紧水滩大坝径向位移安全监控指标拟定

邵广俊，陈 俊，魏景新

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

紧水滩大坝径向位移安全监控指标拟定

邵广俊，陈 俊，魏景新

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

根据紧水滩大坝原型监测资料，以拱冠11坝段为典型坝顶，选取每年上下游方向径向位移极值作为样本空间，采用典型小概率法拟定11号坝段坝顶径位移安全监控指标。并结合2016年的大坝实测值，分析大坝运行状态。结果表明，监控指标符合实际，可以为分析判断大坝运行状态提供决策依据。

小概率法；安全监控指标；径向位移；紧水滩大坝

1 引言

紧水滩大坝在浙江省云和县境内，位于瓯江上游大溪支流龙泉溪上。控制流域面积2 761 km2，总库容13.93亿m3。大坝为三心双曲混凝土拱坝，最大坝高102 m，坝顶高程194 m，坝顶弧长350.6 m，坝顶厚5 m，共分20个坝段。拱坝坝体中布置了5组正、倒垂线监测坝体挠度，分别设置在接近左坝肩的4号坝段、左1/4拱处的7号坝段、拱冠11号坝段、右1/4拱处的13号坝段和接近右坝肩的17号坝段。

目前，大坝运行单位评判大坝的运行性态，主要是通过分析监测数据的变化规律，并结合日常巡视检查情况，综合判断大坝变形是否符合混凝土坝一般变形规律。但未设有大坝安全监控指标值，缺少大坝安全监控运行警戒值，不便对大坝的安全性进行定期评估。

典型小概率法主要适用于有较长时间序列的大坝原型监测安全监控指标拟定，在实际中也有较多应用。紧水滩大坝运行时间较长，大坝原型监测资料保存完好，适用典型小概率法。

2 典型小概率法

在已有的大坝原型监测资料里，选取不利荷载组合时的监测效应量Xmi（如大坝的径向位移），显然Xmi为随机变量，每年有一个极值，即一个子样，由此可得一个样本空间：

因为样本数量有限，通常X为小子样样本空间，用下式估计其统计特征值：

图1样本空间X正态分布概率密度图

令Xm为监测效应量的安全监控指标，大坝将要发生险情或出现异常时，即可表示为X＞Xm，其概率为

3 紧水滩大坝径向位移安全监控指标拟定

3.1 子样的选取

影响混凝土拱坝径向位移的荷载主要为温度荷载和水压荷载，温度升高、水位下降坝体向上游位移，反之坝体向下游位移。紧水滩大坝垂线实测资料显示，一般在每年的2～3月向下游位移至最大，每年8～9月向上游位移至最大。本次选定拱冠11号坝段为典型坝段进行计算，实测资料选取1992年1月1日～2015年12月31日的坝顶径向位移数据，统计其年内极值（见表1）。

表1 11号坝段坝顶径向位移极值统计表（mm）

3.2 分布检验

使用K-S法，对11号坝段坝顶径向位移上游及下游两个方向极值分布进行检验，可知其位移上游方向每年极值δ1、下游方向每年极值δ2服从正态分布，即δ～N（）。因此当位移δ大于其极值δm时，其概率为：

3.3 拟定安全监控指标

由统计理论知，当α足够小时，可认定其为小概率事件，此事件如发生则属于异常。根据大坝的重要性确定失事概率α，紧水滩大坝取α=1%进行计算δm。紧水滩大坝建成运行已逾30年，运行期间未出现危及大坝安全的异常情况，原型观测数据均为大坝运行的正常数据。从表1中可知，大坝所受荷载不同，年度极值差值较大。从大坝运行实际情况来看，紧水滩大坝在1995年、2010年、2012年遭遇了低温高水位的典型工况，坝体也相应出现较明显的变形，年度极值有参考价值。为使拟定的安全监控指标具有代表性，在表1中按数值从大到小选取12个数应用小概率法进行计算（见表2）。

表2 11号坝段坝顶径向位移极值筛选统计表（mm）

经K-S法检验，上表中数据分布为正态分布。

确定δm值时，可转化为下式计算：

可知，t分布为标准正态分布，即 t～N（0，1）。当α=1%，1-α=0.99。查标准正态分布表，知：

f（2.32）=0.9898 f（2.33）=0.9901

经插值计算，可得tm=2.3267。将tm代入计算，求得δm。可得11号坝段坝顶径向位移监控指标（α=1%），上游方向为 21.369 mm，下游方向为27.195 mm。计算结果见表3。

表3 11号坝段坝顶径向位移监控指标（mm）

4 确定大坝运行状态

对照拟定的安全监控指标，分析2016年大坝安全监测资料情况。11坝段坝顶径向位移过程线见图2。（注：紧水滩大坝以上游方向为正，由于设计原因，方向符号与规范符号相反）

图2 2016年11号坝段坝顶径向位移过程线

2016年紧水滩大坝所遭受的水位、温度等荷载未超历史最不利情况时的荷载。从图中可知，2016年11号坝段坝顶径向位移实测值向上游位移极值为14.329 mm，向下游位移极值为16.146 mm，均小于安全监控指标，大坝性态正常。工程实际运行中日常巡查及年度详查也未见异常情况。

5 结语

紧水滩大坝有较长系列的大坝原型监测数据，大坝安全监控指标采用典型小概率法确定是可行的。但在实际应用时，因年际大坝所受荷载相差较大，年度极值相应差值较大，长系列数据选用时，要优先选用那些发生典型荷载年份的数据，以免在拟定安全监控指标时出现指标值偏小或失真的情况。1992年～2015年间，紧水滩大坝运行时虽未经受设计水位工况的检验，但大坝也经受了建库以来最大入库流量、最高库水位、低温高水位等典型工况的考验，大坝运行性态正常，拟定的监控指标能够符合实际，可以满足实际使用需求。

下一步，典型小概率法还可逐步应用到地下水、垂直位移等其他监测项目的安全监控指标拟定中，可以为大坝安全分析提供更加量化的决策依据。同时，随着资料系列的延续，还需根据大坝的实际运行情况，动态修订原有拟定的大坝安全监控指标，并定期评价大坝安全状态，确保大坝运行正常。

[1]吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]李晓晨，张毅，董龙根，等.典型小概率法在大坝径向位移安全监控指标拟定中的应用[J].三峡大学学报（自然科学版），2014，36（3）：43-45.

[3]冯甲林，方朝阳.飞来峡大坝坝顶水平位移安全监控指标拟定[J].人民黄河，2012，34（7）：130-131.

TV642

A

1672-5387（2017）11-0053-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.020

2017-08-30

邵广俊（1979-），男，高级工程师，从事水电厂水工技术监督管理工作。