水库运行期安全监测及事故预判

刘 艳

(新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局，新疆 喀什 844000)

0 引 言

水库建成投入使用之后，会受到多方面因素的共同影响，容易各种安全风险和危险事故。为实时掌握水库的运行状态，就必须加强安全监测和事故预判。水库规模比较大，影响水库安全运行的因素又比较多，传统粗放式的安全监测，已经难以满足现代化水库安全运行的需求，需要加大新技术、新设备、新管理理念的应用，才能最大限度上保证水库运行的安全性。基于此，开展水库运行期安全监测与事故预判的分析研究就显得尤为必要。

1 工程概述

新疆下坂地水利枢纽工程位于新疆塔里木河源流叶尔羌河主要支流之一的塔什库尔干河中下游。该工程是塔里木河流域近期综合治理中唯一的山区水库枢纽工程，主要任务是以生态补水及春旱供水为主，结合发电的综合性Ⅱ等大(2)型工程。水库正常挡水位2960m，总库容8.67亿m3，电站总装机150MW。枢纽建筑物由拦河坝、导流泄洪洞、引水发电洞和电站厂房四部分组成。大坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝，坝顶高程2966.00m，最大坝高78m。导流泄洪洞布置在右岸，引水发电洞布置在左岸，穿越哈木勒提沟拐向正东。电站厂房布置在坝址下游8.5km河道的左岸。工程总投资约18.5亿元人民币。主要工程施工工期2006年3月1日至2009年6月30日，2020年12月通过竣工验收。

2 水库运行期安全监测的内容

影响水库安全运行的因素比较多，需要监测的内容也比较多，为保证水库始终在安全可靠的状态下运行，必须结合实际情况，明确水库运行期安全监测的内容，就案例工程而言，主要包括以下5个方面：

2.1 坝体监测

水库坝体监测的内容主要体现在3个方面，包括外部变形监测、内部变形监测以及防渗墙检测。

外部变形监测：案例工程在2016年和2017年对坝体外部变形进行了全面监测，检测结果表明，枢纽永久性变形监测网安全可靠，坝体在运行期间，水平方向坝体总体表现为：向下游、向河槽方向变形，竖直方向表现为沉降。坝体最大向下游变形为EM3-5测点的76.49mm；向右最大变形为EM2-2测点的49.7mm，向左最大变形为EM2-12测点的54.2mm；坝体中部沉降大、两侧沉降小，坝体最大沉降变形发生在上游坝体为EM1-7测点，最值为285.30mm。坝0+65断面坝轴线下游8m磁环沉降管累计沉降过程线如图1所示。

图1 坝0+65断面坝轴线下游8m磁环沉降管累计沉降过程线

内部变形监测：古河槽部位坝体轴线下游35.6m处ES06测点的累计沉降变形量比较大，最大的量值为269mm，占坝体总高度的0.5%，坝体各测管单点沉降最大值发生在坝体高度三分之一到二分之一的位置。磁环测管的最大单点沉降量为0+300断面轴线下游79.9m处2903.5m高程的78mm。历年沉降监测数据虽有小幅增大的变化，但增幅不大，大坝的沉降变形总体上是趋于收敛的。测斜管左右岸方向观测结果表明，左右两侧坝体有逐步向中间变形的趋势。尤其是蓄水之后，左侧坝体向右岸最大变形值为19mm，右侧坝坝体左岸最大变形值达到29mm。大坝内部水平方向的变形总体上和外部变形测量成果基本吻合，符合大坝荷载运行期间变形规律的要求。

防渗墙监测：大坝蓄水之前，左右两岸混凝土防渗墙上下游面的中部、顶部、河槽最深处混凝土防渗墙的下游面和部分区域出现了一定的拉应力，通过实际监测，最大的拉应力为0+160桩号，2858m高程的S03测点，最大拉应力达到1.35MPa，并未超过设计抗拉强度1.4MPa。而蓄水之后，混凝土防渗墙全断面处于压应力工作状态，混凝土防渗墙的工作应力状态得到了有效改善，蓄水之后混凝土防渗墙的最大挠度变化幅度不超过1mm。

2.2 导流泄洪洞监测

导流泄洪洞监测也是水库运行期安全监测的主要内容，需要是度三岔口部位和导流洞进口部位进行监测。部位不同，监测的方法也不相同。

三岔口部位监测：埋设初期围岩变形舌头段0+421.0桩号顶拱长大量达到7.0mm，之后的变形逐步趋于稳定。同时监测断面顶部围岩变形量要大于两边墙围岩变形，同观测部位浅层围岩变形大于深层围岩变形。锚杆拉应力基本上和围岩变形成对应关系。锚杆最大应力为高洞室段0+441桩号顶拱部位，量值为278.4MPa，其余测点锚杆应力逐渐收敛，量值基本上在-76.9-118.1MPa之间。

导流洞进口部位监测：弧形闸门门轴拉锚筋及门轴后深层基岩锚杆应力为12.2-50.2MPa，测值稳定。

2.3 引水发电洞监测

上平段0+148m断面围岩变形以张开变形为主，最大变形8.4mm，洞0+148m断面锚杆最大拉应力156.2MPa。洞0+148m最大钢筋拉应力发生在洞顶，最值为17.7MPa，而洞室底部的测值发生突变，由-200MPa多突变至-500MPa[1]。

2.4 地下厂房监测

本工程主厂房围岩和副厂房围岩的变形，都以张开为主，在进行变形监测中，变形主要 集中在测点埋设的初期，期间最大值为5.4mm，发生在副厂房和纵向中间桩号的顶拱，在分布上呈现出纵向桩号中部大于两侧，可同断面顶拱部的大于边墙。围岩锚杆应力分布和变形应力分布基本对应，最大值为134.7MPa，其余量值都比较小，目前本工程厂房围岩变形基本上趋于稳定状态。地下厂房厂(纵)0+23.2m断面围岩锚杆应力过程线如图2所示。

图2 地下厂房厂(纵)0+23.2m断面围岩锚杆应力过程线

2.5 渗流及渗流量监测

工程下游坝体的浸润线较低，浸润高程在2895-2900m高程之间，受库水位影响较小；下游基础内2860m高程的测点渗压水位在2886.788-2901.553m之间；下游基础内28612m高程的测点渗压水位在2884.998-2903.677之间。

左岸绕坝渗流测点与库水位相关密切，库水位最高时(2957.9m高程)，UP-A-G七个测点的渗压水位分别为2939.56m、2928.96m、2926.15m、2925.39m、2912.64m、2895.77m、2890.96m。

2014年之前最大渗流量为28.97L/s。2012年左、右两岸补强灌浆效果不明显，2014年再次补强灌浆，坝底廊道渗流量有较明显改善。2017至2019年渗流量有逐年小幅增加的情况。2019年最大渗流量为12.61L/s。

3 水库运行期安全事故预判方法

事故预判是发现和处理水库运行期安全问题的主要手段，在进行水库运行期安全事故预判中可采取直接判定法和综合判定法。要先用前者进行预判，如果无法直接判定，再用综合判定法进行判定。

在采用直接判定法中，只要水库运行期安全监测结果符合以下任何一项要素，都可以判定为重大事故隐患。

1)水库运行期安全鉴定为三类，按照《水库大坝安全鉴定办法》的要求和规定，三类坝就是低于洪水标准低于部颁发水泥枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准，或者是工程存在严重安全隐患，无法按照设计要求正常运行的大坝工程。

2)坝体出现裂缝，引起渗水、漏水问题。

3)坝体渗漏明显异常，并且坝体上出现了严重的流土、漏洞、管涌等安全问题。

4)水库大坝闸门主要承重构件出现了裂缝、门体止水装置老化、损坏渗漏等都出现了超出规范的要求。并且闸门在启闭中出现了异常振动、卡阻等。卷扬式启闭机钢丝绳达到报废标准，但未进行报废处理。

5)泄水建筑物堵塞无法泄洪或者行洪设施不符合相关要求。

在应用判定法时，主要水库运行期安全监测结果，满足任意3项基础条件+任意3项物的不安全状态就表明该水库存在重大事故隐患[2]。

基础条件为：水库运行管理机构和管理制度不健全，管理人员职责不够模明晰；大坝安全监测、防汛交通、通信等管理设置不够完善；水库在运行中调度规程、水库大坝安全管理应急预案未制定出来或者没有及时报批；不能按照审批的调度规程进行科学合理的调度运用，也没有按照相关规范和标准，开展全方位的巡视检查和安全监测，难以实时掌握大坝的安全运行状态；大坝养护和维修不够及时，处于不安全的工作状态或者是不完整的工作状态。

物的不安全状态：水库大坝没有严格按照相关的规定进行安全鉴定。水库大坝的安全鉴定依据为《水库大坝安全鉴定办法》；大坝的抗震安全性综合评价级别为C级，主要依据是《水库大坝安全评价导则》，如果大坝的抗震安全评价为C级，就是不安全或者的大坝工程，需要及时处理；大坝泄洪洞、溢流面等位置出现了大面积汽蚀现象；坝体混凝土老化严重，碳化严重，表面出现了大量裂缝；针对白蚁灾害区域的土坝，没有进行科学有效的白蚁防治工作；闸门液压式启闭机缸体或者活塞杆上出现裂纹，或者有明显的变形和扭曲等。

4 提升水库运行期安全监测和事故预判准确的措施

4.1 细化监测方法

在选择水库运行期安全监测方法时，需要充分结合水库的实际情况，编制出专用强、实用性好、可操作性强的规范。水库运行期安全监测设计时必须严格遵循少而精、设备耐久性比较强的原则，所选择的监测设备，必须操作简单、易于维护、耐久性好，尤其是对各种预埋设备而言，随着使用年限的增加，必然会出现一定程度的损坏和老化，无法更换或者难以更换的水库运行期安全监测的仪器设备必须有一定的富余量[3]。监测方法可采取传统的人工监测法，自动化监测并不是水库运行期安全监测的明智之举，不但费用昂贵，监测项目有限，而且可靠性比较差，容易失窃。水库运行期安全监测和事故预判的准确性离不开完善监测设施的支持，需要结合水库安全运行实际管理情况，逐步完善各种基础设施，为水库运行期安全监测和事故预判提供真实有效的数据支持。

4.2 严格落实好水库运行安全法规

水库运行安全法规是水库运维管理的主要参考和依据，针对目前很多水库管理单位，存在违法执行严重的问题，需要进一步加强水泥行业的法规建设[4]。近年来，我国水利部门逐步颁发了很多水库运行管理、养护管理、安全管理、安全监测方面的技术指标和法律规范。对水库运行期安全监测和事故预判准确性的提升起到了很大的推动作用。在水库运行期安全监测中，需要每位工作人员，都能熟练地掌握各种法律法规和技术标准，并在实际工作中严格执行，才能保证水库始终处于安全可靠的运行状态。

4.3 应用一体化信息管理系统

水库运行期安全监测与事故预判具有很强的复杂性，内容多，需要考虑的因素比较多，为保证水库运行期安全监测与事故预判得准确，为出险加固提供真实的数据参考，需要采用统一的系统架构和平台，研发出一套集基本信息、雨水情、安全监测、防洪调度、兴利调度、视频监控等多种功能为以提升的水库信息化解决方案。以实现对水库运行期安全情况的实时监测，促使水库安全管理更加科学和便利。

5 结 语

综上所述，结合工程实例，分析了水库运行期安全监测及事故预判，分析结果表明，水库运行安全与否，直接关系到水库工程运行的稳定性，以及下游居民的财产和生命安全。因此，必须高度重视水库运行期安全监测及事故预判工作。需要结合实际情况下，立足预判判定标准，并采取科学有效的方法及措施，才能保证水库始终处于安全稳定的运行状态，最大限度上发挥出水库的价值和作用，促使我国水库事业持续健康地发展。