大坝安全与监测王德厚（长江科学院）[文摘] 本文对大坝安全，大坝安全管理，大坝安全监控及关键技术问题做了简要论述，最后介绍了中国长江三峡水利枢纽的安全监测系统。

[关键词] 大坝安全大坝监测三峡水利枢纽1 关于大坝安全修建水坝是综合利用水资源的重要工程设施之一，世界各国都很重视。

据国际大坝委员会1997年底对44个国家的统计，已建高于15m的大坝总数为41 413座，其中中国有24 119座（含库容超过100万m3的坝）。

从坝型上看，土坝占78%，堆石坝占5%，混凝土坝重力坝占12%，拱坝占4%。

在高于100m的大坝中，混凝土坝230座，土石坝180座。

同期在中国建设的土石坝约占90%，混凝土坝占6.8%，堆石坝占3%。

拦河筑坝，兴修水库给人类带来了巨大的综合经济效益，包括防洪、发电、供水、航运、灌溉、旅游、养殖等；同时在提高城市化水平、促进区域社会经济发展和生态环境建设方面也发挥了重要作用。

但是也应看到修建大坝包含着一定的风险。

修建大坝可能会打破江河流域原来的生态平衡，可能对水环境造成不良的影响，如果水坝失事或溃决会给人类生命财产带来严重的损害。

据国际大坝委员会的调研和大坝注册簿的统计（见ICOLD Bulletin 99），1900～1951年共建各种大坝5 286座（不包括中国），其中溃坝117座，溃坝率为2.2%。

1951年～1986年共建大坝12 138座，溃坝59座，占0.49%。

在中国，截止1990年底的统计，全国已建各类大、中、小型水库大坝82 848座，总库容4 617.13亿m3，发生溃坝的有3 242座，溃坝率为3.9%，溃坝库容为64.17亿m3，所造成的损失十分巨大，不仅使工程本身遭受损失，更严重的是给水库下游人民生命财产和经济建设造成了灾害，有的甚至是毁灭性的灾害。

如：1975年8月中国河南板桥、石漫滩两座大型水库发生溃坝，溃坝流量分别达80 000m2/s和20 000m2/s以上，下游数十个县顿成泽国，人员伤亡数以万计，经济损失十分严重。

多起水坝失事的教训引起社会广大公众的严重关切，也促使水利工程主管部门对所有水库大坝的安全状况进行全面检讨。

通过大量调查研究，使大家清楚的认识到：为了综合开发利用水资源，修建水库大坝是需要的，但要修建安全性能好的水库大坝，为此必须保证良好的工程质量并有足够的抗洪能力。

同时也认识到即使是建成了性能好的水库水坝，也必须加强大坝的安全管理，包括日常的安全监测、安全检查、维修养护、合理调度；还应有一个强有力的防汛抢险组织机构，一旦大坝失事即有切实可行的应急方案和充足的抢险物质和设备。

作者简介：王德厚，男，教授级高级工程师12 大坝安全与安全管理从分析水坝失事实例可以看出，造成水工建筑物破坏的原因主要有五个方面：（1）自然因素：指建筑物受到自然界难以预测或难以抗拒的灾害的作用。

例如遭遇非常洪水、特大水流、风暴、地震、山崩、滑坡和某些潜在的地质作用等。

（2）勘测和设计因素：指对建筑物所处的自然条件调查不全面或处理不正确，对建筑物运行工作条件估计错误，以及指导思想的片面性等。

例如缺乏勘测资料就盲目设计，或因勘测的精度、范围和方法不当，提供了不正确的勘测资料，以及勘测和设计人员工作脱节等。

（3）施工因素：指违反设计要求，采用的建筑材料和施工方法不当，或缺乏有效的检查监督，导致工程质量低劣或不合乎要求等。

（4）运行和管理因素：指对建成的工程没有正规的安全管理部门或未开展有效的安全管理工作，包括安全监测、定期安全检查、日常维修和养护、合理的调度使用等。

另外应对紧急险情的组织机构不落实，没有或缺乏应急对策、处理方案、物资保障和有效措施等。

（5）战争因素：由于军事行动、轰炸、爆破对水工建筑物造成的损害。

从以上简要分析可以看出大坝安全事故是由方方面面的因素造成的，除了自然因素和战争因素之外，人为因素占有重要成分。

因此，应该对工程的勘测设计，直到工程施工的每一个环节加以控制，充分保证水库水坝的工程质量，这是实现工程安全的主要保证。

然而由于人类对客观规律的认识有局限性，水工建设中的地质勘探，设计施工难免万无一失，况且近年来在地质条件不利的条件下兴建的大库高坝也越来越多，设计施工中有许多创新和探索，都使水工建设中的各个环节包含着风险因素。

人们可以精心设计、精心施工，提高大坝的安全度，把失事的概率减低到最小程度，但仍然要说任何建成的水坝都包含着一定的风险。

因此对已建成的大坝应该以工程风险分析为基础，引入风险管理的理念和方法，加强大坝安全管理。

事实上世界各国对大坝安全管理已越来越重视，有关大坝安全的管理机构及安全立法不断完善，制定大坝事故的各种紧急处理方案和应急措施也已由专门机构负责，大坝安全管理工作得到了全面加强。

例如：美国水坝的安全管理分别由各主管机构负责。

联邦内务部垦务局（USBR）设有坝及结构安全局，对其所建的275座大坝进行安全管理；田纳西流域管理局（TV A）负责该流域的53座大坝；美国联邦能源立法委员会（FERC）负责管理该系统的1 500多座水力发电站及大坝；美国陆军工程师团（USACE）对其所属14个大区下的41个分区的大坝进行安全核查和管理；美国农业部管理着340座用于灌溉供水的水库水坝。

此外美国95%的水坝由各州兴建，其安全管理也由各州负责。

加拿大各省、区都设有水电局，它们是大坝的业主，也负责大坝的安全管理。

中国现有各类水坝84 000多座，分属两大系统。

国家电力公司系统有130多座以水力发电为主的大坝，由国家电力监管委员会大坝安全监察中心负责大坝安全的监督检查。

其余绝大部分水坝由水利部和各省水利厅管理。

水利部设有大坝安全管理中心负责对大坝安全状况的检查评审，并提出对病险水库的处理意见。

关于大坝安全的立法各个国家也越来越重视。

美国国会早已颁布了92-367号法，即国家大坝安全法。

此后，联邦科学技术和工程协会拟订了“联邦大坝安全导则”作为全国大坝安全管理的指导性文件。

加拿大政府也制定了大坝安全导则。

加拿大全国十二个省均根据该导则制定了用于本省区的管理条例和具体规定。

在中国，由国家主席批准发布的《中华人民共和国水法》第四十三条明确规定“国家对水工程实施保护，国家所有的水工程应当按照国务院的规定划定工程管理和保护范围。

”1991年国务院颁发了《水库大坝安全鉴定办法》、《水库大坝安全评价导则》等法规。

由于水坝安全管理机构的建立，大坝安全有关法规的颁布和实施，水库大坝安全管理工作得到加强，并逐步规范化。

首先大坝安全普查和鉴定工作普遍开展，中国水利部水利管理司在1962年、1979年和1991年先后三次对全国各类水库水坝的数目、现状、病险程度及溃坝失事情况进行了调查和统计，并请有关专家对事故的类型、原因作了精确的分析，提出了对病险水坝防治的建议，对今后如何加强水利工程管理防患于未然提出了意见和建议，其中包括加强工程安全监测。

需要强调的是：大坝安全管理要以规避风险、防止事故为原则，积极推行风险分析的管理方法。

3 大坝安全与监测大坝安全监测是大坝安全管理工作的耳目。

大坝失事的原因虽然多种多样，但在大多数情况下，总是与不能及时掌握建筑物及其基础的实际运行性状有关。

事实上，绝大多数建筑物的破坏过程都不是突然发生的，一般都有一个缓慢的从量变到质变的发生过程。

即使建筑物存在一定的缺陷，或在设计理论和施工技术上有一些未确定因素，有一定的风险，在建筑物运行中只要通过认真仔细地检查、监测、分析，也能及时发现，防患于未然。

因此对建筑物及其基础和相关边坡、洞室从施工到运行性状的监测，就成为保证其安全运行所必备的措施之一。

监测是指直接或借用专门的仪器设备，对建筑物本身及基础岩体，从施工前夕起对施工、蓄水、运行整个过程所进行的量测与分析。

这一过程包括三个基本环节：数据量测、数据采集和数据分析。

一个完整的大坝安全监测系统也应该由这三部分组成。

中国水利部先后颁布了《混凝土坝安全监测技术规范》（SDJ336-89）和《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）明确规定了各类各级水工建筑物必设的安全监测项目。

数据量测的功能是在选定的建筑物若干部位埋设或安装监测仪或设施，通过定时或随机量测，获取反映建筑物及相关岩体性状变化的数据和资料。

按监测物理量的类型分为两大类：环境（原因）量和效应量。

环境量主要包括气温、水温、降水量等，效应量监测项目主要有三类：（1）常规监测主要有变形监测、渗流渗压监测、应力应变和坝体温度监测；（2）专项监测是指水力学监测、震动爆破监测和为常规监测提供必要的控制数据、基准数据、环境参数及其一些辅助性监测项目。

例如：坝区变形控制网、地应力监测等，（3）另一类监测是指对大坝坝体、廊道、坝肩、泄水设施、发电设施、通航建筑物、高陡边坡等通过目视检查和一些辅助手段进行的日常或定期检查。

3数据采集（包括传输）是指定时或定期把量测得到的数据或资料通过自动装置或人工手段或半自动半人工的方式采集起来作短时存放，再集中传送到近坝区或远方的监测中心。

数据分析（包括数据管理、分析解释、安全评价和辅助决策），其主要功能是对传输来的各类监测数据和资料进行有序管理，建立数据库、图库、分析模型库和相关知识库等，并应用一系列数据分析软件，对建筑物及相关岩体的性状变化和安全状态做出评价。

在出现可能危及建筑物安全的异常状况时，及时做出预报进行分级分类报警，并提出应对措施的建议，为主管部门决策提供依据。

随着政府、工程管理部门和社会公众对大坝安全监测事业的日益重视，大坝安全监测的理论、方法、仪器设备、资料分析软件和监测工程的设计、实施和管理，都成为专业人士和商家关注的热点，各个相关领域的技术水平和硬件软件设备也在不断完善。

监测仪器（传感器）按其量测的物理量分类主要有变形观测仪器、压力（应力）观测仪器、渗流观测仪器、温度观测仪器和用于特殊用途的专项观测仪器。

其中变形观测是主要监测项目之一，观测仪器种类繁多，有各种精度的经纬仪、全站仪和GPS测量系统，还有各种位移计、引张线、垂线、沉降仪、收敛计、测斜仪、倾角计、挠度计、测缝计、应变计、静力水准以及大地测量仪器等；压力观测仪器主要有压应力计、锚杆应力计等；渗流观测仪器以渗压计和测压管为主；专项监测仪器是指用于监测振动、爆破、水力学特性、地应力等参数的各种传感器和仪器。

从传感器的原理来分有光学的、机械式的（包括弦式）、液压的、气动的和各种电量式的（电阻式、电容式、电感式等），近年来出现的光纤传感器系列使监测技术出现了一次新的飞跃。

另外，自动测读、自动记录技术的引入和应用使观测仪器的使用更加方便和实用。

对观测仪器的精度、量程、灵敏度和分辨率要求应视需要选定。

由于水库水坝所用的观测仪器设备都是在比较恶劣的环境下工作，对其性能的基本要求是可靠和稳定。