论文部分内容阅读
[摘 要]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。
[关键词]大坝安全 监测数据 工程管理
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-0526-01
随着水资源开发与利用的发展，大坝安全问题日益突出。大坝安全监测是人们了解大坝运行状态和安全状况的有效手段，也是对大坝的结构状态和安全状况做出准确评价的基础。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。
一、影响大坝安全的因素
大坝事故的原因很多、涉及范围也很广，但大致可以分成三类。第一类是由设计、施工和自然因素引起，它没有一个从量变到质量的过程，而是一旦大坝建成就已确定了，如设计洪水位偏低、混凝土标号过低、未考虑地震荷载等；第二类是在运行、管理过程中逐步形成的，有一个从量变到质变的发展过程，如冲刷、浸蚀、混凝土的老化、金属结构的锈蚀等；第三类是上述两种混合情况，即设计、施工中的不完善在运行中得不到改正，或者说随着时间的推移和运行管理的不力使设计、施工中的隐患发展为破坏。
（一）设计阶段
在设计阶段，坝址的确定决定了地形、地质、地震发生频率及水文条件等；枢纽的总体布置、坝型及结构、材料选择和分区、水文资料的收集及洪水演算、地质勘探等都将影响大坝的安全。
（二）施工阶段
施工阶段能否贯彻设计意图、确保施工质量，特别是有效解决施工中发现的新问题是确保大坝安全的关键因素之一，如混凝土坝的温控措施、土石坝的碾压及防渗排水结构的施工、有关泄洪建筑物的机电安装等都将直接影响大坝的安全。某水库大坝在施工中，其坝体碾压没有达到工程质量要求，至使后期工程加固维修；水库大坝迎、背水坡工程施工时，所用石料来自开挖溢洪道的碴石，抗风化能力极低，后期对对大坝护坡进行更新改造。
（三）运行阶段
运行管理涉及水库调度、大坝及附属机电设施检查、监测手段及资料分析方法、大坝安全状况评价等，其中每一环节都事关大坝的安全。如清河水库运行五十年来出现的防浪墙裂缝、测压管70%堵塞、监测系统滞后、出口闸门设备老化等安全问题。
二、大坝安全监测的内容
（一）设计阶段
在工程的设计阶段，地质条件、结构稳定性和材料参数是安全监测的主要对象。由于坝址的确定对地质条件要求较高，地质条件的监测需要借助于勘探仪器和资料分析等方法，结构的稳定性监测主要通过模型试验进行，以直观了解结构各部分工作和安全隐患的部位和位置。利用配套仪器设器设备进一步了解材料的各种参数、性能，做到最优配置。
（二）施工阶段
在施工方法和措施满足规范要求的前提下，对施工材料组成以及各项性能参数进行满足设计要求的校验。在大体积混凝土施工中，温度控制是施工中的关键，必须对温度控制措施的效果进行严格监测。在土石坝及防渗排水结构的施工中，碾压程序必须严格控制并对密实度作监测。
（三）运行阶段
利用运行期监测得到的监测资料建立监控模型，初步了解大坝的安全状况和发展趋势。由于目测和监测数据反映的是大坝形态的外部特征，对于具体的隐患部位和危险程度，还需要借助内部陷患控测仪器。监测物理量主要有变形、渗流、应力应变、温度等。
（四）老化阶段
随着材料的逐渐老化，材料的性能有所下降，大坝整体性能也会降低。这时的常规监控模型难以准确描述大坝实际运行形态，此时大坝安全监测的重点内容转为监测混凝土材料和混凝土内部所配钢筋的老化程度等。老化程度监测通要用声波、取样分析和水质分析等方法来了解混凝土强度、孔隙率和水对混凝土的侵蚀程度。
三、大坝安全管理系统和监测数据仓库系统解决的问题
通过以上分析可知，影响大坝安全的因素很多，并且时间跨度大（从设计施工到运行管理）。大坝安全监测的目的是为了在确保工程安全的前提下，更好地发挥工程效益。下文笔者将以某大坝为例，分析大坝安全管理系统以及见车数据仓库系统所需解决的问题。
（一）解决多数据源问题
大坝安全监测数据分布在不同的系统平台上，在普通的应用环境中很难将这些分布混乱的数据高度集中并充分利用起来。而“大坝安全监测管理应用系统与数据仓库管理系统”可通过系统中的“数据分类程序”、“数据分发程序”解决这一难题。
（二）解决数据格式的不一致性的问题
大坝安全监测的某项观测数据采集年代不同、使用的仪器和设备不同、数据存储格式与精度也不同，在实际工作中显得异常突出。传统的数据模型成果分析系统却很难将这些数据正确地综合系统中的“数据计算程序”、“数据格式转换程序”、“数据分类程序”、解决这一难题。
（三）解决无法充分利用历史数据问题
历史数据大坝监测资料成果分析中起着非常关键的作用。而历史数据大多被存储在磁带、光盘和数据资料本中，要查询历史数据想查询、分析历年的数据将非常困难。数据仓库系统中主要存储的就是历史数据和各类汇总数据，基于历史数据的分析在数据仓库系统中则显得易如反掌。
（四）分析的效率提高
通常进行数据分析时，势必要进行大量的计算、整理、汇总，实际工作效率极低。而丹江口大坝安全管理系统与监测数据仓库管理系统的联合应用節的解决了这个难题，因为在数据仓库内存储的是经过预先计算、整理、分析、汇总过的各类数据集，决策分析主要是针对这些汇总数据进行的，效率则会显著提高。
（五）快速随机查询分析
大坝安全管理系统中的“决策查询系统”、“管理分析系统”运用数据仓库的联机查询处理工具，快捷、交互地訪问各种处理好的优化信息数据、视图，帮助数据分析人员、决策人员、管理人员洞察数据深处，掌握陷于其中的规律。
大坝监测数据仓库系统针对各监测项目按照各种分类分别建立的多维关系型数据流。支持多维数据分析等当今尖端技术，同时进智能化、专家化系统进行数据分据、可解决困扰决策的诸多问题。这是传统的关系型数据库所无法替代的。
科学、合理的监控指标，是大坝安全监控体系的核心和灵魂所在，缺此，监控体系是不完整的，在关键时刻发挥不了作用，所以拟定监控指标应列大坝安全监测资料分析和安全检查的一个基本组成部分。随着监测仪器和技术的不断更新，资料分析处理和综合评判方法的改进，将有力的促进大坝安全监控的自动化发展，大坝的安全监控和管理水平将会迅速提高，并在减灾防灾中发挥更大的作用。
[关键词]大坝安全 监测数据 工程管理
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-0526-01
随着水资源开发与利用的发展，大坝安全问题日益突出。大坝安全监测是人们了解大坝运行状态和安全状况的有效手段，也是对大坝的结构状态和安全状况做出准确评价的基础。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。
一、影响大坝安全的因素
大坝事故的原因很多、涉及范围也很广，但大致可以分成三类。第一类是由设计、施工和自然因素引起，它没有一个从量变到质量的过程，而是一旦大坝建成就已确定了，如设计洪水位偏低、混凝土标号过低、未考虑地震荷载等；第二类是在运行、管理过程中逐步形成的，有一个从量变到质变的发展过程，如冲刷、浸蚀、混凝土的老化、金属结构的锈蚀等；第三类是上述两种混合情况，即设计、施工中的不完善在运行中得不到改正，或者说随着时间的推移和运行管理的不力使设计、施工中的隐患发展为破坏。
（一）设计阶段
在设计阶段，坝址的确定决定了地形、地质、地震发生频率及水文条件等；枢纽的总体布置、坝型及结构、材料选择和分区、水文资料的收集及洪水演算、地质勘探等都将影响大坝的安全。
（二）施工阶段
施工阶段能否贯彻设计意图、确保施工质量，特别是有效解决施工中发现的新问题是确保大坝安全的关键因素之一，如混凝土坝的温控措施、土石坝的碾压及防渗排水结构的施工、有关泄洪建筑物的机电安装等都将直接影响大坝的安全。某水库大坝在施工中，其坝体碾压没有达到工程质量要求，至使后期工程加固维修；水库大坝迎、背水坡工程施工时，所用石料来自开挖溢洪道的碴石，抗风化能力极低，后期对对大坝护坡进行更新改造。
（三）运行阶段
运行管理涉及水库调度、大坝及附属机电设施检查、监测手段及资料分析方法、大坝安全状况评价等，其中每一环节都事关大坝的安全。如清河水库运行五十年来出现的防浪墙裂缝、测压管70%堵塞、监测系统滞后、出口闸门设备老化等安全问题。
二、大坝安全监测的内容
（一）设计阶段
在工程的设计阶段，地质条件、结构稳定性和材料参数是安全监测的主要对象。由于坝址的确定对地质条件要求较高，地质条件的监测需要借助于勘探仪器和资料分析等方法，结构的稳定性监测主要通过模型试验进行，以直观了解结构各部分工作和安全隐患的部位和位置。利用配套仪器设器设备进一步了解材料的各种参数、性能，做到最优配置。
（二）施工阶段
在施工方法和措施满足规范要求的前提下，对施工材料组成以及各项性能参数进行满足设计要求的校验。在大体积混凝土施工中，温度控制是施工中的关键，必须对温度控制措施的效果进行严格监测。在土石坝及防渗排水结构的施工中，碾压程序必须严格控制并对密实度作监测。
（三）运行阶段
利用运行期监测得到的监测资料建立监控模型，初步了解大坝的安全状况和发展趋势。由于目测和监测数据反映的是大坝形态的外部特征，对于具体的隐患部位和危险程度，还需要借助内部陷患控测仪器。监测物理量主要有变形、渗流、应力应变、温度等。
（四）老化阶段
随着材料的逐渐老化，材料的性能有所下降，大坝整体性能也会降低。这时的常规监控模型难以准确描述大坝实际运行形态，此时大坝安全监测的重点内容转为监测混凝土材料和混凝土内部所配钢筋的老化程度等。老化程度监测通要用声波、取样分析和水质分析等方法来了解混凝土强度、孔隙率和水对混凝土的侵蚀程度。
三、大坝安全管理系统和监测数据仓库系统解决的问题
通过以上分析可知，影响大坝安全的因素很多，并且时间跨度大（从设计施工到运行管理）。大坝安全监测的目的是为了在确保工程安全的前提下，更好地发挥工程效益。下文笔者将以某大坝为例，分析大坝安全管理系统以及见车数据仓库系统所需解决的问题。
（一）解决多数据源问题
大坝安全监测数据分布在不同的系统平台上，在普通的应用环境中很难将这些分布混乱的数据高度集中并充分利用起来。而“大坝安全监测管理应用系统与数据仓库管理系统”可通过系统中的“数据分类程序”、“数据分发程序”解决这一难题。
（二）解决数据格式的不一致性的问题
大坝安全监测的某项观测数据采集年代不同、使用的仪器和设备不同、数据存储格式与精度也不同，在实际工作中显得异常突出。传统的数据模型成果分析系统却很难将这些数据正确地综合系统中的“数据计算程序”、“数据格式转换程序”、“数据分类程序”、解决这一难题。
（三）解决无法充分利用历史数据问题
历史数据大坝监测资料成果分析中起着非常关键的作用。而历史数据大多被存储在磁带、光盘和数据资料本中，要查询历史数据想查询、分析历年的数据将非常困难。数据仓库系统中主要存储的就是历史数据和各类汇总数据，基于历史数据的分析在数据仓库系统中则显得易如反掌。
（四）分析的效率提高
通常进行数据分析时，势必要进行大量的计算、整理、汇总，实际工作效率极低。而丹江口大坝安全管理系统与监测数据仓库管理系统的联合应用節的解决了这个难题，因为在数据仓库内存储的是经过预先计算、整理、分析、汇总过的各类数据集，决策分析主要是针对这些汇总数据进行的，效率则会显著提高。
（五）快速随机查询分析
大坝安全管理系统中的“决策查询系统”、“管理分析系统”运用数据仓库的联机查询处理工具，快捷、交互地訪问各种处理好的优化信息数据、视图，帮助数据分析人员、决策人员、管理人员洞察数据深处，掌握陷于其中的规律。
大坝监测数据仓库系统针对各监测项目按照各种分类分别建立的多维关系型数据流。支持多维数据分析等当今尖端技术，同时进智能化、专家化系统进行数据分据、可解决困扰决策的诸多问题。这是传统的关系型数据库所无法替代的。
科学、合理的监控指标，是大坝安全监控体系的核心和灵魂所在，缺此，监控体系是不完整的，在关键时刻发挥不了作用，所以拟定监控指标应列大坝安全监测资料分析和安全检查的一个基本组成部分。随着监测仪器和技术的不断更新，资料分析处理和综合评判方法的改进，将有力的促进大坝安全监控的自动化发展，大坝的安全监控和管理水平将会迅速提高，并在减灾防灾中发挥更大的作用。