大壩是我國國民經(jīng)濟建設及社會(huì )發(fā)展的重要基礎設施，提高和加強對大壩的安全認識和管理水平，對充分發(fā)揮大壩的作用具有重大意義。我國水能資源豐富，是世界筑壩大國，隨著(zhù)時(shí)間的推移，老壩和病壩問(wèn)也顯著(zhù)增加，大壩安全將顯得更為突出，老壩的安全加固是未來(lái)大壩管理的重要任務(wù)。

中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》刊發(fā)《中國大壩的安全和管理》一文，概括介紹了我國大壩的安全狀況，從大壩的安全管理與安全監測兩個(gè)方面具體闡述了大壩管理的重點(diǎn)，并為提高大壩安全與管理提出了建議。文章指出，加強大壩的安全管理是保證大壩安全運行的關(guān)鍵措施，主要包括大壩安全管理體制、法規、定期檢查(或鑒定)、安全注冊和補強加固(或除險)等環(huán)節；大壩安全監測對及時(shí)了解大壩的安全狀況、發(fā)現隱患、檢驗設計和施工起到“耳”和“目”的重要作用。也應清醒地看到，建好、管好和用好大壩還任重道遠，加強和完善大壩的安全管理體制和法規；按時(shí)進(jìn)行大壩安全定期檢查(或鑒定)；要更加重視大壩安全監測,穩定隊伍，及時(shí)將監測成果用來(lái)評價(jià)大壩的安全狀況；要盡快解決病險水庫除險加固問(wèn)題；進(jìn)一步采用高新技術(shù)對大壩安全進(jìn)行科學(xué)管理。

一、前言

我國河川年徑流總量約2780 Gm3,人均約2300 m3,為世界人均的1/4,而且時(shí)空分布又極不均勻。然而,水能資源十分豐富,理論蘊藏量為676 GW,可開(kāi)發(fā)378 GW,為世界第一位。為了充分利用這些水利資源,我國已建堤壩8.7萬(wàn)座,其中15 m以上大壩約1.8萬(wàn)座,水庫總庫容500 Gm3,水電裝機60 GW(約占可開(kāi)發(fā)水能資源的16%),年供水量500 Gm3,灌溉面積4.8×1011 hm2,并保護3.1億人口和3.2×1011 hm2農田以及上百座大中城市的防洪安全。這對國民經(jīng)濟建設和社會(huì )安定團結起到了巨大的作用。

然而,由于種種原因,一部分大壩還存在不安全因素,還有一些病險水庫,這不僅影響工程效益的充分發(fā)揮,而且直接影響下游人民生命財產(chǎn)的安全,一旦潰壩,將對下游產(chǎn)生慘重災難和巨大經(jīng)濟損失。因此,加強大壩安全管理,一方面使病險水庫能得到及時(shí)維修和除險加固,在安全的前提下,充分發(fā)揮工程效益;另一方面,又可不斷提高大壩安全管理水平。

二、中國大壩安全狀況的概評

（一）大壩安全歷史

50年以來(lái),在已建的8.7萬(wàn)座堤壩中,其中超過(guò)0.1 Gm3庫容的大型水庫大壩約400多座,庫容0.01 Gm3至0.1 Gm3的中型水庫大壩約2700座,其它8.4萬(wàn)座為小型水庫的大壩。這些水庫大壩中絕大部分(約8萬(wàn)座)在20世紀的50～70年代建造,這些工程為中國水利水電建設打下了有力基礎,對國民經(jīng)濟建設和社會(huì )安全起到了重大作用。然而,由于當時(shí)的歷史原因,相當一部分大壩未按一定的基本建設程序辦事,存在防洪標準低、工程質(zhì)量差和隱患多等問(wèn)題,甚至成為病險水庫。

據不完全統計,中國的潰壩曾出現過(guò)兩次高峰,潰壩率達千分之幾。其中,第一次是在50年代末和60年代初,主要是施工中的中、小型水庫大壩潰決;另一次為70年代,因社會(huì )動(dòng)亂和管理不善造成一批小型水庫大壩潰決。80年代后,由于加強大壩的安全管理和病險水庫的險情加固,潰壩大大減少。

（二）大壩的安全狀況

從80年代起,我國相繼成立了水利部大壩安全管理中心和水電站大壩安全監察中心,并頒發(fā)了一系列的法規和規范,大力加強了大壩的安全管理,定期進(jìn)行安全檢查,不少病險水庫得到除險加固。

然而,我們應該清醒地認識到,中國在前述的兩個(gè)筑壩高潮中,大壩已運行了30～40年以上,工程逐漸老化,加之不少大壩先天不足,老化和病變更為突出,隨著(zhù)時(shí)間的推移,還會(huì )出現新的不安全因素和病險大壩。據不完全統計,目前大中型水庫大壩中,病險水庫大壩約占20%,小型水庫大壩約占40%,尤其是水利大壩更為突出,估計病險水庫大壩的除險加固資金約120億元以上。因此,加強大壩的安全管理、維護及除險加固等任務(wù)還任重道遠。

三、大壩的安全管理

加強大壩的安全管理是保證大壩安全運行的關(guān)鍵措施,它主要包括大壩安全管理體制、法規、定期檢查(或鑒定)、安全注冊和補強加固(或除險)等環(huán)節。

（一）大壩安全管理體制

目前中國的大壩大致分水利與水電大壩。其中,水利大壩以防洪、灌溉為主;水電站大壩以發(fā)電為主(約130多座)。水利部和國家電力公司相繼成立了“水利部大壩安全管理中心”和“水電站大壩安全監察中心”,分別代表水利部和國家電力公司,具體負責水利大壩的安全管理和水電站大壩的安全監察工作。繼后,在水利部流域機構以及各省市自治區水利(水電)廳局和省電力公司(局)相繼成立大壩安全管理或監察分中心,形成了有中國特色的水利大壩和水電站大壩的管理體制。

（二）安全管理法規

在水利大壩安全管理中心和水電站大壩安全監察中心成立后,著(zhù)手制定了大壩安全管理的法規和規范,并經(jīng)水利部和國家電力公司審批后頒發(fā)執行。主要包括《水庫大壩安全管理條例》、《水庫大壩安全鑒定辦法》、《水庫大壩注冊登記辦法》、《土石壩安全監測技術(shù)規范》和《水電站大壩安全管理辦法》、《水電站大壩安全檢查施行細則》、《水電站大壩安全注冊規定》、《混凝土大壩監測技術(shù)規范》等。這些法規和規范與國務(wù)院頒發(fā)的《中華人民共和國水法》、《中華人民共和國防洪法》等,構成中國大壩安全管理的法規和規范體系,使大壩安全管理工作逐步走向法制化管理的軌道。

（三）大壩安全定期檢查 (或鑒定)

根據《水庫大壩安全鑒定辦法》和《水電站大壩安全管理辦法》的規定,一般每5年、最多不超過(guò)10年、特殊情況進(jìn)行特種檢查的要求,對水利大壩和水電站大壩開(kāi)展大壩安全定期檢查(或鑒定)。其中,水電站大壩從1987～1999年,歷時(shí)12年,對全國96座水電站大壩進(jìn)行首輪水電站大壩安全定期檢查。由主管部門(mén)主持,聘請專(zhuān)家組進(jìn)行,主要對大壩的工程等級、設計標準、強度和穩定、運行狀況、老化和耐久性、近壩庫岸滑坡和監測系統等進(jìn)行全面檢查,發(fā)現不少大壩防洪(泄洪)能力不足、抗滑穩定裕度偏低、壩體裂縫嚴重、壩基滲漏較大、存在近壩庫岸滑坡以及監測系統不夠完善等不安全因素,并提出了限期改進(jìn)措施;目前,正在開(kāi)展第二輪定期檢查(安排129座大壩),重點(diǎn)檢查第一輪定期檢查發(fā)現問(wèn)題的處理結果、大壩運行發(fā)現的新問(wèn)題、金屬結構等,并對重點(diǎn)工程提出安全監控指標。水利大壩從1995年開(kāi)始,對大型水庫大壩開(kāi)展安全鑒定,取得了一定的成效;然而,由于水利水庫數量多以及經(jīng)濟困難,僅完成少數水庫大壩的安全鑒定工作,總體上與要求還有較大差距,須主管部門(mén)努力完成該項工作。

實(shí)踐證明,大壩安全定期檢查(或鑒定)對了解大壩安全狀況和運行狀況起到重大作用,是大壩安全管理的行之有效的辦法,已成為一種重要制度。

（四）大壩安全注冊

根據《水庫大壩注冊登記辦法》、《水電站大壩安全注冊規定》等規范,從1997年起,由水利部大壩安全管理中心負責歸口大壩登記工作。其中,大型水庫大壩的注冊登記已基本完成,中型水庫大壩大部分已注冊登記,小型水庫大壩正在開(kāi)展;水電站大壩已有110座注冊登記,并被評定為甲級安全注冊。

（五）大壩補強加固和病險水庫的除險加固

水電站大壩根據定期檢查發(fā)現的問(wèn)題,對大壩的缺陷進(jìn)行補強加固。主要包括泄洪設施的擴建和改造,壩體加高,壩體裂縫處理,壩基防滲處理,金屬結構補強改造,監測設施更新改造等。

水利大壩首先對全國首批43座重點(diǎn)病險水庫加固,現已37座脫險;繼后于1992年又確定第二批38座重點(diǎn)病險水庫加固,其中9座已脫險,其它正在除險加固中。

通過(guò)大壩的補強加固和除險加固, 對提高大壩的健康水平, 充分發(fā)揮工程效益起到重大作用。

四、大壩安全監測

大壩安全監測對及時(shí)了解大壩的安全狀況、發(fā)現隱患、檢驗設計和施工起到“耳”和“目”的重要作用。由于大壩進(jìn)行法制化管理后, 引起大壩主管部門(mén)對安全監測的高度重視, 隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 我國的大壩安全監測有一個(gè)質(zhì)的飛躍, 尤其在信息分析和管理方面有領(lǐng)先的優(yōu)勢。

（一）安全監測儀器和數據自動(dòng)化采集

1. 安全監測儀器

從20世紀50年代中期開(kāi)始研制和生產(chǎn)大壩安全監測儀器,經(jīng)過(guò)幾十年的努力,我國在差動(dòng)電阻式、電容式、鋼弦式等10多種監測儀器;在性能和自動(dòng)化程度等方面都取得了很大改進(jìn)和發(fā)展,總體上滿(mǎn)足實(shí)際工程安全監測的需要。

從20世紀70年代開(kāi)始研制和生產(chǎn)激光準直,并在豐滿(mǎn)、太平哨等工程得到了成功應用。近幾年來(lái),開(kāi)發(fā)和研制了GPS技術(shù)、光纖技術(shù)和CCD技術(shù)等高新技術(shù),在應用于大壩安全監測中取得了初步成效。

2. 數據自動(dòng)化采集

從20世紀70年代中期開(kāi)始,開(kāi)發(fā)和研制了垂線(xiàn)坐標儀和差動(dòng)式儀器的遙測,經(jīng)過(guò)不斷完善和改進(jìn),90年代在20多座大壩中,安裝了單項或多項監測自動(dòng)化采集裝置。90年代中期,隨著(zhù)電子技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)等飛躍發(fā)展,研制和開(kāi)發(fā)了變形、滲流和應力應變等自動(dòng)采集系統,并在實(shí)際工程中得到應用,在價(jià)格等方面有明顯優(yōu)勢,但是有一部分自動(dòng)化監測系統的可靠性尚需進(jìn)一步完善和提高,可以預計中國制造的自動(dòng)化監測系統有光明的前景。

（二）信息分析與反分析和信息管理

20世紀70年代初,我國開(kāi)始對大壩安全監測資料進(jìn)行分析與反分析和信息管理,盡管起步較晚,但是從80年代尤其是90年代,由于大壩安全管理受到各級領(lǐng)導的重視,一批大型工程的興起和已建工程存在的問(wèn)題,以及大壩安全定期檢查(或鑒定)的開(kāi)展和信息技術(shù)的發(fā)展,使該項工作得到超常速度的發(fā)展。

1.信息分析與反分析

我國已廣泛采用三類(lèi)數學(xué)模型(統計模型、確定性模型和混合模型),對大壩安全監測資料進(jìn)行定量分析,以此評價(jià)大壩的安全狀況,監控大壩的安全運行。近幾年來(lái),模糊數學(xué)、灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等理論應用于大壩安全監測資料分析中,也取得較有價(jià)值的成果。

反分析方面,包括計算模型、計算參數和計算工況等反分析,在理論和實(shí)用性方面取得了較大發(fā)展。與此同時(shí),在擬定大壩變形監控指標的理論、方法及其應用方面,提出了力學(xué)計算法、仿真計算法等方法,在實(shí)際工程應用中取得了顯著(zhù)實(shí)效。

2. 信息管理

在開(kāi)發(fā)和研制大壩安全監測的數據自動(dòng)化采集的同時(shí),也積極開(kāi)展了信息管理的開(kāi)發(fā)和研制。主要包括信息管理、信息分析、輔助決策和大壩安全綜合評價(jià)專(zhuān)家系統等層次。其中,信息管理主要包括數據庫和圖形庫;信息分析主要包括數據庫、方法庫和圖形庫;輔助決策主要包括數據庫、方法庫、知識庫和圖形庫;專(zhuān)家系統主要包括綜合推理機、知識庫、數據庫、方法庫、圖庫(圖形和圖象),即一機四庫;與數據自動(dòng)化采集連接,實(shí)現對大壩安全監測數據的科學(xué)有序的管理,對大壩安全運行進(jìn)行全過(guò)程的分析和評價(jià),對不安全因素(或異常)進(jìn)行物理成因分析,并提出輔助決策的建議等。這些成果,在龍羊峽、二灘、巖灘、豐滿(mǎn)、安砂、池潭、古田溪三級、水口等大壩中得到了應用,對提高我國大壩安全管理水平有重大作用。

五、結語(yǔ)

我國水能資源豐富,尚有84%的水能資源沒(méi)有開(kāi)發(fā)利用,隨著(zhù)我國西部地區的大開(kāi)發(fā)和水利資源的深入開(kāi)發(fā)以及解決面臨的嚴重水危險,將面臨又一個(gè)水利水電建設高潮,尤其是高壩大庫將日益增加;與此同時(shí),我國又是世界筑壩大國,隨著(zhù)時(shí)間的推移,老壩和病壩也顯著(zhù)增加,大壩安全將顯得更為突出,老壩的加固將是21世紀的重要任務(wù)。為此,大壩安全管理已引起我國各級政府和壩工界的高度重視,建立了行之有效的大壩安全管理體制,制定了有關(guān)法規和規范,及時(shí)進(jìn)行安全定期檢查(或鑒定),對病險壩進(jìn)行補強加固,并加強大壩安全監測等,這些措施已取得了明顯實(shí)效,基本上杜絕了大中型水庫大壩的失事。但是,也應清醒地看到,建好、管好和用好大壩還任重道遠,首先要進(jìn)一步加強和完善大壩的安全管理體制和法規,進(jìn)一步提高人們的法制觀(guān)念;按時(shí)進(jìn)行大壩安全定期檢查(或鑒定);要更加重視大壩安全監測,穩定隊伍,及時(shí)將監測成果用來(lái)評價(jià)大壩的安全狀況;要盡快解決病險水庫除險加固問(wèn)題,進(jìn)一步加大資金的投入;并進(jìn)一步采用高新技術(shù)對大壩安全進(jìn)行科學(xué)管理,等等,使我國大壩的安全面貌煥然一新。