水电站大坝安全监测管理与操作实务摘要(XXXX)

水电站大坝安全监测管理与操作实务濮久武工作简历：主要经历：从事过包括重力坝、拱坝、支墩坝、面板堆石坝、土坝等几十座大坝等水工建筑物的安全监测设计、施工、监测以及施工管理、运行期维护管理及技术咨询等。主要著作：在国内水电站管理、大坝安全、大坝监测技术、工程测绘等相关刊物上发表过数十篇文章。联系电话：[phone]水库大坝安全管理制度水电站运行单位有关大坝安全管理制度政府监管必须以法律法规为准绳，依法行政；企业则必须按照国家颁布的法律法规和规章制度依法管坝，依法办事。这样才能使大坝安全管理工作逐步走上正规化、制度化的轨道。作为水电站运行单位防汛及大坝安全管理工作，必须根据各电站水库大坝的实际情况建立相关的标准及制度，并根据水库大坝的运行需要不断健全完善。如：“五规五制”（水务管理规程、水工建筑物安全监测规程、水工机械运行检修规程、水工建筑物维护规程、水工作业安全规程，以及防汛岗位责任制、现场安全检查制、大坝检查评级制、报汛制、年度防汛计划及总结制）、水工技术监督工作制度、安全监测系统检定维护规程、水库经济调度规程等。根据各水库大坝运行需要建立洪水调度规程、水情自动测报系统运行检修规程、大坝安全监测自动化系统运行维护规程、地震监测规程等。还可根据工作需要建立相关的岗位工作标准及岗位职责等标准。水工建筑物安全监测的目的意义1）监视掌握水工建筑物的状态变化，及时发现不正常迹象，分析原因采取措施，改善运用方式，防止发生破坏事故，确保其安全。2）掌握水位、蓄水量等情况，了解水工建筑物在各种状态下的安全程度，为正确运用提供依据，确定科学合理的运行方案，发挥工程最大效益。3）及时掌握施工期间水工建筑物的状态变化，据以指导施工，保证工程质量。4）分析判断水工建筑物的运用和变化规律，验证设计数据，鉴定施工质量，为提高设计施工和科学研究工作水平提供资料。安全监测工作现场观测中的“四无”是指无缺测、无漏测、无不符合精度要求、无违时；“五随”是指随观测、随记录、随计算、随校核、随整理；“四固定”是指固定人员、固定仪器、固定测次、固定时间。水工建筑物的现场安全监测主要分为：巡视检查、环境量监测（水文、气象等）、变形监测、渗流监测、应力应变及温度监测等。巡视检查大坝的监测仪器仅能布设在大坝的局部部位,进行的监测的也只是定期的,这就造成了空间和时间上的不连续。而大坝的缺陷并非都发生在仪器监测的部位,也不一定发生在定期监测的时间内,所以只有把仪器监测和巡视检查两者加以密切配合,才能确保大坝安全监测工作的实效。实践表明水工建筑物的许多缺陷都是通过有经验的工作者在巡视检查中发现的。大坝安全检查分为日常巡查、年度巡查、定期检查和特种检查四种。日常巡查是由水电厂有经验的现场专业人员对大坝进行的经常性巡视和检查。年度巡查由水电厂组织专业技术人员对大坝进行详细检查。定期检查是每隔一定时间由主管单位组织运行、设计、施工、科研等有关单位高级专业人员对大坝进行的全面检查和评价。其内容包括按照现行规范复查原设计数据、方法及安全度；审议施工方法、质量和施工中出现的特殊情况及其影响；复核洪水、库容、泄洪能力；全面了解和审查大坝运行记录和观测资料分析成果；现场检查(包括水下检查)；评定大坝的结构性态和安全状况，提出大坝安全定期检查报告。检查频次一般为每五年一次。对没有潜在危险、结构完整、运行性态良好的大坝，由主管单位报部大坝安全监察中心，经会商后可以减少检查频次，但间隔时间不得超过十年。特种检查是在特殊情况下对大坝重大安全问题的检查。环境量及水力学监测环境量监测包括水位、库水温、气温、降水量、冰压力、坝前淤积和下游冲刷及风向风速等监测。环境量又称为原因量、因素或自变量，与之相应的称为效应量、物理量、变量等。任何效应量均是对一定环境量作用下的反应，作为安全监测工作，只有准确掌握各环境量的变化情况才能正确分析评判相应效应量的变化情况，据以判断建筑物的运行性态。同时根据各环境量的变化，妥善地采取相应措施开展水工建筑物的安全管理工作。为了解水工建筑物上、下游水流对水工建筑物的影响及消能设施工作效能，以便改善调整运用方式，正确地运用水工建筑物，避免发生不利的水流情况，保证建筑物安全运行，应进行水力学监测。测量误差测量误差的分类根据对观测成果影响的不同，测量误差可分为系统误差和偶然误差两种。（1）系统误差在相同的观测条件下，即用同样的仪器、同样的方法、在同样的自然条件下，对某一定量进行多次观测，如果所产生的误差在大小和符号上是一定的，或者按一定的规律变化或保持常数，则这种误差称为系统误差。（2）偶然误差在相同的观测条件下，对某一量进行了多次观测，其误差在大小和符号上都不相同，也就是从表面上来看，它们的大小不等，符号不同，没有明显的规律，这种误差称为偶然误差。偶然误差的特性在测量工作中，偶然误差是无法消除的，因此观测成果的精度与偶然误差有密切的关系。偶然误差的特性如下：1、在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限值；2、绝对值较小的误差比绝对值大的误差出现的机会多；3、绝对值相等的正误差和负误差出现的机会几乎相等；4、当观测次数无限增加时，偶然误差的算术平均值趋向于零。数字凑整规则1）加和减中的合理取位加或减的凑整规则是：在各数中，以小数最少的数为标准，其余各数均凑整成比该数多一位。2）乘和除中的合理取位乘和除的凑整规则是：在各因素中，以“数字”个数最少的为准，其余各因素及乘积（商）均凑整成比该因数多一个“数字”，而与小数点的位置无关。3）乘方与开方中的合理取位乘方的凑整规则是：凑整到与底数同样字位数的有效数字。4）对数计算：凑整到比近似数有效数字位数多一位的对数值。5）三角函数：当角度凑整到1”，应采用六位函数表；当角度凑整到0.1”，应采用七位函数表；当角度凑整到0.01”，应采用八位函数表变形监测变形监测是反映大坝安全状态的三大物理量之一。大坝的异常变形可导致裂缝、渗流、滑坡、倾覆等破坏现象，往往是大坝破坏事故的先兆。由于变形监测能较直观地反映大坝性态的运行情况，常常被视为大坝安全监测的重点监测项目。变形监测工作在及早发现问题，防止大坝失事，减轻灾害损失方面已经取得了十分显著的成效。作为水工建筑物的安全监控量，变形监测量比应力应变监测量更有效。一是变形监测是反映建筑物的宏观量、整体量，而应力应变反映的则是微观量、局部量。如坝顶变形反映的是大坝自基础、坝体直至坝顶所有变形量的综合情况。而坝体应力应变反映的是测点部位的情况，其与测点部位的荷载及坝体本身材料有关，并不能代表坝的整体。变形可以得到绝对量，而应力应变一般代表测点两端的相对变化。如整个坝体发生位移的时候，坝体测点的应力应变不一定得到反映；而应力应变测点应力超限产生裂缝不一定代表整个大坝出现大的变形或出现异常。当然很多情况下建筑物的变形是由非荷载因素的温度引起的弹性变形，这种弹性变形有时会很大但对建筑物并不构成危害，温度引起的弹性变形掩盖了荷载、时效等因素引起的变形，影响了变形量用作建筑物安全监控的直观性。二是变形反映的是终极量、较直观，而应力应变则是中间量、较抽象。变形量是一个反映大坝运行的最终成果，其物理意义很明确，用作大坝安全监控很直观，容易操作。而坝体应力应变量是一个中间过程，坝体的应力需经过一系列繁杂的计算，最终成果会包含一系列的计算及设定误差，用以监控大坝安全指标难以认定。三是变形监测点容易修建，而应力应变监测点损坏后难以修复。一般大坝等内部埋设仪器由于所处的工作环境均较差，使用寿命较短，且随着大坝的运行会不断损坏而难以修复。变形监测包括坝体及坝基表面水平及垂直位移、内部水平及垂直位移、近坝库岸边坡变形、倾斜、接缝及裂缝变位等监测。工程建筑物的变形监测能否达到预定目的，要受很多因素的影响。其中，最基本的因素是观测点的布置、观测的精度与频次，以及每次观测所进行的时间。变形监测一般规定水工建筑物各位移量的测量中误差不应大于下表的规定，表中位移量中误差是指两次观测值之差的偶然误差和系统误差的综合值。监测物理量正负号按以下规定执行：（1）水平位移：径向或上下游向（Y向）向圆心方向或下游为正；切向或左右岸向（X向）向左岸为正。反之为负。（2）垂直位移：下沉为正，上升为负。（3）接缝和裂缝变位：缝开合（X向）张开为正；缝剪切（Y向）左侧块相对于右侧块向下游为正（据工程具体情况而有所差异）；缝沉陷（Z向）左侧块相对于右侧块向下沉为正（据工程具体情况而有所差异）。反之为负。对于面板坝周边缝变位：接缝开合（X向）张开为正；接缝剪切（Y向）面板相对于趾板向坡下为正；接缝沉陷（Z向）面板相对于趾板向下沉为正。反之为负。（4）基岩变位：向岩体外部为正，向岩体内部为负。（5）钢筋、混凝土应力应变：拉伸为正，压缩为负。（6）土压力、渗流压力等：压应力为正，拉应力为负。水准仪等级分类水准仪按每公里往返测高差中数的中误差这一精度指标为依据，划分为四个等级，分别为S05（每公里往返测高差中数中误差≤±0.5mm）级、S1级、S3级、S10级。其中S05级水准仪如DNA03、NA3003、NA2+GPM3、NI002。数字水准测量系统的组成及工作原理一个数字水准仪测量系统主要是由编码标尺、光学望远镜、补偿器、CCD传感器以及微处理控制器和相关的图像处理软件等组成。虽然各厂家生产的数字水准仪采用的结构不完全相同，但是其基本工作原理相似：即标尺上的条码图案经过光反射，一部分光束直接成像在望远镜分划板上，供目视观测，另一部分光束通过分光镜被转折到线阵CCD传感器的像平面上；经光电转换、整形后再经过模数转换，输出的数字信号被送到微处理器进行处理和存储，并将其与仪器内存的标准码（参考信号）按一定方式进行比较，即可获得高度和水平距离读数。在数字水准测量系统中，作为高程标准其使用的数字水准标尺的编码方式、读数原理对系统测量精度的影响是显而易见的。数字水准仪的特点与传统仪器相比数字水准仪有以下共同特点：1）读数客观。不存在误差、误记问题，没有人为读数误差。2）精度高。视线高和视距读数都是采用大量条码分划图象经处理后取平均得出来的，因此削弱了标尺分划误差的影响。多数仪器都有进行多次读数取平均的功能，可以削弱外界条件影响。不熟练的作业人员业也能进行高精度测量。3）速度快。由于省去了报数、听记、现场计算的时间以及人为出错的重测数量，测量时间与传统仪器相比可以节省1/3左右。4）效率高。只需调焦和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度；视距还能自动记录，检核。给定测量限差值，仪器可自动判断测量现差，超限时提示重测，能自动计算线路闭合差等。测量数据与电子计算机通讯进行后处理，可实线内外业一体化；有倒置标尺功能，适合于天花板、地下水准测量；即可以进行自动测量（用条码标尺），又可以进行人工读数（普通标尺）。5）在野外可方便地进行i角检验及校正。6）在黑暗中可采用手电筒或聚光灯照亮竖立标尺的测量区。对于精密测量，视场中心区（如1°视场角范围内）应无任何遮挡。视场内应有的编码长度与仪器到标尺的距离有关，如LeicaDNA03水准仪，距离为10m以内，在视场内的标尺长度不允许有遮挡；距离为10~50m，在视场内的标尺长度允许有20%边缘遮挡。水准测量误差来源一、仪器误差（1）水准仪的交叉误差（自动安平水准仪的补偿误差）（2）水准仪的角误差（3）平行玻璃板测微器的误差（4）水准尺的尺长误差（5）两水准标尺的零点误差二、观测误差三、外界因素导致的误差（1）温度变化对仪器的影响（2）仪器脚架升沉的影响（3）尺台升沉的影响（4）大气折光的影响i大坝沉陷观测国家一、二等水准测量测站观测顺序：后—前—前—后；前—后—后—前。（1）大坝垂直位移观测中，对于各转点为稳定的水准点、硬质路面水准线路，通视情况良好，观测线路不长时间较短的情况，精密水准测量亦可采用，往测时奇数测站后—后—前—前；偶数测站前—前—后—后的观测顺序，以提高观测速度。返