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大壩安全監測項目設置和測點布置研究

文檔作者：江偉國蘇玉蓮徐瑩文檔來源： 1．東南大學信息科學與工程學院 2．水利部南京水利水文自動化研究所 3．三明中銀斑竹水電有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年04月13日
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第3期
2008年9月
水利水文自動化
AutomHion in Water Resources and Hydrology
NO．3
Sep．，2008
大壩安全監測項目設置和測點布置研究
江偉國 ，蘇玉蓮。，徐瑩
(1．東南大學信息科學與工程學院，江蘇，南京210096；
2．水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇南京210012；
3．三明中銀斑竹水電有限公司，福建三明360000)
摘要：分析了我國大壩安全監測設計的現狀，提出了以規范為基礎，以風險分析為補充，參考數值計算和模
型實驗結果的大壩安全監測項目和測點布置方法。根據國際大壩委員會有關建議，結合新疆恰拉工程的具體情
況給出了風險計算成果并用于指導監測設計，為大壩安全監測項目和測點布置提供了參考。
關鍵詞：大壩安全監測；監測項目；測點布置；風險分析；監測規范
中圖分類號：TV698．1 文獻標識碼：A 文章編號：1672—3279(2008)03—0006—08
監測項目設置和測點布置是大壩安全監測設計中
的基本內容，對減少大壩安全風險、提高監測系統的
有效性和針對性具有十分重要的意義。而目前大壩安
全監測設計中許多都是照搬規范，因此有必要對此進
行深入研究。
1 基于規范的監測項目設置和測點布置
到目前為止，有兩類規范對監測項目和測點布
置進行了比較明確的規定。一類是通用監測技術規
范，具體是DL／T5178—2003《混凝土壩安全監測技術
規范》和SL60—94《土石壩安全監測技術規范》，這
兩本規范將監測項目分成必選和可選兩類項目；另一
類規范是針對具體大壩，如大壩(分重力壩、拱壩、
土石壩等)、水閘、堤防等專用設計和施工，以及運
行管理和安全鑒定專用規范。專用規范中有些將監測
項目分成一般性和專門性兩種，前者對應必選監測項
目，后者對應可選監測項目。專用規范針對大壩的具
體結構、運行和安全特點，通用監測技術規范是對專
用規范的有效補充和說明。顯然，在安全監測設計過
程中應該將兩類規范結合起來，才能使監測設計具有
針對性。在規范使用過程中需要注意如下問題：
(1)兩類規范對監測項目設置和測點布置只是規
定了一般原則，在具體設計時還需要根據大壩的具體
情況進行優化設置；
(2)自動化技術規范和儀器系列型譜針對一般和
成熟的儀器及系統進行了說明，在具體設計時，僅熟
悉這些規范是不夠的，還要考慮規范制定的原因和技
術的發展；
f3)對于漿砌石壩(包括重力壩和拱壩)，按主
要建筑材料分類，應歸于土石壩范疇，但實際上其結
構和破壞形式與混凝土壩更加接近，因此在進行監測
設計時通用監測技術規范應參照《混凝土大壩安全監
測技術規范》；
(4)對于由多種壩型，如混凝土壩和土石壩組成
的水利樞紐，在進行監測設計時應分別參照相應的通
用和專用設計規范。
2 以風險分析為補充的監測項目設置和測點
布置
2．1 必要性和可行·陛分析
由于每座大壩在結構、地質、運行工況和周邊環
境等方面存在差異，且隨著時間的推移，大壩運行環
境和材料發生變化，大壩的安全狀況，特別是安全
風險會發生變化。即使工程等級相同的大壩，由于設
計、施工等的不同，其安全風險也可能存在很大的差
異。因此僅從工程等級上進行監測項目設置和測點布
置，還難以達到安全監測的目的。盡管在工程等級劃
分過程中已經考慮到下游可能的損失，但是樞紐等級
劃分是以庫容等因素為主的，工程建成后，大壩材料
及基礎力學和滲流性能都會發生變化，其影響區域的
人口數量、資源和環境因素等也都在變化，而目前的
監測設計難以全面體現這種差異和動態變化，同一工
程等級的大壩或同一座大壩不同時期失事概率和失事
后的損失都明顯不同。因此以減少結構安全風險為目
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第3期 江偉國等：大壩安全監測項目設置和測點布置研究 7
的， 以減少自動監測系統工程(投資)風險為手段，
以此來指導大壩的安全監測及其自動化工作十分必
要。風險分析方法將對結構安全風險和監測系統工程
風險結合起來，同時撇開了混凝土壩與土石壩之間的
人為分類，也有利于理論依據的統一。
2．2 風險分析
2．2．1 風險內涵
風險包括建筑物安全風險和監測系統風險。在具
體分析時，既要考慮各影響因素在時間上的先后和空
間分布， 同時也要考慮各因素之間的相關性和不相
容性。損失即包括投資和效益損失，也包括生命財產
損失、生態環境破壞和社會影響等因素。建筑物安全
風險是確定項目投資和規模的關鍵因素，各種風險的
大小直接對應相關監測項目的投資，風險大的大壩應
該加大投資，風險小的大壩可減少安全監測的投資。
建筑物各部分(細部結構)的安全風險大小將為測點
布置提供依據，風險大的部位設置較多的測點，風險
小的部分可以減少測點布置。從某種意義上講，安
全監測系統不能增加大壩的安全性(如強度、穩定性
等)，但能減少建筑物的安全風險。顯然，要使安全
監測自動化系統真正達到上述目的，只有從監測項目
設置、測點布置、自動監測方法選擇、儀器和系統選
型、安裝調試和運行維護全過程加以把握方能實現。
(1)大壩安全風險
影響大壩安全的因素可以分成傳統和非傳統兩種
因素。傳統因素包括由于設計、施工、結構、閘門控
制等機電設備， 以及氣候、地質、高邊坡、運行等方
面原因造成的大壩安全失事；非傳統因素包括上游水
庫失事、戰爭、恐怖襲擊等。影響建筑物安全風險的
因素還包括工程投資及社會和經濟效益、失事后的社
會和經濟影響、運行管理規章制度和人員素質、下游
人口分布及素質、緊急預案與抗災救災措施等。
大壩風險分析方法包括定性和定量兩種。在風險
分析過程中，還必須考慮數值計算和模型實驗的成
果，具體原因如下： 、
① 對于采用新材料、新結構或建立在復雜地質
條件下的超大型大壩，數值仿真和模型實驗是了解建
筑物各部分安全度和破壞過程的有效方法。利用上述
兩種方法有利于初步判定結構可能的失效模式、參數
靈敏性、失事過程及其后果模擬。
② 從防災減災的角度，安全監測重在發現安全
隱患。針對具體的工作環境，結構最有可能開始破壞
(進入塑性區)部位、最敏感反應物理量等都需要數
值仿真計算和模型試驗確定。另外從滿足監測設計假
設的角度，如混凝土內應變計組布置需要滿足小應變
梯度假設，這些也需要數值計算加以證實。
③ 在儀器量程、安裝方位的確定過程中，雖然
可以參照類似工程，但由于大壩的個體差異較大，針
對具體工程的數值計算結果，對確定儀器量程等參數
具有十分重要的參考價值。
(2)監測系統風險
監測系統風險從小的方面講是監測系統失效概率
及其投資的乘積，從大的方面講是由于系統失效或達
不到預期功能而使大壩安全風險未能降低的值。由于
后者計算比較困難，本文只考慮前者。但在自動監測
系統建設過程中，必須認識到后者的重要性。
2．2．2 風險分析的簡化方法
(1)建筑物安全風險
嚴格按照荷載、結構和地質條件的概率分布及
功能函數，并在此基礎上考慮失事損失的風險分析
方法過程比較復雜，且許多損失難以采用定量的方
式加以描述， 因此考慮結構體系失效及其損失的風
險分析方法目前尚缺乏實用性。為此采用國際大壩
委員會第41期會刊推薦的風險度方法對大壩進行風
險分析，風險指數估算表中考慮的大壩風險因素如
表1所示。表1從環境、庫容、大壩設計施工運行和
下游情況等方面評價大壩風險，基本考慮到失事概
率和損失兩個方面內容。
根據各因素的不同程度、大小，可由式(1)～(4)
計算建筑物安全總風險指數：
1 5
E=÷ ×Σas (1)
J J=1
1 9
F：÷ ×Σ嘶 (2)
葉 J=6
1 11
R=÷ × Σ嘶 (3)
= 1O
總~ ag=EFR f4)
其中嘶的取值區間為1～6的整數，如對水庫庫容
的規定 。。的取值分別為1、2、3、4、5，各自對應庫容
為<10 、10 ～10 、10 ～10 、10 ～10 和>10 m 。
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8 水利水文自動化 2008．3
其它 具體含義及取值可以參見國際大壩委員會41期
會刊。由于該方法為大壩安全風險分析的簡化方法，
因此在嘶分級取值時大都采用了定性描述，各指標的
權重也取為相同。
(2)監測系統風險
監測系統風險可以用系統失效概率與投資乘積加
以表示。其中系統投資包括系統在整個生命周期中的
費用，包括設計、施工、配套土建、運行維護、人員
培訓及工資、系統故障排除及升級等費用。系統的失
效概率采用1與系統可靠度的差表示，其中系統可靠
度采用集散控制系統(DCS)的可靠度指標來衡量，
系統可靠性總指標R 可以表示為：
R× × (5)
式中：R為可靠性；A為可用性； 為可維修性。則系
統風險可以簡化如下：
= (1一R ×， (6)
式中： 為系統風險， 為系統總投資。顯然，要減
少系統風險必須從增加系統可靠性(具體從監測項目
設置、測點布置、儀器和系統選型、系統配置、通訊
方式、施工安裝和運行維護等方面全面把握)和降低
系統投資(減小系統規模)兩方面入手(這也是測點
布置“少而精”的理論基礎)。
2．3 安全監測項目設置和測點布置中的幾個問題
綜上所述，大壩安全監測項目的設置和測點布置
在滿足規范的前提下(原則)，應結合數值計算(尤
其是采用新材料、新結構和新施工方法的工程或超大
型大壩)和模型實驗結果，以風險分析為補充對大壩
監測項目設置和測點布置進行優化，再根據自動化技
術水平確定哪些項目和測點需要實現自動化。
2．3．1 監測項目設置中應注意的問題
由于變形和滲流監測是一般大壩安全監測必設的
監測項目，這里只對應力、應變和溫度監測項目設置
中需要注意的問題進行說明。
應力監測包括混凝土、面板、鋼板和鋼筋等應力
監測。 ，
應力監測的目的，首先是與材料強度指標進行比
較，以了解大壩的安全狀況；其次是與設計計算和模
型實驗進行相互校核， 以此檢驗設計計算理論的正
確性。應力監測可以分成空間、平面和單向受力等監
測，空間和平面應力(變)監測一般是采用應變計組
的方法實現的，根據彈性力學有關理論可確定需要埋
設應變計組中的應變計數量。由于同一組應變計測量
的是同一“點”的應力，因此應變計組中的各只應變
計是否屬于同一個應力狀態，即點應力狀態是影響應
力監測效果的關鍵因素之一，這也就是采用應變計組
進行混凝土應力監測時候，不能將應變計組埋設在應
力梯度較大位置的原因所在。
在土石料結構內部， 由于材料本構關系的復雜
性，一般不設置應變計組進行應力監測，而是在土體
內部或土體和混凝土的接觸面、土體與基巖接觸面上
采用壓應力計直接測量壓應力。
考慮到混凝土的徐變、溫度變形和自身體積變形
等因素，混凝土應力監測需要在應變計(組)附近設
置無應力計，并且確保無應力計所測得的應變是真正
的自由應變，而且這種自由應變必須與對應應變計組
處混凝土的自由應變相等，因此在混凝土材料、濕度
和溫度等方面必須保證兩者一致。實際上由于在應變
計組埋設時對骨料的剔除、混凝土物理性質離散性、
儀器的超然性、測量誤差、初始值的確定等原因，使
得實測應力也存在一定的誤差。
面板應力是面板堆石壩中經常進行的監測項目，
一般將面板應力看成平面問題進行儀器布置。從國外
賽沙那壩(Cethana)和阿里亞壩(Foz do Areia)的觀測
資料可知，面板撓曲的較大變形發生在壩高的4O％
～ 60％ 處，相應部位的應力也應引起重視。
實踐證明，鋼筋應力監測具有較高的精度，鋼筋
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應力監測與無應力監測配合使用對分析結構性態變化
具有一定的現實意義。
鋼板應力監測是直接在鋼板上安裝應變計(鋼板
計)實現的，同時也需要考慮鋼板溫度應變的影響。
溫度是混凝結構的主要荷載和安全影響因素，
溫度監測主要包括混凝土、基巖和土石壩內部的溫
度監測。
2．3．2 測點布置應注意的問題
有關規范對測點布置規定的比較少，一般只規定
測點“問距”和“重要部位”，因此在測點布置方面
更加需要借助于風險分析的相關理論， 以減少重要安
全信息的遺漏，避免不必要的重復。
通過有限測點實現對整個建筑物安全信息的采
集，要求測點必須具備代表性、最大風險顯示性和最
敏感性3個條件。代表性是指測點所在位置的監測物
理量能夠代表一定區域的物理量的變化，同時通過所
有測點能對整個建筑物的安全狀況進行全面了解，這
就要求測點布置在典型部位(壩段)或測值突變部
位。最大風險顯示性是指在整個建筑物中各部分(壩
段)的安全風險是不一樣的，測點應該布置在安全風
險最大的部位。建筑物性態的異常會通過不同的形
式反應出來，其中有些形式難以監測，而有些形式可
以通過監測加以了解，選取那些敏感的部位和物理量
進行測點布置，可以在第一時間掌握結構安全信息，
從而減少安全風險。因此測點布置沒有必要一定均勻
布置，在監測物理量梯度比較大和安全風險較高的部
位則密，在監測物理量空間變化率比較小和安全風險
較小的地方可較稀。
許多監測項目的資料分析需要借助相鄰測點和相
關項目進行，因此在監測項目設置和測點布置時必須
考慮到匹配問題。在土壩滲流監測資料分析中，如果
某測壓管水位升高，可能是上游出現裂縫，也可能是
下游淤積，必須借助于上游測壓管和下游滲流量監測
資料進行分析。因此應在該測壓管測點上游設置滲壓
測點，在下游設置滲壓和滲流量測點。
功能性測點布置與結構分析是離不開的，最典型
的例子就是滲流量排水孔的布置問題。排水孔具有降
低壩基滲壓的作用， 同時也是監測壩基防滲的重要
監測項目。不同的孔位布置，不但監測效果不同，而
且降低揚壓力的效果也不相同。因此采用數值計算方
法，選擇對降低滲壓效果最好的位置布置測點也是測
點布置中必須考慮的問題。
2．3．3 不同時期監測項目設置和測點布置的注意
問題
從時間上講，大壩失事概率較高的兩個時期分別
是蓄水期和老化期，在這兩個時期，結構存在的風險
較高，因此在這兩個時期安全監測的項目和測點布置
應該更多一些(或測次更密集些)。
從監測自動化工程實施時間上，可分成新建工程
的監測自動化和老工程的監測系統自動化改造兩類。
對于前者，由于新建工程處于高風險期，特別是人們
對真實結構的安全狀況缺乏了解，也增加了建筑物安
全風險，此時監測項目和測點布置就應該多一些，對
目前條件(更多的是由于監測儀器不可靠的原因)不
成熟的監測項目和測點可以暫緩實現自動化。對于后
者，可以通過包括對人工觀測資料進行分析在內的建
筑物安全狀況評估，對監測項目設置和測點布置進行
優化。如建筑物安全風險很小，就可以減少監測項目
和測點；對目前不需要實現自動化，工作正常的內部
埋設儀器可以采取暫時封存的方法，以便將來需要時
(如大壩安全風險增大時)再實現自動化；對測值難
以分析的測點可以不考慮實現自動化。
對于安全風險較大的大壩，除采取必要的工程加
固措施外，還需要增加必要的監測項目和測點。如安
徽陳村大壩在實現自動化之前，根據大壩安全評價和
監測系統可靠性評價的結果，增減了監測項目和測
點，同時采取“總體規劃，分期實施”的方法確定先
實現變形和內觀監測項目的自動化，而滲流監測自動
化則在二期工程再實現自動化。
老壩測點可以通過以下方法進行優化：
(1)繪制測點測值過程線和與環境量相關線，對
測值不隨外界環境(水位、溫度)和時間變化而變化
的測點，在自動化改造時可以不予考慮；
(2)對同類項目測點進行相關分析，如果兩個測
點的變形過程線完全相關，即可以考慮除去那個測值
變幅小的測點。在空間上如果某測點測值完全可以由
相臨測點測值線形插值得到，而且各項系數不變，也
可不予考慮。
(3)對于內部溫度測點，作為變形、滲流監測的
因子在逐步回歸中總是被顯著性檢驗淘汰的測點也可
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10 水利水文自動化 2008．3
不予考慮。
2．3．4 監測項目設置和測點布置中的其它問題
監測儀器的可靠性與具體應用環境有關，對于同
樣監測效果的測點應該布置在環境相對好一些的部
位。例如在水位測點布置中， 由于可選擇的范圍比較
大，因此布置時，除滿足規范對水位測量的要求外，
還應使水位測點遠離干擾，利于保護和日常維護等。
在具有相同的監測效果時，監測系統的布置范圍
應盡可能的小，并盡可能避開雷擊點(如雷擊經常
點、突出部位和空曠地等)和強電接地點附近，這樣
可提高監測系統的可靠性。例如，在廣東某大壩安全
監測自動化中，一開始將水位測點布置在遠離大壩的
上游導墻頂端，距離壩軸線250 m， 經常遭受雷擊，
后來將測點移到距離較近的壩軸線附近，經過多年的
運行，沒有發生雷擊現象。
2．4 監測項目設置和測點布置優化流程
大壩安全監測的結果首先用于大壩的安全評價，
而安全評價的結果又可以用來對安全監測系統進行優
化，即低風險的大壩可以降低安全監測系統規模。優
化包括監測項目設置、測點布置和儀器選型等。安全
監測項目和測點布置的整個流程如圖1所示。
圖1 監測項目和測點優化布置流程圖
3 動態及水力學監測
3．1 地震與振動監測
近年來，人們對地震安全監測越來越重視，特別
是在西部大開發和南水北調中，許多大壩修建在強震
區，因此強震監測非常重要。
許多大壩，如泄水和輸水建筑物、閘門等，在
工作時都存在振動特性。根據振動對建筑物進行損
傷識別是目前研究的又一個熱點。損傷識別包括指
紋分析或模式識別法、模型修正或系統識別法及神
經網絡等智能方法。另外也可將振動模態的參數識
別分成頻域法、時域法、時一頻方法和基于模擬進化
的方法等4類。
與結構靜態監測相比，對大壩的動態監測進行監
測項目設置和測點布置研究的比較少，一般情況都是
借助于模型試驗實驗結果進行。筆者認為，與靜態安
全監測相比，在監測項目設置和測點布置原則上應該
是相同的，在具體實施時應該參照模態參數識別的研
究成果進行。
3．2 水力學監測
大壩工作與水密切相關，流態、水面線、動水
壓力、流速、泄流量、空蝕情況、通氣量、摻氣濃
度、振動、霧化等與消能結構工作狀況，泄水建筑
物結構形態，輸水建筑物力學特性，基礎沖刷與淤
積等情況密切相關。這些情況在一定程度上都是結
構安全和工作狀況的一種反應，是衡量建筑物當時
風險程度的有效指標之一，在許多大型水利樞紐的
安全監測中也都實施了水力學監測。由于規范在監
測項目和測點布置方面敘述的比較少， 因此監測項
目和測點布置主要是依據結構分析和模型實驗的結
果進行。根據分析， 以風險分析為補充的分析方法
同樣適應于水力學監測。
4 工程實例
4．1 工程概況
恰拉水庫位于新疆天山南麓塔里木盆地東北邊
緣，為一平原灌注式水庫，壩線較長，分為A、B、
c、D四個壩段，其中：A壩段(老壩加高加固)長
13．612 km，B壩段(新筑壩)長7．250 km，C壩段
(東壩北段)長2．750 km，D壩段(老北壩和截淺灘
壩)長3．655 km。原壩興建于1958年， 2004年4月完
成主體工程的改建。
根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，恰
拉水庫屬大(2)型水庫，工程等級為II等工程。主要
建筑物水庫大壩和放水涵洞為2級建筑物，次要建筑
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第3期 江偉國等：大壩安全監測項目設置和測點布置研究
物壩后截排及其泵站、調度中心為3級建筑物。
4．2 基于規范的監測項目和測點的選定
按《土石壩監測技術規范》規定二級建筑物的必
設監測項目為：壩體表面變形，滲流量，壩基滲流壓
力，壩體滲流壓力，上、下游水位，降水量，氣溫和
巡視檢查。一般監測項目為： 內部變形、裂縫接縫、
岸坡位移、繞壩滲流、孔隙水壓力、土壓力、接觸土
壓力、水溫等。
4．2．1 表面變形監測
按規范規定，壩體表面變形為必測監測項目，表
面變形分為水平和垂直兩種位移變形。
4．2．2 滲流監測
滲流監測包括滲流量、壩基和壩體滲流壓力等的
監測。滲流量是壩體和壩基滲流狀態的綜合反應，與
滲壓資料結合對分析大壩安全狀況具有十分重要的意
義，但恰拉水庫為無限深透水地基，壩體和壩基滲流
量難以區分，壩基滲流和地下水也難以區分，因此針
對恰拉水庫而言，暫不設置滲流量監測項目。
壩體和壩基滲流監測的重點是壩體浸潤線、壩基
滲流壓力、放水涵洞和新老壩交接處的滲流和接觸沖
刷監測， 目的是了解水力坡降、接觸面的水頭等參
數，從而分析壩體和壩基滲透變形情況。對于恰拉水
庫，由于壩體防滲結構考慮的比較多，而地基為無限
深透水地基，容易出現滲透變形，因此對地基滲流監
測應該給予更高的重視。
4．2．3 壓力監測
原壩為均質土壩，加固采用土工膜防滲，沒有剛
性與土體結構，因此不設置壓力監測。
4．2．4 水文氣象監測
水文氣象監測是分析大壩性態的必要資料，結合
新疆地區具體特點，將水文氣象監測作為必要監測項
目予以設置。
4．2．5 一般性監測項目
由于平原水庫壩的高度和水深數值較小，兩岸
壩肩結構不明顯，溫度對土壩變形影響比較小，對
一般性監測項目，如內部變形、岸坡位移、面板變
形、繞壩滲流、孔隙水壓力和土壓力在本設計中不
予設置。
根據監測自動化的風險分析，考慮到技術成
熟、現場運用維護、人員素質和系統投資等情況，
決定變形監測采用人工監測，滲流和氣象監測項目
實現自動化。
4．3 風險分析
根據土石壩監測技術規范，對于變形觀測，測點
的間距“壩長大于300 m時，宜取5O～100 m”，而且
在滲流監測部分要求“觀測斷面盡量與變形、應力觀
測斷面相結合”。由此可見，即使只對B壩段7．25 km
進行監測至少也需要布置70個斷面，這樣的投資業主
是難以接受的，因此有必要借助風險分析方法對監測
項目和測點進行減化。
恰拉水庫具有水庫面積大、壩高小、壩軸線長
等特點， 同時水庫下游無重要的城鎮和大量居民，
安全風險小，在具體項目設置和測點布置時應考慮
到這一因素。可根據國際大壩委員會41號會刊推薦
的風險度方法進行風險計算。
根據“表1大壩風險指數估算表”，恰拉水庫的
實際情況為：
(1)外部的或環境的條件(指數E)：
震區(弱)： =2；庫岸塌滑的危險(最小)：
，=1；超設計洪水的危險(可能性很小)： =3；
水庫的功用(蓄水類型與管理)(年調節)： =1；侵
蝕性環境的作用(氣候、水)(很弱)：口 =1，
則E =1／5 X(2+1+3+1+1)=1．6。
(2)壩的狀態／可靠性(指數F)：
結構配置(適當)： 6=1；基礎(差)： =5；泄
洪設施(可靠)： =1；維護狀態很好： =1，
則F=1／4×(1+5+l+11=2．0。
(3)居民／經濟方面的潛在危險(指數R)：
水庫庫容(16 140．96X10 m3)： 】0=4；下游
設施(孤立的區域、農業)： ：2，
則R=I／2× +2)=3．0，
總指數 = 1．6×2．0×3．0=9．6。
由于壩高小于15 m，總指數小于10，根據國際
大壩委員會建議的必選項目，只需要設置簡易目測即
可，建議的監測項目見表2。
4．4 監測項目和測點的最終選定
最終監測項目的確定以規范為基礎，以風險分析
為補充，同時參考設計計算的有關成果，重點對失效
概率大的部位，不確定程度大、敏感的變量和部位，
布置監測項目和測點。
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l2 水利水文自動化 2008．3
<15 >10或
R >3
>15
0
g
>30
注： 為必設項目，0表示按需要選用，一表示一般不設置
4．4．1 表面變形
根據規范規定，監測橫斷面選擇在觀測斷面，
宜選擇在“最大壩高處或原河床處、合龍段、地形
突變處、地質條件復雜處，壩內埋管及運行有異常
反應處，一般不少于3個，并盡量與變形觀測斷面相
結合”，為此選擇如下監測橫斷面(括號內為選擇
理由)：A13+612．3(結合部位1、Bl+150(地基突變壩
段1、B1+750(地基突變壩段)、B1+863．4(壩內涵
洞埋設處兩端各設置1個橫斷面，監測涵洞混凝土與
土體結構結合部位變形情況， 以此判斷壩內埋管處
壩體穩定性)、B2+090．4(壩體拐彎壩段)、B4+1 1 1
(壩內涵洞埋設處兩端各設置1個橫斷面，監測涵洞
混凝土與土體結構結合部位變形情況， 以此判斷壩
內埋管處壩體穩定性)、B3+500(施工合龍段)、
B3+950 (地基突變壩段)、B4+271(壩體拐彎壩
段1、B6+000(壩體結合部位)、B7+000(地基突變
壩段)、B7+l50(地基突變壩段)，共14個橫向監
測斷面。每個橫斷面設置橫向測點4個，分別在壩頂
下游側、壩體下游面中部半壩高處、壩腳下(非壩體
上)、壩下游腳線15m處。
4．4．2 壩基滲流
監測橫斷面宜選擇在最大壩高處、合龍段、地形
或地質條件復雜壩段，一般不少于3個，并盡量與變
形觀測斷面相結合。根據恰拉水庫的實際情況，壩基
滲流壓力選定以下監測斷面(括號內為選擇理由)：
A13+612．3(結合部位)、Bl+150(地基突變壩段)、
B1+750(地基突變壩段)、B1+863．4(壩內涵洞埋
設處兩端各設置1個橫斷面，監測涵洞混凝土與土體
結構結合部位變形情況，以此判斷壩內埋管處壩體穩
定性)、B2+090．4(壩體拐彎壩段)、B3+500(施工合
龍段)、B3+950(地基突變壩段)、B4+11 1(壩內
涵洞埋設處兩端各設置1個橫斷面，監測涵洞混凝土
與土體結構結合部位變形情況， 以此判斷壩內埋管
處壩體穩定性)、B4+271(壩體拐彎壩段)、B6+000
(壩體結合部位)、B7+000(地基突變壩段)、
B7+l50(地基突變壩段)。壩基礎滲流共設置14個
橫向監測斷面，每個橫向觀測斷面設置4根測壓管，
具體位置在壩頂下游側、壩下游面半壩高處、壩腳線
上、壩下游腳線15 m處。采用測壓管進行監測，測壓
管進水管段長度1．5 m、管徑5 cm，進水管段上部在
建基面以下2 m。
4．4．3 壩體滲流
壩體滲流壓力監測斷面橫斷面樁號同壩基滲流監
測斷面，每個橫斷面布置3個測壓管(或埋設3只滲壓
計)。在2個防水涵洞的兩側采用埋設滲壓計的方式進
行埋設，埋設高程在涵洞側面中部，共埋設4個滲壓計
監測斷面，共12只滲壓計，其余10個監測斷面采用測
壓管的方式進行監測，每個橫斷面各3只測壓管，具體
位置在壩頂上游側、壩下游面半壩高處、壩下游面1／3
壩高處。測壓管進水管段長度1．5 m，管徑5 cm，進水
管段低部高程在建基面以上1 nl處。
4．4．4 滲流量
由于目前現場難以設置滲流量監測測點，但滲
流量為必選監測項目，應該設置，考慮到今后水位
抽取后的具體情況， 因此在設計中預留滲流量監測
點的自動測量通道，在條件許可情況下設置滲流量
監測測點。
4．4．5 水文氣象
上游庫水位監測測點設置在2 放水閘房附近水
流平穩處，1 放水涵洞處的測點與水情遙測系統共
享，在同一斷面再設置下游水位測點。
氣象監測包括氣溫、降雨、風速、風向等監測項
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第3期 江偉國等：大壩安全監測項目設置和測點布置研究 13
目，共計4個測點，納入水情遙測系統，在數據庫實
現資源共享。
5 結語
文章提出以通用監測技術規范為依據， 以專用
設計、施工和管理規范為基礎， 以風險分析為補
充，結合數值仿真計算和實驗的新的大壩安全監測
項目和測點布置方法，并給出了具體工程實例，節
約了工程投資。
安全監測自動化中的風險不僅包括建筑物的安全
風險，還應該包括監測系統風險，不僅包括靜力風
險，還包括動力風險，而且還要注意風險的動態特
性，即針對～座大壩的監測項目設置和測點布置，在
大壩運行的不同時期是不同的。
自動監測項目的確定和測點布置首先要根據建筑
物的安全監測需要，同時要針對不同時期大壩的特點
和已經掌握的情況，從減少工程安全的不確定性出
發，同時還要考慮到系統可靠性、監測儀器性能、系
統抗干擾和儀器保護維護等問題。
振動監測及其分析技術是大壩動態參數識別和損
傷評價的有效手段，在監測項目設置和測點布置時應
根據有關規范和需要進行設置。
水力學監測作為安全監測的重要組成部分，對分
析建筑物的安全狀況也具有十分重要的意義，在監測
項目設置和測點布置時候應考慮目前水力學監測儀器
和相應分析方法的有效性和實用性。
由于目前的實際情況決定了巡視檢查在大壩安全
監測中的作用無可替代，因此在進行自動監測設計時
候不僅要考慮考慮到巡視檢查，同時在安全評價和建
筑物風險分析時候更要考慮巡查信息的充分利用。
參考文獻
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Research On Monitoring Items Determination and Measuring
Points Arrangement for Dam Safety
JIANG Wei—guo ，SU Yu-lian3， XU Ying
(1．College ofCommunication Science and Engineering，Southeast University,Nanjing 210096，China；
2．Nanjing Automation Institute ofWater Conservancy&amp;amp;Hydrology,the Ministry of
Water Resources，Nanjing 210012，China；
3．SanmingYinbanzu Hydropower Company．Ltd，Sanming 360000，China)
Absna~ In this article，by analyzing current situation of domestic monitoring design for dam safety,
methods for
determination of monitoring item s and measuring points arran gem ent are proposed on the basis of specifications for dam
safety monitoring，risk analysis，and comparison with other calculation data and results of model experiments．According
to some suggestions by Intern ational Committee on Large Dams，risk calculation results are integrated with the actual
situ~ion of Qiala project in Xinjiang Uygur Autonomous Region，which can be used to guide monitoring design and
ofer certain references for monitoring item s determ ination an d measuring points arrangem ent for dam safety．
K words：monitoring for dam safety；monitoring items；measuring points arrangement；risk analysis；
specifications fordam safetymonitoring

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