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大壩安全評價模型與預(yù)警系統(tǒng)試驗(yàn)研究

文檔作者：高平周小文徐夢華文檔來源： 1．廣東省水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院 2．華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月08日
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第12期
2010年12月
廣東水利水電
GUANGD0NG W ATER RESOURCES AiNfD HYDR0POW ER
No．12
Dec．2010
大壩安全評價模型與預(yù)警系統(tǒng)試驗(yàn)研究
高 平 ，周小文 ，徐夢華
(1．廣東省水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州 510635；
2．華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510640)
摘要：根據(jù)大壩安全監(jiān)測發(fā)展的需要，開展了大壩安全評價模型與預(yù)警系統(tǒng)的研究。安全評價模型采用物理模型。該系
統(tǒng)在湖北省英山縣張家咀水庫大壩安全監(jiān)測中得到應(yīng)用，運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)操作簡便、顯示直觀，能實(shí)時分析和評價大壩
安全。
關(guān)鍵詞：大壩安全；監(jiān)控；模型；預(yù)警
中圖分類號：TV698．1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008—0112(2010)12—0063—02
目前，國內(nèi)外在水庫大壩的監(jiān)測預(yù)警技術(shù)方面，還處
于不成熟階段，尤其是安全評價和預(yù)警系統(tǒng)軟件方面，遠(yuǎn)
沒有達(dá)到通用和標(biāo)準(zhǔn)化的程度。只有極少量的水庫安裝
了安全評價和預(yù)警軟件，且都處于待完善的階段。基于
這個現(xiàn)狀及課題組多年來的監(jiān)測實(shí)踐，本文以湖北省英
山縣張家咀水庫大壩為背景，重點(diǎn)對大壩安全評價模型
與預(yù)警系統(tǒng)(以下簡稱“預(yù)警系統(tǒng)”)進(jìn)行研究。
張家咀水庫位于浠水流域一級支流—— 西河上游，
是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖和旅游等綜合
利用的大(11)型水庫。水庫控制流域面積為115kin ，
總庫容為1．104億m 。樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水
管等建筑物組成。大壩是由薄粘土心墻與砂卵石、風(fēng)化
巖等為壩殼料的心墻組合壩。壩頂長為1 168m、寬為
9．9m，最大壩高為72m。張家咀水庫大壩于1976年建
成。由于大壩心墻漏水較嚴(yán)重以及壩坡變形、溢洪道破
損等原因，2003年進(jìn)行了除險加固，于2007年10月～
2008年9月對大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了重新建設(shè)。
2009年初開始研制大壩安全評價模型與預(yù)警系統(tǒng)，于
2009年l0月安裝并進(jìn)行試運(yùn)行。
1 安全評價模型研究
對于張家咀水庫大壩安全評價，當(dāng)前主要考慮采用
物理模型為主。在有必要的情況下，再考慮增加統(tǒng)計模
型。統(tǒng)計模型需要至少2～3年的觀測值，才能建立比
較可靠的模型。因此，目前應(yīng)以物理模型為主。今后，
依據(jù)運(yùn)行情況，決定是否采用統(tǒng)計模型。在時間上，主
要考慮實(shí)時的安全評價法，即評價當(dāng)前時刻的安全性。
對于預(yù)測模型，從實(shí)用角度出發(fā)，建立合適的預(yù)測模型。
大壩的安全主要受洪水影響，如果發(fā)生洪水，有時需要
預(yù)測庫水位再上升一定量(如10cm、20era，甚至50cm、
100cm等)的情況下，大壩防滲是否正常。目前階段，張
家咀水庫的安全評價模型是采以物理模型為主。張家
咀水庫可采用的安全評價模型及監(jiān)控安全判據(jù)見表1，
滲流分析所用的設(shè)計土性參數(shù)見表2，物理力學(xué)指標(biāo)見
表3
表1 張家咀水庫安全評價模型及監(jiān)控判據(jù)
2 預(yù)警系統(tǒng)研究
2．1 開發(fā)環(huán)境
基于ASPNET2．0架構(gòu)，在VisualStudio2005 Web—
Developer環(huán)境利用c#語言開發(fā)而成，與Access2007數(shù)
據(jù)庫搭配使用，服務(wù)器端采用Internet Information Server
5．1作應(yīng)用程序服務(wù)器。實(shí)現(xiàn)了預(yù)警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、圖
形化、人性化，本程序的核心數(shù)據(jù)交換部分的優(yōu)勢在于
收稿日期：2010—10—09； 修回日期：2010—11—02
作者簡介：高平(1975一)，男，博士研究生，高級T程師，從事大壩安全監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程研究。
· 63 ·
2010年12月 第12期 高平，等：大壩安全評價模型與預(yù)警系統(tǒng)試驗(yàn)研究 No．12 Dec．2010
整個預(yù)警應(yīng)用程序腳本都在服務(wù)器端運(yùn)行，只需有一臺
能聯(lián)入Internet的電腦作服務(wù)器，其他所有獲得權(quán)限的
用戶就能通過瀏覽器遠(yuǎn)程監(jiān)控大壩的實(shí)時運(yùn)行情況，無
需任何其他軟件支持，十分方便。
表2 滲流分析用的材料特性參數(shù)
滲透性分區(qū) 計算擬合值／(111·s‘‘)
壩殼料k1
壩基砂壤土k2
壩基砂礫石k3
強(qiáng)風(fēng)化基巖k4
弱風(fēng)化巖k5
心墻k6
1．95×l0。
1 x 10
1 X 10一
1．4×10 6
4．54 x 1O
8×10
排水棱體k7 2×10
2．2 人性化、網(wǎng)絡(luò)化
預(yù)警系統(tǒng)在遵從土石壩安全評價的基礎(chǔ)上，注重人
性化的操作設(shè)計，測點(diǎn)數(shù)據(jù)盡可能用圖形按鈕選取，配
合大壩外觀作演示，讓操作者得以輕松直觀的掌握到大
壩運(yùn)行中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并對大壩整體的運(yùn)行安全情況有
所了解。當(dāng)大壩安全面臨可能的潛在危險時，又可以通
過庫區(qū)的服務(wù)器連接Internet互聯(lián)網(wǎng)，將大壩的實(shí)時監(jiān)
測資料及時以數(shù)據(jù)、圖表的形式傳送至相關(guān)水利部門，
以便于專家做出進(jìn)一步的決策。
2．3 預(yù)警系統(tǒng)的功能
預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如下：
1)數(shù)據(jù)庫管理：自動生成數(shù)據(jù)庫，便于處理和調(diào)用
海量數(shù)據(jù)。主要是將自動采集數(shù)據(jù)與人工采集數(shù)據(jù)按
統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式收錄，自動生成數(shù)據(jù)庫，便于處理和調(diào)用
海量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫可方便地轉(zhuǎn)化成圖形輸出。除傳統(tǒng)
的測點(diǎn)時序折線圖外，還能按水工專業(yè)需要生成特定圖
形。例如，單個壩后測壓孑L的時序變化岡并不能直觀反
· 64 ·
應(yīng)大壩總體的浸潤線變化規(guī)律，本系統(tǒng)可在測點(diǎn)平面布
置圖中直接點(diǎn)選需要查看的斷面名稱，獲得該斷面浸潤
線在指定時間段內(nèi)的變化過程。同時相應(yīng)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)
信息和監(jiān)測儀器運(yùn)行資料也會在附加信息框中提供。
2)安全評價與預(yù)警。依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，調(diào)用理論模
型，評價大壩的滲流安全性和壩坡的抗滑穩(wěn)定性，隨時
可以顯示評價結(jié)果，如果有險情，則及時給出提示。
3)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息傳輸。通過庫區(qū)的服務(wù)器連接
[nternet，將大壩的實(shí)時監(jiān)測資料和安全評價結(jié)果傳送
至遠(yuǎn)端的相關(guān)管理部門。當(dāng)大壩安全面臨可能的潛在
危險時，遠(yuǎn)端的專家和管理人員可以做出進(jìn)一步的分析
和決策。
4)提供必要的計算機(jī)界面窗口，便于管理人員輸
入查詢?nèi)罩?、新聞發(fā)布等內(nèi)容。
3 預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)行試驗(yàn)情況
經(jīng)過試運(yùn)行期間的不斷調(diào)試完善，本程序已基本實(shí)
現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，程序?qū)崿F(xiàn)的主要功能有：① 各監(jiān)測點(diǎn)時程
曲線的顯示；②監(jiān)測斷面浸潤線的顯示；③壩體內(nèi)部變
形監(jiān)測的顯示；④安全評價預(yù)警功能；⑤ 人工監(jiān)測數(shù)據(jù)
插入功能；⑥ 報表輸出功能。
張家咀水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的試
運(yùn)行表明，監(jiān)測設(shè)施能夠正常運(yùn)行，系統(tǒng)軟件操作簡便，
表達(dá)方式直觀，功能全面。監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期功
能，能夠滿足當(dāng)前水庫安全與信息管理的需要。圖l為
安全評價與預(yù)警界面。
圖1 大壩安全評價與預(yù)警界面
4 結(jié)語
經(jīng)過一段時間的試運(yùn)行表明， (下轉(zhuǎn)第67頁)
2010年12月 第12期 廣東水利水電 No．12 Dec．2010
參考文獻(xiàn)：
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； 等
(上接第64頁)
預(yù)警系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期功能，能夠滿足安全管理的需要。
預(yù)警系統(tǒng)的研究與開發(fā)，采用了實(shí)用的安全評價模
型，可以自動評價大壩安全，形成了較為完整的評價和
分級報警體系，還可以通過互聯(lián)網(wǎng)為不同技術(shù)層次的使
用者提供水庫大壩運(yùn)行資料的監(jiān)控預(yù)警手段，具有較強(qiáng)
的實(shí)用性。該系統(tǒng)將在運(yùn)行中不斷進(jìn)行完善，使其具有
優(yōu)良的推廣應(yīng)用價值。
由于建筑物結(jié)構(gòu)及環(huán)境條件等的復(fù)雜性，雖然預(yù)警
系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)安全評價的“自動化”，但“自動化”只能處
于某種合適的程度上。人的“管理技術(shù)”和“知識”仍需
和監(jiān)控系統(tǒng)的自動化技術(shù)結(jié)合在一起，不應(yīng)該也不可能
完全依賴于監(jiān)控系統(tǒng)作出所有的判斷。換句話說，依據(jù)
對機(jī)器數(shù)據(jù)的查詢，進(jìn)行專業(yè)的綜合分析和評判仍是必
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(本文責(zé)任編輯 賈卓)
g
要的。
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(本文責(zé)任編輯馬克俊)
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