
为了对量测仪器所获得的监测数据做到及时采集并传输到监测中心，对信息采集和传输的方式、技术、设备及实施方案近几年都有很多研究，一些厂家也推出了很多可供选择的产品。
安全监测的落脚点是对数据进行分析，并据此对工程安全状况做出评估，必要时发出预警预报的信号，并提出应急措施的建议。实现这些功能需要开发一个专用的计算机软件系统。这些都要求一批专家会同工程设计、管理人员共同研究数据分析的有效方法，提出安全预警的标准，并委托专业机构建立大坝安全预报预警系统和决策支持系统。
为了能在水工建筑物上实现以上要求，安全监测已作为单项设计列入水工设计的一部分。设计人员必须依据设计规范按建筑物的类型和级别安排监测项目，布置监测仪器。对于大型水工建筑物的安全监测系统（包括数据量测、数据采集和数据分析）必须有专业设计人员进行系统的结构设计，选择有代表性的监测部位和断面，以少而精的原则布置仪器；并作为一个单项工程由专业技术队伍实施，以保证系统能正常有效地运行。
4 大坝安全监控及关键技术问题
安全监测的主要目的是及时发现大坝在运行中（特别是在洪水、汛期、非常规条件下）出现的异常征状并进行分析和评估，对可能出现的事故提出处理建议，包括工程处理措施，水库调度方案以及下游紧急疏散方案和防洪、泄洪预案等。这就是大坝安全监控的真正含义。显然它不是一种实时监控系统，而是一种监测信息反馈决策支持系统。它应该建立在对监测数据进行快速采集、传输、分析、处理的基础上，实际上是一个依托一系列计算机软件和硬件设备，为工程管理部门服务的安全决策支持系统。
大坝安全决策支持系统涉及的数据类型比较多，有工程勘测设计数据、工程施工资料、监测仪器性能参数、埋设安装记录和大量的动态的实测数据、记录等等，数据类型有数字、文字、图表、音像等，形式多样。为了对这些数据进行有序管理并及时提出有用的信息，充分发掘数据的潜在资源，必须应用现代数据库管理技术，包括数据仓库、数据发掘技术等。
对监测数据的处理分析首先要对数据进行可靠性检查、一致性检查、数据的粗差、误差处理、数据滤波和统计分析等，虽然使用的技术已经成熟，但仍需不断加以改进。
监测系统有很多监测项目，对同一种监测项目又有多种仪器在多个部位监测，并提供多种类型的监测数据。如何有效地利用这些数据得出安全评估的结论，涉及很多对数据序列趋势分析的处理方法和技术。一般都使用建立数学模型即监控模型的方式进行。为此各种建模方法应运而生，有统计学的、确定性的、混合型的以及基于灰色系统理论、生物系统增长理论、人工神经元网络、突变理论、混沌理论及其它非线性动力学理论建立的各种预测预报方法和异常征兆分析方法。有时还要使用很多数值方法（如有限元法）进行仿真计算。为此很多专家发挥了聪明才智，提出了大量有创新意义的研究成果。
建立数学模型为实现大坝安全提供了途径，但又提出了监控指标的问题，不同监测项目、监测数据和不同类型的监控模型都要求有相应的监控指标。而水库大坝设计规范规定的安全设计标准是安全系数，不是实测的效应量（如位移、应力、应变等），在其间如何建立对应关系是一个需要研究的问题。事实上根据大坝出现异常或失事前兆所反映的效应量（如位移值）来制定监控指标是比较直观的，但这样的实测数据非常缺乏。要真正解决这些问题，需要设计、施工和工程管理部门及有关专家积累经验，收集数据，共同探索。
安全监控系统在对大坝安全状态做出评估发现异常时，还应该为工程管理部门提出处理大坝异常症状的方案和措施。为此，大坝病害诊断系统，大坝安全评估专家系统，安全决策支持系统包括专家会商系统的研究近几年得到很多专家的重视和青睐，并提出了一批有应用价值的研究成果和计算机软件。
通过以上简要论述可以看出：建立一个完整的大坝安全监测监控系统，涉及水工结构、岩石力学、监测技术、仪器仪表、数字技术、计算机技术等专业，涉及的学科包括工程学、数学、力学、物理学、人工智能、计算机科学等，很多问题涉及学科的前沿，因此它是一个跨学科跨专业的领域，需要多方面的专家共同参与和探索。
5
5 长江三峡水利枢纽安全监测系统
5.1 工程概况
长江三峡水利枢纽是具有防洪、发电、航运等综合效益的巨大工程，也是治理开发长江的关键性骨干工程，枢纽主要由混凝土重力坝、电站和通航建筑物等组成。其中混凝土重力大坝，最大坝高175m，坝轴线全长2 309.47m，分为三段：河床中部为溢流坝段（长483m），设有溢流底孔23个和表孔22个，正常蓄水位175m时的设计泄洪能力为72 220m3/s，两侧为左右厂房坝段及非溢流坝段。三峡水电站为坝后式，共安装26台机组，单机容量为70万kW，其中左岸厂房14台，右岸厂房12台，总装机容量为1 820万kW，年平均发电量846.8亿kW·h。通航建筑物包括一座双线5级梯级船闸（每级闸室长280m，宽34m，年单向货运能力5 000万吨），一座临时船闸和一座升船机，船厢长120m，宽18m，可容纳3 000吨级客货轮，最大提升高度113m。
坝址区基岩为闪云斜长花岗岩，抗压强度高，透水性能低。坝区的断层和破碎带大部分充填胶结良好。近地表岩体风化剧烈，并随深度增加而减弱，分为全、强、弱、微4种风化带。地下水主要以孔隙—裂隙水的形式存在于全、强风化带中。
从工程结构和基岩稳定性来看，溢流坝段坝体结构由于有许多泄洪孔洞受到一定削弱，坝体应力状态十分复杂。左厂房坝段1 6坝块位于高程为80 90m的基岩面上，与下游的厂房机组段建基面之间形成高差70m左右的边坡，基岩中又有两条大断层F7和F4交汇，缓倾角裂隙发育，岩体破碎，对基岩稳定不利。右厂房坝段的17 18号发电机组的基岩有F9断层穿过，对坝基稳定也不利。通航建筑物的施工形成多处高陡边坡，坡高一般为70 140m，最大开挖深度达158m，其间存在许多断层节理，考虑到航运安全的严格要求，施工期和运行期的安全监测都十分重要。其他一些重要建筑物，包括垂直升船机、茅坪溪防护坝、二期深水围堰等，都对安全监测提出了高的要求。另外，库区约有崩塌滑坡堆积体1 100多处，其中有85处正在变形之中，在蓄水和运行中也需要监测。
从安全监测的角度看，三峡工程有以下特点：
（1）工程开挖量巨大（约1亿m3），在大范围内改变了地形地貌，引起地应力调整和变形，形成许多高陡边坡，监测工作必须伴随开挖过程进行；
（2）建设时间长达17年，运行期更长，监测设计和布置将是一个动态过程，要逐步完善；
（3）施工单位多，监测仪器设备的安装、埋设、观测、资料采集和分析交叉进行，工作量很大，跨越时间长；
（4）分三期导流，分期蓄水。在长达17年的施工期，要三次修筑围堰；水库水位在达到正常运行水位之前，要经历几次较长的水位上升过程，组织这一过程的安全监测十分特殊和重要；
（5）由于工程规模宏大，大坝、厂房、永久船闸、升船机、茅坪溪防护坝等，每一建筑物本身都是一座大型工程，布置的安全监测项目比较多，彼此间又相互联系，最终将形成一个复杂而庞大的监测系统。
5.2 安全监测系统的功能
三峡水利枢纽安全监测系统由长江水利委员会设计，经过论证，该系统有8个模块和3个主要组成部分，即由大量传感器组成的量测系统、以自动采集为主兼有人工采集方式的监测信息采集系统和以信息管理、分析评价、辅助决策为主的安全决策支持系统等三部分构成（见图1）。它是三峡工程信息管理系统和工程运行调度系统的一个组成部分，可为工程业主、管理部门及设计、施工、科研等单位提供有关建筑物及相关岩体性状变化和安全状态的信息，在水库调度、工程安全控制决策方面发挥重要作用。
图1: 三峡工程安全监测系统框图
5.2.1 数据量测
这一部分的功能是通过布设在各个建筑物上的1万多支不同种类的监测仪器仪表，以不同的方式取得监测数据和资料（包括在施工期、蓄水期和运行期从大坝、通航建筑物各监测站，各期导流建筑物监测项目和各专项监测及人工巡视取得的数据和资料）。这些数据和资料主要是常规监测项目，如：建筑物及其基础的变形、渗流和应力应变及温度等效应量测值；水位、水温、气温等环境量资料；以及很多专项监测项目，如：振动、水力学、地应力等的观测值。
5.2.2 数据采集
其功能在各监测站内实现，通过三种采集方式（即人工采集、半自动采集和自动采集方式）将量测取得的数据收集起来定期传输到监控中心存储，进行统一管理。其中自动采集的硬件包括DAU、数据传输电缆、电脑等，软件包括用于数据采集、检查、暂存、输送的计算机程序。
7
5.2.3 数据分析
它的功能主要在监控中心实现，通过对监测数据和资料的统一管理和定性、定量分析，发现异常数据，分析产生的原因，进而对建筑物（如大坝、船闸）的安全状态做出评估和判断，并提出决策的建议（包括预报、预警和应急措施）。该系统主要是一个计算机软件系统，主要由信息管理、安全分析评价、辅助决策软件包等三个分系统和一个支持库群（数据库、知识库、方法库、图形库）组成。
三峡工程安全监测系统的完整性还表现在：从工程开工就强调对建筑物及相关岩体在施工、蓄水和运行期各阶段全过程的监测，并尽可能地把施工期监测项目与永久性监测项目结合起来实施，取得建筑物性状变化全过程的资料。
5.3 三峡工程安全监测系统是一个经过优化的两级监控系统
三峡工程安全监测系统的设计不仅注重量测仪器的选择和布置，还从安全监控、辅助决策的目标来考虑。其中自动采集系统、数据传输通讯系统以及数据处理分析系统都是监测系统的重要组成部分。
PMS⑿
图2: 两级监控流程框图
注释：①人工；②半自动；③数据采集仪器；④目测；⑤双线5级船闸；⑥升船机；⑦右坝段及右电厂；⑧泄流坝段；
⑨左坝段及左电厂；⑩专项监测；⑾地质环境监测；⑿其它监测；⒀工程安全监控中心 (PSMC)；⒁技术支持、设计
部门、定期检测专家组、顾问组；⒂项目安全责任部门、项目上级主管部门。
经过科研人员的研究论证，三峡工程安全监测系统的总体结构宜采用两级监控模式，即建筑物监测站（BMS）和工程安全监控中心（PSMC）两级（见图2），其中一级监控站（BMS）有8个，分别对各建筑物的常规监测项目、专项监测项目进行管理和控制，包括数据采集、处理和初步分析。二级监控（即PSMC）是对各监测站即整个工程的安
全监测进行统一管理和控制。另外，各建筑物监控子系统将采用总线形网络结构；在监控模式上宜采用分散型控制；在分散型控制系统中，采用具有独立功能的智能化节点；数据管理系统的结构为分级管理模式，并要求系统具有开放性、可扩充性、容易升级和良好的用户界面，同时应建立良好的信息工程基础设施和信息标准化体制，使三峡工程安全监测系统成为一个工作效率高的安全决策支持系统，为业主进行工程安全管理提供服务。
5.4 三峡工程安全监测系统是一个典型的系统工程
三峡工程由多个水工建筑物组成，包括拦江大坝、双线五级船闸、升船机和茅坪溪防护土石坝。每一座建筑物都布置了必要的监测项目。有近万支观测仪器和测点，布设在各建筑物的不同位置上，以不同方式捕捉有关建筑物及岩体性状变化的信息。还有人工巡视获取的资料以及水工设计、工程施工、地质勘探、水文气象方面的有关数据和资料。测点布置分散，信息渠道多，种类形式各异，数据连续积累，信息量浩大。为此，从系统工程的观点来看三峡工程安全监测系统是一个比较典型的工程系统。建筑物是系统的对象（即客体），它的各种属性如：建筑物及基础的性状变化（变形、渗漏、应力应变及温度等）、安全状态是通过各种观测仪器，分项目、分类别，在时间、空间和数量三类基本背景中去观察、去认识的。系统内部的各个环节包括数据量测、采集、存储、处理、分析、解释、预测和辅助决策，各部分各环节间的关系，都使用了系统工程的方法进行处理和协调；并拟用系统建模的方法建立数值模型，对建筑物在不同工况下的效应量变化规律进行分析和预测；用专家评判系统和专家辅助决策系统的理论和方法，解决工程安全评判问题和安全决策问题。也就是说三峡工程安全监测系统是按照系统工程的观点进行设计和实施的，从而使其成为一个对外开放而内部统一协调的监测咨讯系统。
三峡工程的安全监测工作从1993年开挖茅坪溪过水隧洞至今已历时13年，从导流建筑物到永久建筑物的修建，从岩体开挖到混凝土浇筑，持续不断地进行着安全监测。在一期围堰、导流明渠、临时船闸及高边坡，在永久船闸、两岸高边坡及地下充水排水大型遂洞，在二期围堰、泄洪坝段、左岸和右岸电站厂房坝段、非溢流坝段、左岸和右岸非溢流坝段和茅坪溪防护土石坝以及右岸地下厂房等各项土建工程中，都按设计和施工的要求布置了观测设施，埋设了监测仪器，伴随着施工进程，开展了以变形、渗流、应力应变为主的多项监测工作，取得了大量的观测资料，在边坡开挖、洞室施工、大江截流、基坑抽水、混凝土浇筑、导流泄流和防洪渡汛中发挥了重要作用。
9
大坝安全监测的内涵及扩展参考文本
大坝安全监测的内涵及扩 展参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
大坝安全监测的内涵及扩展参考文本使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 众所周知，大坝是一种特殊建筑物，其特殊性主要表 现在如下3个方面：①投资及效益的巨大和失事后造成灾 难的严重性；②结构、边界条件及运行环境的复杂性；③ 设计、施工、运行维护的经验性、不确定性和涉及内容的 广泛性。以上特殊性说明了要准确了解大坝工作性态，只 能通过大坝安全监测来实现，同时也说明了大坝安全监测 的重要性。事实上，大坝安全监测已受到人们的广泛重 视，我国已先后颁布了差阻式仪器标准及监测仪器系列型 谱、《水电站大坝安全检查实施细则》、《混凝大坝安全 监测技术规范》、《水库大坝安全管理条例》、《土石坝 安全监测技术规范》等，同时，国际大坝会议也多次讨论 过大坝安全问题［1］。
大坝安全监测是人们了解大坝运行性态和安全状况的有效手段。随着科学技术的发展、管理水平的提高及人们观念的转变，大坝安全监测的内涵也进一步加深。为此，笔者从分析影响大坝安全的因素入手，对大坝安全监测的若干问题进行探讨。 1 影响大坝安全的因素 影响大坝安全的因素很多，据国际大坝会议“关于水坝和水库恶化”小组委员会记录的1100座大坝失事实例，从1950年至1975年大坝失事的概率和成因分析中得出大坝失事的频率和成因分别为：30%是由于设计洪水位偏低和泄洪设备失灵引起洪水漫顶而失事；27%是由于地质条件复杂，基础失稳和意外结构事故；20%是由于地下渗漏引起扬压力过高、渗流量增大、渗透坡降过大引起；11%是由于大坝老化、建筑材料变质(开裂、侵蚀和风化)以及施
大坝安全监测仪器简介
大坝安全监测仪器简介 一、大坝安全监测仪器选型的基本原则 二、监测仪器的检验 三、监测仪器及监测系统的验收 四、监测仪器分类 五、两种主要监测仪器的基本原理 六、主要监测仪器简介 七、国内外数据自动化采集设备
一、大坝安全监测仪器选型的基本原则 1、总原则 大坝安全监测系统的监测项目、测点布置及系统的功能、性能应满足《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）、《土石坝安全监测资料整编规程》（SL169-96）和《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T5178-2003）要求，如建立自动化监测系统，还应满足《大坝安全自动化监测系统设备基本技术条件》（SL268-2001）的要求。 2、监测任务、测量范围的界定及仪器技术性能分析 首先，应明确监测仪器的任务，是变形监测，渗流监测，压力应力监测还是环境量监测？一次还是二次？ 其次，应根据工程实际情况，预测并确定仪器的量程、范围；根据仪器量程范围、工程对监测精度的要求以及相关规范规定，确定仪器精度等级。 第三，选择仪器型式。仪器型式的选择最重要的是仪器的可靠性，在可靠性的前提下，再考虑仪器的精确度或准确度。 第四，技术经济评价。对不同型式的仪器、不同厂家的同类型仪器，比较其采购、运输、室内检测/校准、现场检验、安装方式、可维护性及维护程序、施工期观测及数据处理、（如建立自动化监测系统）占用系统资源等，进行技术、经济评价，选择合适的性价比。 3、监测设施的布设 首先，划分监测项目。 其次，根据监测项目及监测目的，确定监测设施安装/埋设位置（包括平面坐标、高程及相应层位），仪器、设施、设备工程编号（唯一性），并以表、平面图、断面图等形式逐一标注。 4、监测设施的安装/埋设 根据坝的性质（混凝土坝/土石坝？在建坝/已建坝？混凝土坝『重力坝、拱坝、砌石坝』？土石坝『均质坝、心墙坝<宽心墙坝、窄心墙坝？>、斜墙坝、堆石面板坝、复合坝型』？）设计合适的安装方式及施工工艺。 5、监测仪器选型原则 ①监测仪器应采用可靠性好，并经过长期现场考验的仪器设备；大坝安全监测和管理自动化系统，推荐采用分布式自动化数据采集系统。 ②监测仪器应尽可能实现人工比测。
大坝安全监测系统解决方案
大坝安全监测系统解决方案（此文档为word格式,下载后您可任意修改编辑！）
目录 第1章概论 (2) 1.1系统概览 (2) 1.2历史回望 (2) 1.3现状分析 (3) 1.4目标阐述 (3) 第2章总体设计 (4) 2.1设计原则及依据 (4) 2.2系统体系结构 (5) 2.3信息流程 (8) 2.4系统组成 (9) 2.5系统功能 (10) 第3章信息采集系统 (11) 3.1需求分析 (11) 3.2技术解决方案 (12) 第4章通信网络系统 (17) 4.1测控单元和监测中心之间的通信 (17) 4.2监测中心和监测分中心之间的网络.......................................................... 错误！未定义书签。第5章软件系统. (22) 5.1建设原则 (22) 5.2技术解决方案 (24)
第1章概论 1.1系统概览 大坝作为特殊的建筑，其安全性质与房屋等建筑物完全不同，大坝安全出现问题，将会引发大坝下游一定范围的人员和财产、环境损失。在加强水利建设的大环境下，提高水工建筑物的安全，特别是提高大坝安全监测水平，保证水库大坝的安全，是关系到国家利益和社会稳定的头等大事。大坝安全监测系统主要由观测传感器、遥测数据采集模块、工业控制网络和自动监测管理软件系统组成，通过计算机的工作，能够实现大坝观测数据自动采集、处理和分析计算，对大坝的性态正常与否作出初步判断和分级报警为监测对象提供早期安全预警报告的自动化系统。建立大坝安全自动监测系统，可以缩短数据采集周期，提高大坝观测的工作效率，减轻劳动强度；并能充分利用水库调蓄能力，使其在防洪和供水两方面发挥最大的效益，同时可提高水库管理水平，及时发现大坝隐患，为水库的安全运行提供有力的保障。 1.2历史回望 大坝安全监测系统在西方发达国家已有30多年的历史。如法国要求对高于20 ｍ的大坝和库容超过1500万ｍ３的水库，均需设置报警系统，并提出垮坝后库水的淹没范围、冲击波到达时间、淹没持续时间和相应的居民疏散计划等。而葡萄牙大坝安全条例（1990）也要求大坝业主提交有关溃坝所引起洪水波传播的研究报告，编制下游预警系统、应急计划和疏散计划。美国的《联邦大坝安全导则》和加拿大的《大坝安全导则》都强调要求采取险情预计、报警系统、撤退计划等应急措施，以便万一发生不测时，将损失减少到最小程度。1976年美国92.96 ｍ高的堤堂坝（Ｔｅｔｏｎ）失事前，大坝管理机构根据大坝安全监测系统监测到的事故的发展状况及时通过下游的行政司法当局向可能被淹的群众发出警报，有组织地进行人员疏散，尽管大坝失事后堤堂河和斯内克河下游130km，约780 km2的地区遭洪水肆虐，造成25000人无家可归、损失牲畜约２万头的巨大物质损失，但人员死亡只有11人，初步体现了大坝安全监测系统的重要意义。
【大坝方案】水库工程大坝安全监测方案
XXX水库 大坝安全监测工程 施 工 方 案 工程名称： XXXXXXXXXXXXXXXX水库工程 合同编号： 承包人： XX建设工程有限公司 XX水库工程项目部 项目经理： 日期： 20XX 年 XX 月 XX 日
目录 1、工程概况 (1) 2、监测工作内容 (1) 3、编制依据 (1) 4、仪器设备采购、检验、及保管 (2) 4.1 主要仪器设备选型 (2) 4.2 仪器设备采购 (2) 4.3电缆连接 (2) 5、监测仪器程序和埋设方案 (3) 5.1 施工程序 (3) 5.2监测仪器埋设方案 (3) 6、观测 (10) 6.1 总则 (10) 6.2施工期观测及成果提交.........................错误!未定义书签。 7、监测资料整理分析和反馈 (13) 7.1 资料搜集 (13) 7.2 资料整理分析 (14) 7.3监测资料反馈 (14) 8、资源配置.........................................错误!未定义书签。 8.1 主要施工机械设备计划表.....................错误!未定义书签。 8.2 主要施工人员配置计划表.....................错误!未定义书签。 9、施工质量控制措施 (16) 10、安全、文明施工管理 (17) 11、环境保护措施 (18) 12、施工进度计划 (18) 附件及附表1～9 ................................................ 19～29
1、工程概况 万营水库位于珠江流域红水河水系北盘江的一级支流万营河上，隶属水城县新街乡马路、大元村。水库坝址距水域县城约75KM，距新街乡驻地约lOKM乡村公路通往库区左岸炭山小学附近，交通较为方便。 万营水库工程任务是灌溉、乡镇供水，可向发耳乡提供灌溉水量205万m3，乡镇供水量185万m3。 万营水库正常蓄水位1575m，总库容为313万m3，正常蓄水位以下库容为252万m3，兴利库容221万m3，年可供灌溉水量205万m3(P=80%)、乡镇供水185万m3(P=95%)。工程规模为小（Ⅰ）型，工程等别为Ⅳ等。 本工程主要建筑物有万营水库土坝（坝高41.1m，坝长95.64m）、岸边开敞式溢洪道、右岸导流洞（洞型为城门洞型，洞长227m）兼环境生态放水管及放空管、罗家坝重力坝（坝高10.5m，坝长20m）、炭山取水隧洞（洞型为城门洞型，洞长1559m）及从万营水库引水至马场水库的东瓜林输水隧洞（洞型为城门洞型，洞长4787m）。 2、监测工作内容 万营水库大坝安全监测项目主要包括：大坝变形观测、坝基渗压计、测压管内渗压计渗透压力观测等。 本监测工程主要工程量详见表1-1。 表1-1 大坝监测项目工程量汇总表 主要工作内容有：监测仪器设备的采购、检验、安装埋设、调试、电缆牵引、看护保管、
大坝安全监测的设计
大坝安全监测的设计水利部南京水利水文自动化研究所
目录 1 安全监测的重要性及失事举例 2 安全监测的设计 2.1混凝土坝的监测设计 2.1.1 变形监测 2.1.2渗流监测 2.1.3 内部监测 2.2 土石坝的监测设计 2.2.1 渗流监测 2.2.2变形监测 3 观测仪器 3.1 垂线坐标仪、引张线仪 3.2 差阻式仪器 4 自动化系统的设计
1 安全监测的重要性及失事举例 大坝建造在地质构造复杂、岩土特性不均匀的地基上，在各种荷载的作用和自然因素的影响下，其工作性态和安全状况随时都在变化。如果出现异常，又不被及时发现，任其发展，其后果不堪设想。 国内外大坝失事的实例不少。1975年8月暴雨洪水导致板桥水库和石漫滩水库失事，造成大面积水灾和人员伤亡，京广线也被局部冲毁，损失巨大。1993年8月27日沟后水库失事，造成水库下游13km 处的恰卜恰镇500人伤亡，直接经济损失1.53亿元。 如果事先运用有效的观测手段对这些工程进行监测，就能及时发现问题，采取有效的工程措施，就能避免灾难。1962年安徽梅山连拱坝右岸基岩发现大量漏水，右岸13#垛垂线坐标仪，观测三天内向左岸倾斜57.2mm，向下游位移了9.4mm，且右岸各垛陆续发现大裂缝，经过分析是右岸基岩发生错动。在垂线坐标仪监测下放空水库进行加固处理，避免了一场溃坝事故。1985年6月12日在长江三峡的新滩，发生大滑坡，2000万m3堆积体连带新滩古镇一起滑入江中。可是险区居民全部提前安全撤出，无一伤亡，这全靠安全监测所作出的准确预报。 大坝失事的原因是多方面的，从世界上300多座大坝失事的原因分析，认为35%是泄洪能力不足，在勘测、设计中洪水计算和防洪能力方面存在问题，大部分失事是洪水以外的工程原因，有一个量变到质变的过程，可以用监测方法及早发现的。为了保证大坝、下游人民生命财产的安全及社会的安定，我们国家对水库大坝的安全制定了相应的法律法规及规范，来加强水库大坝运行期的安全管理。 ●土石坝安全监测技术规范（SL60-94） ●混凝土坝安全监测技术规范(SDJ336-89)，能源部,水利部,1989 年 ●混凝土坝安全监测技术规范(DL/T 5178-2003)，国家经济贸易位 员会 ●水库大坝安全管理条例，国务院，1991年
大坝安全监测
论述大坝安全监测分析与数值模拟在水工结 构中的应用及新进展 一、大坝安全监测分析 1.大坝监测的内容 大坝安全监测的范围应根据坝址、枢纽布置、坝高、库容、投资以及失事后果等确定，根据具体情况由坝体、坝基、坝肩，推广到库区及梯级水库大坝；监测的时间应从设计时开始至运行管理；监测的内容包括坝体结构、地质状况、辅助机电设备及消洪泄能建筑物等。 1.1大坝安全监测的分类 1．1.1 仪器监测 仪器监测是选择有代表性的部位或断面，按需要使用或安装、埋设仪器设备，对某些物理量进行系统的观测，取得反映建筑物性状变化的实测数据。仪器监测的项目主要有“变形监测”、“渗流监测”、“应力、应变及温度监测”和“环境量监测”。随着监测范围的扩展，诸如水力学监测、地震监测、动力监测等一些新兴监测项目不断涌现。 1.1.2 巡视检查 监测技术人员通过目视或借助一些专用设备（如在某些部位安装摄像头，辅设人工巡视专用栈道等）对建筑物现场包括坝体、坡脚、坝肩、廊道、排水设施、机电设备、船闸、航道、高陡边坡等部位进行查看、比较、分析，进而发现建筑物在施工、挡水、运行中可能危及工程安全的异常现象。它弥补了监测仪器仅埋设在指定部位的不足。而且能直观
地发现某些监测仪器不易监测到的非正常现象．提供有关建筑物安全等一些重要信息，是监测系统的组成部分。巡视检查和仪器监测是不可分割的。巡视检查也要尽可能利用当今的先进仪器和技术对大坝特别是隐患进行检查，以早发现早处理。如土石坝的洞穴、暗缝、软弱夹层等很难通过简单的人工检查发现，因此，必须借用高密度电阻率法、中间梯度法、瞬态面波法等进行检查．从而完成对其定位及严重程度的判定。因此，在大坝监测中多数采用两种监测手段结合起来的方法。 1.2大坝安全监测的目的和意义 1.2.1掌握大坝的工作状态。 指导工程的运行管理通过大坝的安全监测及时获取大坝安全的第 一手资料．掌握大坝工作状态，实现对大坝的在线、实时安全监控。在发生异常现象时，分析产生的原因和危险程度，预测大坝的安全趋势。及时采取措施，把事故消灭在萌芽状态中，保证工程安全。 1．2.2 验证坝工设计理论和选用参数的合理性 到目前为止。因实际情况复杂多变，水工建筑的设计尚不能完全与实际情况相吻合，作用在建筑物上的荷载除水压力和自重力，都难以精确计算。因此在水工设计中不得不采用一些经验系数和简化公式进行计算。通过大坝安全监测认识监测物量变化规律，检验坝工基本理论的正确性、设计方法和计算参数的合理性。验证施工措施、材料性能、工程质量的效果。
水库大坝安全监测系统
水库大坝安全监测系统 1. 监测内容、方法及仪器 a. 大坝区降雨强度和雨量监测 采用翻斗式雨量计测量降雨量和降雨强度。 b. 大坝浸润线及坝基渗压监测 通过埋设渗压计来观测坝体的渗流压力分布情况和浸润线位置以及坝基渗 流压力分布情况。 c. 大坝上下游水位监测 通过安装浮子式、振弦式水位计观测大坝的上下游的水位。 d. 大坝坝体位移监测 采用全站仪自动极坐标测量系统监测大坝变形，内外业一体化的工程测量系统可实现无人值守及自动监测。 e. 大坝渗流量监测 在大坝下游设置量水堰，安装量水堰计以监测大坝渗流量。 2. 传感器 可根据实际需求，在监测范围内安装各种传感器。一般常用的有：渗压计、混凝土应变计、应力计、多点位移计、测缝计、水位计、钢筋计、倾角计、测力计、气压计、温度计、压力盒等。 3. 自动监测系统 a. 系统简介 随着计算机技术和电测技术的发展，使得以电测传感器技术为基础的监测项目能实现全天候自动监测。同样，监测系统也具备人工观测条件，通过观测人员携带读数仪或笔记本电脑到各监测站读取数据，并可由人工输入计算机，进入相关数据库。 连续的自动监测可以记录下监测对象完整的数据变化过程，并且实时得到数据，借助于计算机网络系统，还可以将数据传送到网络覆盖范围内的任何需要这些数据的部门。 b. 系统组成 本系统由三部分组成： 1）现场量测部分 2）远程终端采集单元MCU 3）管理中心数据处理部分 c. 系统网络结构 水库大坝安全监测数据采集系统采用分层分布开放式结构，运行方式为分散控制方式，可命令各个现地监测单元按设定时间自动进行巡测、存储数据，并向安全监测中心报送数据。系统MCU之间以及MCU与监控计算机之间的网络通信采用光缆。 安全监测数据采集系统可通过光缆将位于本工程各个监测站内的监测数据 采集上来，然后通过光缆传送到位于管理所的监测中心内的监控主机内。
大坝安全监测设计(推荐方案)
1 设计条件 1.1 工程概况 1、地理位置 马槽河水库工程位于巴东县水布垭镇，为桥河流域水电开发的龙头水库，为充分利用水库形成的水头发电，在坝后设置马槽河电站。桥河又名磨刀河，系清江中游左岸支流、长江二级支流。桥河流域位于恩施自治州巴东县南部，地处巫山山脉南麓的鄂西南山区。流域地理位置为：东径110°12′～110°23′，北纬30°24′～30°40′。坝址位于已建成的桥河一级电站坝区上游，距巴鹤公路、野三关镇的距离分别为16km、26km。工地从左岸经八字岩新建公路到野三关15km。 2、工程特性 马槽河水库工程为流域龙头水库，主要任务是调节流域水量分布，向下游两级电站供水发电。桥河流域流域总面积209.4km2，干流河道全长37.50km，总落差1150m，河道加权平均坡降32.78‰。坝址位于巴东县水布垭镇桥河尹家坪河段，马槽河水库坝址控制流域面积139.9km2，干流河道长22.2km，加权平均坡降21.66‰。坝址处多年平均流量3.11m3/s，多年平均年径流量9821万m3。P＝2%洪峰流量：693.0m3/s；P＝0.33%洪峰流量：914.5m3/s。 本工程属Ⅳ等小（1）型工程，工程由挡水建筑物、泄洪建筑物、放水（放空）建筑物等组成。挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，最大坝高56.80m，泄水建筑物为左岸岸边开敞式正槽溢洪道。 1.2 枢纽布置 枢纽主要由大坝、溢洪道、放空洞（由导流洞改建）、发电引水隧洞、电站厂房、开关站、输变电系统、管理设施等建筑物组成。 马槽河水库工程挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，本工程坝顶无特殊交通要求，坝顶宽取5.5m，为减少坝体回填工程量，在坝顶上游侧设“L”形防浪墙，坝顶高程832.30，坝轴线长110.14m，防浪墙墙顶高程833.50m。防浪墙墙高5.0m，埋入堆石3.8m，高出坝顶1.2m，墙顶宽0.30m，墙底高程为828.50m，高出正常蓄水位1.00m。河床趾板建基面高程775.50m，最大坝高56.80m。上游坝坡1:1.4，下游坝坡1:1.3，坝体总填筑方量25.02
大坝安全监测的意义和方法
大坝安全监测的意义与方法 【论文提要】：从分析影响大坝安全的各种因素入手，拓宽了大坝安全监测的概念，即大坝安全监测应在时空上将影响大坝安全的因素考虑在内。提出：(1)大坝安全监测要有明显的针对性；(2)重视对溃坝的分析；(3)大坝安全监测应和设计及大坝安全定检结合起来，以方便资料分析和相互校核；(4)加强对大坝安全监测(包括监测系统)，特别是自动化系统的效益评估，要求大坝安全监测系统成为水库运行调度的依据，真正为提高水库效益服务；(5)通过网络技术，实现大坝安全监测的网络化，以方便经验交流，提高监测技术。 【关键字】大坝安全检测意义方法 大坝是一种特殊建筑物，其特殊性主要表现在如下3个方面：①投资及效益的巨大和失事后造成灾难的严重性；②结构、边界条件及运行环境的复杂性；③设计、施工、运行维护的经验性、不确定性和涉及内容的广泛性。以上特殊性说明了要准确了解大坝工作性态，只能
通过大坝安全监测来实现，同时也说明了大坝安全监测的重要性。事实上，大坝安全监测已受到人们的广泛重视，我国已先后颁布了《水电站大坝安全检查实施细则》、《混凝大坝安全监测技术规范》、《水库大坝安全管理条例》、《土石坝安全监测技术规范》等。同时，国际大坝会议也多次讨论过大坝安全问题。 大坝安全监测是人们了解大坝运行性态和安全状况的有效手段。随着科学技术的发展、管理水平的提高及人们观念的转变，大坝安全监测的内涵也进一步加深。为此，笔者从分析影响大坝安全的因素入手，对大坝安全监测的若干问题进行探讨。 一、影响大坝安全的因素 影响大坝安全的因素很多，由于设计洪水位偏低和泄洪设备失灵引起洪水漫顶而失事；由于地质条件复杂，基础失稳和意外结构事故；由于地下渗漏引起扬压力过高、渗流量增大、渗透坡降过大引起；由于大坝老化、建筑材料变质(开裂、侵蚀和风化)以及施工质量等原因。 大坝失事的原因很多、涉及范围也很广，但大致可以分成3类。第一类是由设计、施工和自然因素引起，
简述大坝安全监测技术探讨
简述大坝安全监测技术探讨 发表时间：2020-03-13T15:20:04.720Z 来源：《福光技术》2019年32期作者：李俊卓 [导读] 在大坝原型中通过利用观测仪器来进行现场测量，以此方式来获取大坝结构变化。本文作者探讨了大坝安全监测技术。 龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂 547000 摘要：大坝安全监测系统作为一种新型技术，在大坝原型中通过利用观测仪器来进行现场测量，以此方式来获取大坝结构变化。本文作者探讨了大坝安全监测技术。 关键词：大坝；安全监测技术；观测仪器 引言 大型水电站坝址地质条件复杂，多处于高震区和高地应力区，一旦失事，将会给下游人民的生命和财产带来重大损失，因此，对大坝进行安全监测非常必要。为了保障大坝建设以及全生命周期运行过程中的长久安全，100 多年以来，人们一直在探索建设更好大坝的相关理念和技术，大坝的施工与运行管理模式经历了简易工具时代，大型机械化时代，直到今天的自动化、数字化、智能化时代。所谓智能大坝（Idam），是基于物联网、自动测控和云计算技术，实现对结构全生命周期的信息实时、在线、个性化管理与分析，并实施对大坝性能进行控制的综合系统 ; 其基本特征是施工、监测数据智能采集进入数据库，监测数据与仿真分析一体化、施工管理和运行控制实时智能化，减少在大坝结构建设运行过程中的人为干预。 1、工程概况 某水库建立于 1985 年，水库的占地总面积为 160.3 平方公里，并且水库的容量为 4780 万立方米。同时这个水库自从建成到至今，给附近的很多省份和市做出了很大的贡献。但是水库在运行的过程中，也出现了很多方面的问题，例如：在 2005 年，就发生了比较严重的管涌和集中渗漏，这样就很大程度的影响了水库运行的安全，倘若其发生安全事故，不仅会直接影响本市的供水情况，还会造成严重的经济损失。针对这样的现状，水利工作人员对水库进行了排险加固，并且完善了水库安全监测设施，与此同时还采用了比较先进的监测方式对大坝进行监测，这样就可以有效的满足水库大坝的安全监测要求，从而就能确保工程项目的顺利实施和开展。 2、大坝的监测内容 检查观测 检查监测是利用人员本身通过观察、手摸或者利用一些简单的工具对建筑物进行简单的观测。使用仪器观测虽然可以得到更为准确的信息，但一个建筑物的仪器安设点数是有限的，太多的仪器设备不利于经济方面的考虑，另外水工建筑物裂缝、渗水等缺陷部位也不一定反生在仪器设备的观测点上，所以人员的检查观测具有相当重要的地位。有利于及时的弥补仪器的不足，及时的发现异常情况的发生。检查观察主要检测建筑物有无裂缝，在坝脚、迎水坡部位有无塌陷、流土和沼泽化的现象，在伸缩缝部位是否有渗漏，混凝土表面有没有松软、侵蚀的危害，有泄水作用的部位检查有无磨损、剥落金属部位的焊缝、铆钉等是否生锈变形。 仪器的量测 仪器量测既是在相应的建筑部位预设仪器设备，通过规律性的采集数据，来判定建筑物的工作状态。 （1）变形观测变形观测是原型观测中较为重要的一部分，要对土工、混凝土、土坝等建筑物观测水平位移和垂直位移、地基的固结沉降情况、伸缩缝的变形等。（2）渗透观测对于土坝类的渗透观测，浸润线的位置变化情况可以通过孔隙水压力仪来确定，根据结构形式、工程等级以及施工方法和地质情况等定出观测断面，观测断面要能够反应出主要的渗流情况和问题可能发生的地点，根据断面的大小确定测量点数。其他还包括渗流量的观测、绕坝渗流观测、坝基渗压观测、土坝孔隙水压力观测以及渗水透明度观测。对混凝土建筑物的渗透观测还要包括坝基场压力观测和混凝土内部渗透渗透压观测。（3）应力与温度观测以混凝土坝的观测为例，通过在混凝土内部埋设应力应变计和无应力计，来观测混凝土内部因为温度、湿度、化学变化以及应力引起的总应变。无应力计主要用来量测温度、湿度以及化学变化引起的应变，总应变减去这一部分就可以得到有荷载引起的应变，换算成应力，既可得出想要的结果。温度对混凝土坝体也有重要的影响，温度观测要在坝体内布设温度计，在靠近坝体表面、在坝体钢管、宽缝、伸缩缝等附近要加大测点的布设密度，和坝体周围的水文地质条件结合起来，对坝体内部温度的出合理的观测处理。（4）水流的观测 主要对水流形态观测，从而得出水流带给建筑物的作用力，避免不利的水流影响。水流平面形态包括水流的流向、回流、旋窝、折冲水流、翻滚。观测时从泄水建筑物开始向上下游两端一直到水流正常的地方。对于高速水流，要着重观测水流引起的振动、压力以及负压进气量等，观测数据可以提供宝贵的经验资料，为维修维护建立有效的依据。 3、大坝安全监测技术 水库大坝的安全监测，首先应该设计科学的大坝安全监测网络系统，选择合适的测点定时定点对大坝坝体和周边地区进行监测，在洪涝季节，还应该加强人工的观察和巡查。对大坝安全监测进行科学的管理，及时对所测得的数据进行分析，及时发现大坝存在的安全隐患。 大坝安全监测系统的设计 水库大坝的安全问题往往比较隐蔽，如果没有科学的监测系统和相关的仪器设备，有些细微隐变难以及时发现，因此，建立一个科学合理的大坝安全监测自动化网络系统，显得尤为重要。大坝安全监测系统首先应该拥有相关的监测仪器和设备，利用仪器对大坝进行变形监测、渗流监测、应力监测和气象水文监测，同时，还应充分利用现代网络技术，利用大坝安全监测软件和计算机网络技术，将所监测到的相关数据及时自动化反馈到计算机平台上，为专家分析相关数据和资料提供方便。 雨水情数据采集前端 RTU 采集降水、库水位等数据，并按整点或超限上报等方式上报给中心，中心的平台软件将数据汇入到水库群监测数据库（2）图片拍照前端RTU 可通过摄像头对现场定时拍照，并将图片上报中心，中心平台可将图片、雨水情监测量关联查看，以准确了解现场实情（3）数据展示与分析平台可提供 GIS 地图综合数据展示、测站综合数据管理、测站详细监测量管理等多种数据分析与展示方式，便于用户快速了解相关信息，也可对某测站进行深入分析（4）通迅方式中心与前端设备的通信以 GPRS/CDMA 通迅方式为主，短信备份为辅（北斗卫星可定制）（5）数据报表库水位、降水量数据据可以生成曲线及报表，支持打印输出（6）监测站管理中心
大坝安全监测的内涵及扩展
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 大坝安全监测的内涵及扩 展 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-7632-80 大坝安全监测的内涵及扩展 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 众所周知，大坝是一种特殊建筑物，其特殊性主要表现在如下3个方面：①投资及效益的巨大和失事后造成灾难的严重性；②结构、边界条件及运行环境的复杂性；③设计、施工、运行维护的经验性、不确定性和涉及内容的广泛性。以上特殊性说明了要准确了解大坝工作性态，只能通过大坝安全监测来实现，同时也说明了大坝安全监测的重要性。事实上，大坝安全监测已受到人们的广泛重视，我国已先后颁布了差阻式仪器标准及监测仪器系列型谱、《水电站大坝安全检查实施细则》、《混凝大坝安全监测技术规范》、《水库大坝安全管理条例》、《土石坝安全监测技术规范》等，同时，国际大坝会议也多次讨论过大坝安全问题［1］。 大坝安全监测是人们了解大坝运行性态和安全状
水库大坝安全监测
水库大坝安全监测系统 1.概述 大坝是进行水资源管理的一个 重要和不可或缺的建筑。大坝形状 各异，从小规模的水坝到大型混凝 土大坝，大坝的安全监测对于大坝 校核设计、改进施工和性能评价都 有重大意义。同时，连续长期的大 坝安全监测系统，能够提供溃坝通 知预警，对于保护下游人民生命财 产安全具有重大意义。所有大坝均需要某种形式的监测，北京七维航测公司提出了实施有效的大坝监测解决方案。 2.大坝安全监测内容、方法及仪器 监测内容：水库水位，水压，渗流，流量， 电导率，风力，相对湿度，空气和水的温度以及 大坝坝体地表位移监测。 项目组成：数据记录仪，水压计，水位计、 钢筋计、测缝计、沉降仪、倾斜仪，水质探测器， GPS定位系统，数据库工具，数传系统，预警系 统等。 3.大坝安全监测系统介绍 大坝安全监测系统能实现全天候远程自动监测，本项目中使用的各种传感器使用监测站数据记录仪实现自动监测，并且进入相关数据库。同样，监测系统也具备人工观测条件，观测人员可携带读数仪或笔记本电脑到各监测站读取数据。 大坝远程监测系统可以记录下监测对象完整的数据变化过程，并且借助于光纤网络数传系统实时得到数据，同时将数据传送到网络覆盖范围内的任何需要这些数据的部门，非网络覆盖范围内可通过无线基站、GSM(GPRS)、CDMA等实现远程数据无线传输。
某项目中大坝安全监测传感器位置分布图1）为了解坝体和坝基的渗流压力，通过埋设渗压计来观测坝体的渗流压力分布情况和浸润线位置以及坝基渗流压力分布情况。 2）为了解大坝上下游水位情况，分别设置水位计来观测大坝的上下游的水位。 3）大坝坝体地表位移监测是为了了解大坝地表水平变形和垂直变形情况。监测仪器采用了GPS-RTK测量系统，这一新技术下的工程测量系统取代传统的测距仪，可以实现无人值守及自动监测报警。 4. 大坝安全监测系统组成 本系统由三部分组成： 1）现场量测部分； 2）远程终端采集单元MCU； 3）管理中心数据处理部分； 大坝安全监测数据采集系统 采用分层分布开放式结构，运行 方式为分散控制方式，可命令各 个现地监测单元按设定时间自动 进行巡测、存储数据，并向安全 监测中心报送数据。系统监测站 的MCU与监控中心之间的网络通 信采用光缆。数据采集系统将各 个监测站内的监测数据采集上来，然后在数据处理工作站和数据分析工作站进行数据的处理与分析，并将原始数据和处理结果存入主数据库和备份数据库中。 5. 大坝安全监测系统硬件设计 1)智能数据采集器A/D转换达到16位，可以保证高精度；可同时连接系统
大坝安全监测技术研究 廖嘎
大坝安全监测技术研究廖嘎 发表时间：2019-06-21T11:06:56.980Z 来源：《电力设备》2019年第1期作者：廖嘎 [导读] 摘要：保证大坝安全运行的重要手段就是对大坝进行安全监测，并确保大坝安全监测系统能长期稳定、实时、精确及可靠地进行数据的采集。 （广西桂东电力股份有限公司合面狮水力发电厂广西省贺州市 542800） 摘要：保证大坝安全运行的重要手段就是对大坝进行安全监测，并确保大坝安全监测系统能长期稳定、实时、精确及可靠地进行数据的采集。国家在大坝安全监测自动化设备的研制和生产方面投入了大量的人力、物力和财力，从而使我国的大坝安全监测技术得以飞速发展。在发展的同时也暴露了一些问题，传统的大坝安全监测技术仍有待于发展，比如要对传感器的可靠性以及稳定性等方面进行优化，要做到因地制宜地选取适合于大坝的安全监测系统。本文就此展开了论述，以供参阅。 关键词：大坝安全；监测技术 1大坝安全监测的重要意义 大坝建造在复杂的水文地质和工程地质环境中，运行中的大坝不仅承受着巨大的水压力和温度等环境荷载，有时还会受到地震荷载的冲击，工作条件极为复杂。同时，由于材料性能、施工过程中造成的人为影响等因素，随着使用年限的增长，大坝也会出现不同程度的老化、病变和裂缝等问题。这些缺陷或隐患若不能及时被诊断发现并解决，将随时可能影响到大坝的安全运行，严重时还会造成灾难性事故。目前，国内已建成大坝8．6万多座，其中大部分是20世纪50～60年代修建的中小型土石坝，这些大坝或没有布设安全监测设备，或设备仪器落后，其病害十分严重。此外，随着时间流逝，一些早年布置了监测设备的大坝也出现了老化和安全问题。大坝安全监测问题已不容忽视，令人欣慰的是：近年来已得到国家的高度重视。造成大坝失事的原因很多，主要有：（1）坝体泄水能力不足或遭遇超标准的洪水；（2）坝体质量和基础存在问题；（3）其他运行管理方面引发的问题。土石坝失事的主要原因是渗透破坏和坝坡失稳，表现为坝体渗漏、坝基渗漏、塌坑、管涌、流土及滑坡等现象。据统计，在失事大坝中，仅有35%是由于其自身泄洪能力不足，也就是勘测设计中存在洪水计算和防洪能力方面的问题；大部分大坝失事仍是由于其他工程原因或运行管理问题造成的，而这些问题却是可以通过加强安全监测及早发现问题并及时处理解决的。因此，建设和完善大坝安全监测设施重要且必需。 2大坝安全监测系统结构 2.1集中式监测数据采集系统 集中式监测数据采集系统只有一台测控单元，安放于远离测点现场的监控室内，测点现场安装切换单元（集线箱、开关箱），由电缆将传感器信号通过切换单元接入到测控单元中。测量时由测控单元直接控制切换单元，对所有测点的传感器进行逐个测量。这种系统在传感器-切换单元-测控单元之间传送的是电模拟量，且连接电缆一般较长，易于受到干扰，所以对连接电缆的要求较高（芯数、阻抗特性、屏蔽、绝缘电阻等）。集中式系统虽然结构简单，但其可靠性较低，且测量时间长，不易扩展等。当测控单元发生故障时，整个系统运行即告中断。 2.2分布式数据采集系统 分布式数据采集系统由计算机、测控单元及传感器组成。这种系统将集中式测控单元小型化，并和切换单元集成到一起，安放于测点现场，每个测控单元连接若干个传感器，测控单元将监测量变换成数字量，由"数据总线"直接传送到监控微机中。分布式数据采集系统与集中式数据采集系统相比，有下列优点：（1）可靠性得到了提高，因为每台测控单元均独立进行测量，如果发生故障，只影响这台测控单元上所接入的传感器，不会使系统全部停测。（2）抗干扰能力强，分布式数据采集系统的数据总线上传输的是数据信号，因此采用一般的通讯电缆即可，接口方便，抗干扰能力强，目前普通采用的通讯制式有RS-232/RS-485/RS-422。（3）测量时间短，每台测控单元可同时进行测量，系统测量时间只取决于单台测控单元的时间，因此测量速度快，特别适合于那些物理量和效应量变化较快的水工建筑物，能够满足实时安全监控的需要。同时，测量速度快，保证了各测点各类监测量在一个几乎相同的短时间内测完，使监测参数基本同步，便于比较分析。（4）便于扩展，只需在原有系统上延伸数据总线，增加测控单元，就可以在不影响原有系统正常运行的情况下扩展系统，将更多的传感器接入。目前在国内已建成的大坝安全监测数据采集系统中绝大部分是分布式监测数据采集系统。 2.3现场总线式数据采集系统 现场总线技术于80年代初提出，经过近二十年的发展，技术上越来越成熟。现场总线是用于现场仪表与测控系统和监控中心之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、多变量、多点、多站的分布式通讯系统，按ISO的OSI标准提供网络服务，其可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，通讯速率快，造价低，维护成本低。现场总线的基本内容是在测控现场建立一条高可靠性的数据通讯线路，实现传感器之间及传感器与监控计算机之间的数据交换。这条数据通讯线路在传输方面不追求商业计算机网络那种高速度，而把注意力集中在系统的可靠性方面。在可靠性方面，不是简单采用传统的多机冗余方式，而是试图提高网络自身的可靠性。在这种网络中，引入自带测量、状态检测、控制器和数据通讯能力的智能传感器，组成现场总线监测网络，原来前置机的测控功能和数据通讯功能，被下装到传感器中，而原来的系统管理、后台数据处理、系统组态等功能被上装到管理级计算机中。在这种系统中，系统监测功能和监测点可根据需要在网络上的任何一点灵活设置，实现动态组态功能。 3针对大坝安全监测采取的有效措施 3.1加强组织管理工作 部分管理层对大坝的安全监测问题不够重视，他们将工作重心放在了投资建设方面，不能意识到大坝安全监测的重要性。因此，为了防患于未然，需要大力提高管理层对大坝安全性的认识，使其意识到组织管理工作的重要性。管理人员要制定好相关的规章制度，做好考核与监督工作，通过管理使大坝安全监测工作顺利进行，这样才能尽可能避免因人为因素而导致大坝安全监测方面发生的意外情况。 3.2提高水利工程大坝安全监测技术人员的专业素质 目前，我国水利工程大坝的安全监测技术人员都存在专业素质不高的问题，为了加强对我国水利工程大坝的安全监测控制，水利部门要提高安全监测技术人员的专业素质。首先，要定期地对安全监测技术人员进行培训，加强对安全监测技术人员的操作培训，特别是在引进相关的安全监测计算机系统和信息系统等技术的情况下，要保证这些先进系统的运行，就必须提高安全监测技术人员的专业素质，保证技术人员能熟地练操作这些系统，从而更好地对水利工程大坝开展安全监测，保证水利工程大坝的安全运行。
水库大坝安全监测管理系统建设方案
水库大坝安全监测管理系统 建设方案
目录 1.项目概述 (1) 1.1.项目名称 (1) 1.2.项目背景 (1) 1.3.建设依据 (2) 2.总体设计 (4) 2.1.总体目标 (4) 2.2.设计原则 (5) 2.2.1.标准化原则 (5) 2.2.2.稳定性原则 (5) 2.2.3.安全性原则 (5) 2.2.4.先进性原则 (6) 2.2.5.易用性原则 (7) 2.2.6.可扩展性原则 (7) 2.2.7.可维护性原则 (8) 2.3.总体架构 (9) 2.3.1.采集层 (10) 2.3.2.通信层 (11) 2.3.3.网络层 (12) 2.3.4.数据层 (12) 2.3.5.应用层 (12) 2.4.应用架构 (13) 2.5.技术路线 (14) 2.5.1.技术方法 (14) 2.5.2.技术路线 (17) 2.6.数据库设计 (19) 2.6.1.历史数据库设计 (19) 2.6.2.历史数据 (20) 2.6.3.统计数据 (22) 2.6.4.临时表 (22) 2.6.5.数据冗余处理 (23) 2.6.6.数据库安全 (24) 2.6.7.数据库管理设计方案 (25) 2.7.标准化体系设计 (29) 3.系统设计 (31) 3.1.信息流程 (31) 3.2.系统结构 (33) 3.2.1.传感器 (34) 3.2.2.测控单元 (34) 3.2.3.通信系统 (35) 3.3.信息采集系统 (35) 3.3.1.测控单元 (36) 3.3.2.变形监测 (38)
3.3.3.渗流监测 (39) 3.3.4.应力（压力）、应变及温度监测 (40) 3.3.5.环境量（水文气象）监测 (40) 3.4.业务应用系统 (41) 3.4.1.技术架构 (41) 3.4.2.数据模型 (42) 3.4.3.系统功能 (42) 4.基础工程 (46) 4.1.测压管钻造 (46) 4.1.1.钻孔 (46) 4.1.2.埋设测压管 (46) 4.1.3.注水试验 (47) 4.1.4.埋设渗压传感器 (48) 4.2.量水堰建设 (49) 4.3.变形观测设施建设 (50) 4.4.接地系统设计 (52) 5.硬件清单 (52) 6.项目实施保障 (56) 6.1.系统进度计划 (56) 6.2.质量保证措施 (57) 6.2.1.软件开发各阶段需要提交的文档 (57) 6.2.2.过程管理 (58) 6.2.3.需求管理 (58) 6.2.4.项目计划 (58) 6.2.5.项目跟踪与监控 (59) 6.2.6.软件质量保证 (60) 6.2.7.集成软件管理 (61) 6.2.8.软件产品工程 (62) 6.2.9.组间协调 (63) 6.2.10.评审 (63) 6.2.11.培训 (64) 6.3.软件开发过程 (64) 6.3.1.采用基于里程碑的生命周期模型 (64) 6.3.2.采用迭代化的开发模式 (66) 6.3.3.迭代过程与传统的瀑布模型相比较 (67) 6.4.质量管理 (68) 6.4.1.测试 (68) 6.4.2.评审 (69) 6.4.3.SQA(软件质量保证) (69) 6.5.软件品质保证 (70) 6.5.1.需求阶段 (70) 6.5.2.设计阶段 (70) 6.5.3.编码阶段 (71) 6.5.4.测试阶段 (71)
大坝安全监测自动化系统的运行与维护
大坝安全监测自动化系统的运行与维护概况： 大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察;"监测"既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测，也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。 一、大坝安全自动监测系统 系统由三部分组成： ●现场量测部分（传感器） ●数据采集模块（CCU） ●远程终端采集单元（MCU） 系统监测内容、方法及仪器 ●大坝区降雨强度和雨量监测：采用翻斗式雨量计测量降雨量和降雨强度。 ●大坝浸润及坝顶基渗压监测：通过埋设渗压计来观测坝体的渗流压力分布情 况和浸润线位置及坝基渗流压力分布情况。 ●大坝渗流量监测：在大坝下游设置水堰，安装量水堰计以监测大坝渗流量。 二、大坝安全监测自动化系统的运行操作 ●传感器 可根据实际需求，在监测范围内安装各种传感器。 一般常用的有：渗压计、混凝土应变计、应力计、多点位移计、测缝计、水位计、钢筋计、倾角计、测力计、气压计、温度计、压力盒、风速计、风向仪、蒸发仪等遥测设备。 ●数据采集模块（CCU）控制运行操作 1.每周二次自动化监测系统巡测，可采取中央控制方式，也可采用自动控制方式运行。每周施测时间如无特殊情况应固定不变，规定在每周二、周五上班后半小时内进行。 2.在汛期高水位，低温高水位，以及某些部位出现异常等情况下，可根据有关领导决定加密测次并采取自动控制方式运行。
3.正常情况下，数据采集模块处于工作状态，显示器可以关掉运行。 4.数据采集模块控制测量步骤： 1)数据采集模块向各远程终端采集单元提供的系统工作电源(220VAC50Hz)和系统加热电源(220VAC50Hz)应可靠工作。 2)MCU的RS－422通讯总线接入数据采集模块（CCU）的RS－485通讯卡的1口。 3)数据采集模块在WindowsXP环境下运行“大坝安全监测数据采集系统软件”。 4)首先数据采集模块进行系统自检，自检完毕后查阅自检结果。若系统正常，进行正常自动化测量。若系统不正常，根据系统维护规程进行维修，若维修不了即和厂方联系。 5)读取各远程终端采集单元自报数据入库。 6）进行系统巡测。 7)对本次系统巡测的所有数据进行浏览，检查数据采集情况和数据可靠性。 ●中心站主机远程控制数据采集模块运行操作 1、远程终端采集单元的RS－422通讯总线接入CCU的RS－485通讯卡的1口。 2、数据采集模块的RS－422通讯总线一端接入数据采集模块的RS－485通讯卡的2口，另一端接入主机的RS－485通讯卡的1口。 3、在主机上即可进行远控自动化数据采集。 4、测量完毕后，逐级退出系统，再关机。 ●主机直接远程控制各MCU测量的操作 1、数据采集模块的RS－422通讯总线一端通过总线驱动器接入MCU的RS－422通讯总线的另一端，另一端接入主机的RS－-485通讯卡的1口。 2、数据采集模块向各远程终端采集单元提供正常的系统工作电源(220VAC50HZ)和系统加热电源(220VAC50HZ)。 3、主机在WindowsXP环境下运行“大坝安全监测数据采集系统软件”。 4、进行远控自动化数据采集。 5、测量完毕后，逐级退出系统，再关机。 三、大坝安全监测自动化系统维护 ●巡视维护周期确定 每一个月进行一次系统巡视维护。正式运行的第三年到第七年，每个季度巡