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大坝安全评价模型与预警系统试验研究

文档作者：高平周小文徐梦华文档来源： 1．广东省水利电力规划勘测设计研究院 2．华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室		点击数：	更新时间： 2021年05月08日
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第12期
2010年12月
广东水利水电
GUANGD0NG W ATER RESOURCES AiNfD HYDR0POW ER
No．12
Dec．2010
大坝安全评价模型与预警系统试验研究
高 平 ，周小文 ，徐梦华
(1．广东省水利电力规划勘测设计研究院，广东广州 510635；
2．华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州 510640)
摘要：根据大坝安全监测发展的需要，开展了大坝安全评价模型与预警系统的研究。安全评价模型采用物理模型。该系
统在湖北省英山县张家咀水库大坝安全监测中得到应用，运行结果表明，系统操作简便、显示直观，能实时分析和评价大坝
安全。
关键词：大坝安全；监控；模型；预警
中图分类号：TV698．1 文献标识码：B 文章编号：1008—0112(2010)12—0063—02
目前，国内外在水库大坝的监测预警技术方面，还处
于不成熟阶段，尤其是安全评价和预警系统软件方面，远
没有达到通用和标准化的程度。只有极少量的水库安装
了安全评价和预警软件，且都处于待完善的阶段。基于
这个现状及课题组多年来的监测实践，本文以湖北省英
山县张家咀水库大坝为背景，重点对大坝安全评价模型
与预警系统(以下简称“预警系统”)进行研究。
张家咀水库位于浠水流域一级支流—— 西河上游，
是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养殖和旅游等综合
利用的大(11)型水库。水库控制流域面积为115kin ，
总库容为1．104亿m 。枢纽工程由大坝、溢洪道、输水
管等建筑物组成。大坝是由薄粘土心墙与砂卵石、风化
岩等为坝壳料的心墙组合坝。坝顶长为1 168m、宽为
9．9m，最大坝高为72m。张家咀水库大坝于1976年建
成。由于大坝心墙漏水较严重以及坝坡变形、溢洪道破
损等原因，2003年进行了除险加固，于2007年10月～
2008年9月对大坝安全监测系统进行了重新建设。
2009年初开始研制大坝安全评价模型与预警系统，于
2009年l0月安装并进行试运行。
1 安全评价模型研究
对于张家咀水库大坝安全评价，当前主要考虑采用
物理模型为主。在有必要的情况下，再考虑增加统计模
型。统计模型需要至少2～3年的观测值，才能建立比
较可靠的模型。因此，目前应以物理模型为主。今后，
依据运行情况，决定是否采用统计模型。在时间上，主
要考虑实时的安全评价法，即评价当前时刻的安全性。
对于预测模型，从实用角度出发，建立合适的预测模型。
大坝的安全主要受洪水影响，如果发生洪水，有时需要
预测库水位再上升一定量(如10cm、20era，甚至50cm、
100cm等)的情况下，大坝防渗是否正常。目前阶段，张
家咀水库的安全评价模型是采以物理模型为主。张家
咀水库可采用的安全评价模型及监控安全判据见表1，
渗流分析所用的设计土性参数见表2，物理力学指标见
表3
表1 张家咀水库安全评价模型及监控判据
2 预警系统研究
2．1 开发环境
基于ASPNET2．0架构，在VisualStudio2005 Web—
Developer环境利用c#语言开发而成，与Access2007数
据库搭配使用，服务器端采用Internet Information Server
5．1作应用程序服务器。实现了预警系统的网络化、图
形化、人性化，本程序的核心数据交换部分的优势在于
收稿日期：2010—10—09； 修回日期：2010—11—02
作者简介：高平(1975一)，男，博士研究生，高级T程师，从事大坝安全监测、防灾减灾工程及防护工程研究。
· 63 ·
2010年12月 第12期 高平，等：大坝安全评价模型与预警系统试验研究 No．12 Dec．2010
整个预警应用程序脚本都在服务器端运行，只需有一台
能联入Internet的电脑作服务器，其他所有获得权限的
用户就能通过浏览器远程监控大坝的实时运行情况，无
需任何其他软件支持，十分方便。
表2 渗流分析用的材料特性参数
渗透性分区 计算拟合值／(111·s‘‘)
坝壳料k1
坝基砂壤土k2
坝基砂砾石k3
强风化基岩k4
弱风化岩k5
心墙k6
1．95×l0。
1 x 10
1 X 10一
1．4×10 6
4．54 x 1O
8×10
排水棱体k7 2×10
2．2 人性化、网络化
预警系统在遵从土石坝安全评价的基础上，注重人
性化的操作设计，测点数据尽可能用图形按钮选取，配
合大坝外观作演示，让操作者得以轻松直观的掌握到大
坝运行中的关键数据，并对大坝整体的运行安全情况有
所了解。当大坝安全面临可能的潜在危险时，又可以通
过库区的服务器连接Internet互联网，将大坝的实时监
测资料及时以数据、图表的形式传送至相关水利部门，
以便于专家做出进一步的决策。
2．3 预警系统的功能
预警系统实现的功能如下：
1)数据库管理：自动生成数据库，便于处理和调用
海量数据。主要是将自动采集数据与人工采集数据按
统一数据格式收录，自动生成数据库，便于处理和调用
海量数据。数据库可方便地转化成图形输出。除传统
的测点时序折线图外，还能按水工专业需要生成特定图
形。例如，单个坝后测压孑L的时序变化冈并不能直观反
· 64 ·
应大坝总体的浸润线变化规律，本系统可在测点平面布
置图中直接点选需要查看的断面名称，获得该断面浸润
线在指定时间段内的变化过程。同时相应的准确数据
信息和监测仪器运行资料也会在附加信息框中提供。
2)安全评价与预警。依据监测数据，调用理论模
型，评价大坝的渗流安全性和坝坡的抗滑稳定性，随时
可以显示评价结果，如果有险情，则及时给出提示。
3)实现远程信息传输。通过库区的服务器连接
[nternet，将大坝的实时监测资料和安全评价结果传送
至远端的相关管理部门。当大坝安全面临可能的潜在
危险时，远端的专家和管理人员可以做出进一步的分析
和决策。
4)提供必要的计算机界面窗口，便于管理人员输
入查询日志、新闻发布等内容。
3 预警系统的运行试验情况
经过试运行期间的不断调试完善，本程序已基本实
现预期目标，程序实现的主要功能有：① 各监测点时程
曲线的显示；②监测断面浸润线的显示；③坝体内部变
形监测的显示；④安全评价预警功能；⑤ 人工监测数据
插入功能；⑥ 报表输出功能。
张家咀水库大坝安全监测系统经过一段时间的试
运行表明，监测设施能够正常运行，系统软件操作简便，
表达方式直观，功能全面。监测预警系统达到了预期功
能，能够满足当前水库安全与信息管理的需要。图l为
安全评价与预警界面。
图1 大坝安全评价与预警界面
4 结语
经过一段时间的试运行表明， (下转第67页)
2010年12月 第12期 广东水利水电 No．12 Dec．2010
参考文献：
[1] 国家经济贸易委员会．DIMT 5178—2003混凝土坝安全监
测技术规范[S]．2003．
[2] 国家发展和改革委员会．DL／T 5209—2005混凝土坝安全
监测资料整编规程[S]．2005．
[3] 傅春江．泉水水电厂大坝安全监测系统综合评价及资料分
； 等
(上接第64页)
预警系统达到了预期功能，能够满足安全管理的需要。
预警系统的研究与开发，采用了实用的安全评价模
型，可以自动评价大坝安全，形成了较为完整的评价和
分级报警体系，还可以通过互联网为不同技术层次的使
用者提供水库大坝运行资料的监控预警手段，具有较强
的实用性。该系统将在运行中不断进行完善，使其具有
优良的推广应用价值。
由于建筑物结构及环境条件等的复杂性，虽然预警
系统能实现安全评价的“自动化”，但“自动化”只能处
于某种合适的程度上。人的“管理技术”和“知识”仍需
和监控系统的自动化技术结合在一起，不应该也不可能
完全依赖于监控系统作出所有的判断。换句话说，依据
对机器数据的查询，进行专业的综合分析和评判仍是必
析报告[R]．北京：国家电力监管委员会大坝安全监察中
心，2009．
[4] 郑小荣，温素珍．泉水水电厂大坝运行总结报告[R]．乳
源：泉水水电厂，2009．
(本文责任编辑 贾卓)
g
要的。
参考文献：
[1] 李珍照．国外大坝监测分析的新进展[J]．水力发电学报，
1992，(2)．
[2] 吴中如，顾冲时．大坝安全综合评价专家系统[M]．北京：
科学技术出版社，1997．
[3] 吴中如，顾冲时，胡群革，等．综论大坝安全综合评价专家
系统[J]．水电能源科学，2000，(2)．
[4] 高平，柳杨，李民．大坝安全监测信息系统的网络技术开
发及其应用[J]．中国农村水利水电，2007，(2)．
[5] 周小文，包伟力，吴昌瑜，等．堤防安全监测与预警系统的
试验研究[J]．人民长江，2001，32(11)．
[6] 周小文，包伟力，吴昌瑜，等．现代化堤防安全监测与预警
系统模式研究[J]．水利学报，2002，(6)．
(本文责任编辑马克俊)
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