大壩是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，提高和加強(qiáng)對(duì)大壩的安全認(rèn)識(shí)和管理水平，對(duì)充分發(fā)揮大壩的作用具有重大意義。我國(guó)水能資源豐富，是世界筑壩大國(guó)，隨著時(shí)間的推移，老壩和病壩問(wèn)也顯著增加，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(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》刊發(fā)《中國(guó)大壩的安全和管理》一文，概括介紹了我國(guó)大壩的安全狀況，從大壩的安全管理與安全監(jiān)測(cè)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(qiáng)大壩的安全管理是保證大壩安全運(yùn)行的關(guān)鍵措施，主要包括大壩安全管理體制、法規(guī)、定期檢查(或鑒定)、安全注冊(cè)和補(bǔ)強(qiáng)加固(或除險(xiǎn))等環(huán)節(jié)；大壩安全監(jiān)測(cè)對(duì)及時(shí)了解大壩的安全狀況、發(fā)現(xiàn)隱患、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工起到“耳”和“目”的重要作用。也應(yīng)清醒地看到，建好、管好和用好大壩還任重道遠(yuǎn)，加強(qiáng)和完善大壩的安全管理體制和法規(guī)；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(jiān)測(cè),穩(wěn)定隊(duì)伍，及時(shí)將監(jiān)測(cè)成果用來(lái)評(píng)價(jià)大壩的安全狀況；要盡快解決病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固問(wèn)題；進(jìn)一步采用高新技術(shù)對(duì)大壩安全進(jìn)行科學(xué)管理。

一、前言

我國(guó)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(yùn)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(guó)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(kù)總庫(kù)容500 Gm3,水電裝機(jī)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(hù)3.1億人口和3.2×1011 hm2農(nóng)田以及上百座大中城市的防洪安全。這對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)安定團(tuán)結(jié)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(xiǎn)水庫(kù),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(cái)產(chǎn)的安全,一旦潰壩,將對(duì)下游產(chǎn)生慘重災(zāi)難和巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此,加強(qiáng)大壩安全管理,一方面使病險(xiǎn)水庫(kù)能得到及時(shí)維修和除險(xiǎn)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(guó)大壩安全狀況的概評(píng)

（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(kù)容的大型水庫(kù)大壩約400多座,庫(kù)容0.01 Gm3至0.1 Gm3的中型水庫(kù)大壩約2700座,其它8.4萬(wàn)座為小型水庫(kù)的大壩。這些水庫(kù)大壩中絕大部分(約8萬(wàn)座)在20世紀(jì)的50～70年代建造,這些工程為中國(guó)水利水電建設(shè)打下了有力基礎(chǔ),對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)安全起到了重大作用。然而,由于當(dāng)時(shí)的歷史原因,相當(dāng)一部分大壩未按一定的基本建設(shè)程序辦事,存在防洪標(biāo)準(zhǔn)低、工程質(zhì)量差和隱患多等問(wèn)題,甚至成為病險(xiǎn)水庫(kù)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),中國(guó)的潰壩曾出現(xiàn)過(guò)兩次高峰,潰壩率達(dá)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(kù)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(kù)大壩潰決。80年代后,由于加強(qiáng)大壩的安全管理和病險(xiǎn)水庫(kù)的險(xiǎn)情加固,潰壩大大減少。

（二）大壩的安全狀況

從80年代起,我國(guó)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(jiān)察中心,并頒發(fā)了一系列的法規(guī)和規(guī)范,大力加強(qiáng)了大壩的安全管理,定期進(jìn)行安全檢查,不少病險(xiǎn)水庫(kù)得到除險(xiǎn)加固。

然而,我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到,中國(guó)在前述的兩個(gè)筑壩高潮中,大壩已運(yùn)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,隨著時(shí)間的推移,還會(huì)出現(xiàn)新的不安全因素和病險(xiǎn)大壩。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前大中型水庫(kù)大壩中,病險(xiǎn)水庫(kù)大壩約占20%,小型水庫(kù)大壩約占40%,尤其是水利大壩更為突出,估計(jì)病險(xiǎn)水庫(kù)大壩的除險(xiǎn)加固資金約120億元以上。因此,加強(qiáng)大壩的安全管理、維護(hù)及除險(xiǎn)加固等任務(wù)還任重道遠(yuǎn)。

三、大壩的安全管理

加強(qiáng)大壩的安全管理是保證大壩安全運(yùn)行的關(guān)鍵措施,它主要包括大壩安全管理體制、法規(guī)、定期檢查(或鑒定)、安全注冊(cè)和補(bǔ)強(qiáng)加固(或除險(xiǎn))等環(huán)節(jié)。

（一）大壩安全管理體制

目前中國(guó)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(guó)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(jiān)察中心”,分別代表水利部和國(guó)家電力公司,具體負(fù)責(zé)水利大壩的安全管理和水電站大壩的安全監(jiān)察工作。繼后,在水利部流域機(jī)構(gòu)以及各省市自治區(qū)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(jiān)察分中心,形成了有中國(guó)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(guī)

在水利大壩安全管理中心和水電站大壩安全監(jiān)察中心成立后,著手制定了大壩安全管理的法規(guī)和規(guī)范,并經(jīng)水利部和國(guó)家電力公司審批后頒發(fā)執(zhí)行。主要包括《水庫(kù)大壩安全管理?xiàng)l例》、《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》、《水庫(kù)大壩注冊(cè)登記辦法》、《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)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(xì)則》、《水電站大壩安全注冊(cè)規(guī)定》、《混凝土大壩監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》等。這些法規(guī)和規(guī)范與國(guó)務(wù)院頒發(fā)的《中華人民共和國(guó)水法》、《中華人民共和國(guó)防洪法》等,構(gòu)成中國(guó)大壩安全管理的法規(guī)和規(guī)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(jù)《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》和《水電站大壩安全管理辦法》的規(guī)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(duì)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(duì)全國(guó)96座水電站大壩進(jìn)行首輪水電站大壩安全定期檢查。由主管部門主持,聘請(qǐng)專家組進(jìn)行,主要對(duì)大壩的工程等級(jí)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)度和穩(wěn)定、運(yùn)行狀況、老化和耐久性、近壩庫(kù)岸滑坡和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等進(jìn)行全面檢查,發(fā)現(xiàn)不少大壩防洪(泄洪)能力不足、抗滑穩(wěn)定裕度偏低、壩體裂縫嚴(yán)重、壩基滲漏較大、存在近壩庫(kù)岸滑坡以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)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(xiàn)問(wèn)題的處理結(jié)果、大壩運(yùn)行發(fā)現(xiàn)的新問(wèn)題、金屬結(jié)構(gòu)等,并對(duì)重點(diǎn)工程提出安全監(jiān)控指標(biāo)。水利大壩從1995年開(kāi)始,對(duì)大型水庫(kù)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(kù)數(shù)量多以及經(jīng)濟(jì)困難,僅完成少數(shù)水庫(kù)大壩的安全鑒定工作,總體上與要求還有較大差距,須主管部門努力完成該項(xiàng)工作。

實(shí)踐證明,大壩安全定期檢查(或鑒定)對(duì)了解大壩安全狀況和運(yùn)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(cè)

根據(jù)《水庫(kù)大壩注冊(cè)登記辦法》、《水電站大壩安全注冊(cè)規(guī)定》等規(guī)范,從1997年起,由水利部大壩安全管理中心負(fù)責(zé)歸口大壩登記工作。其中,大型水庫(kù)大壩的注冊(cè)登記已基本完成,中型水庫(kù)大壩大部分已注冊(cè)登記,小型水庫(kù)大壩正在開(kāi)展;水電站大壩已有110座注冊(cè)登記,并被評(píng)定為甲級(jí)安全注冊(cè)。

（五）大壩補(bǔ)強(qiáng)加固和病險(xiǎn)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固

水電站大壩根據(jù)定期檢查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,對(duì)大壩的缺陷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。主要包括泄洪設(shè)施的擴(kuò)建和改造,壩體加高,壩體裂縫處理,壩基防滲處理,金屬結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)改造,監(jiān)測(cè)設(shè)施更新改造等。

水利大壩首先對(duì)全國(guó)首批43座重點(diǎn)病險(xiǎn)水庫(kù)加固,現(xiàn)已37座脫險(xiǎn);繼后于1992年又確定第二批38座重點(diǎn)病險(xiǎn)水庫(kù)加固,其中9座已脫險(xiǎn),其它正在除險(xiǎn)加固中。

通過(guò)大壩的補(bǔ)強(qiáng)加固和除險(xiǎn)加固, 對(duì)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(jiān)測(cè)

大壩安全監(jiān)測(cè)對(duì)及時(shí)了解大壩的安全狀況、發(fā)現(xiàn)隱患、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)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, 引起大壩主管部門對(duì)安全監(jiān)測(cè)的高度重視, 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 我國(guó)的大壩安全監(jiān)測(cè)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(shì)。

（一）安全監(jiān)測(cè)儀器和數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集

1. 安全監(jiān)測(cè)儀器

從20世紀(jì)50年代中期開(kāi)始研制和生產(chǎn)大壩安全監(jiān)測(cè)儀器,經(jīng)過(guò)幾十年的努力,我國(guó)在差動(dòng)電阻式、電容式、鋼弦式等10多種監(jiān)測(cè)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,總體上滿足實(shí)際工程安全監(jiān)測(cè)的需要。

從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制和生產(chǎn)激光準(zhǔn)直,并在豐滿、太平哨等工程得到了成功應(yīng)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(yīng)用于大壩安全監(jiān)測(cè)中取得了初步成效。

2. 數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集

從20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始,開(kāi)發(fā)和研制了垂線坐標(biāo)儀和差動(dòng)式儀器的遙測(cè),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(xiàng)或多項(xiàng)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化采集裝置。90年代中期,隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等飛躍發(fā)展,研制和開(kāi)發(fā)了變形、滲流和應(yīng)力應(yīng)變等自動(dòng)采集系統(tǒng),并在實(shí)際工程中得到應(yīng)用,在價(jià)格等方面有明顯優(yōu)勢(shì),但是有一部分自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性尚需進(jìn)一步完善和提高,可以預(yù)計(jì)中國(guó)制造的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有光明的前景。

（二）信息分析與反分析和信息管理

20世紀(jì)70年代初,我國(guó)開(kāi)始對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)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(jí)領(lǐng)導(dǎo)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(xiàng)工作得到超常速度的發(fā)展。

1.信息分析與反分析

我國(guó)已廣泛采用三類數(shù)學(xué)模型(統(tǒng)計(jì)模型、確定性模型和混合模型),對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行定量分析,以此評(píng)價(jià)大壩的安全狀況,監(jiān)控大壩的安全運(yùn)行。近幾年來(lái),模糊數(shù)學(xué)、灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測(cè)資料分析中,也取得較有價(jià)值的成果。

反分析方面,包括計(jì)算模型、計(jì)算參數(shù)和計(jì)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(jiān)控指標(biāo)的理論、方法及其應(yīng)用方面,提出了力學(xué)計(jì)算法、仿真計(jì)算法等方法,在實(shí)際工程應(yīng)用中取得了顯著實(shí)效。

2. 信息管理

在開(kāi)發(fā)和研制大壩安全監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)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(píng)價(jià)專家系統(tǒng)等層次。其中,信息管理主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形庫(kù);信息分析主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)、方法庫(kù)和圖形庫(kù);輔助決策主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)、方法庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和圖形庫(kù);專家系統(tǒng)主要包括綜合推理機(jī)、知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、方法庫(kù)、圖庫(kù)(圖形和圖象),即一機(jī)四庫(kù);與數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集連接,實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)有序的管理,對(duì)大壩安全運(yùn)行進(jìn)行全過(guò)程的分析和評(píng)價(jià),對(duì)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、安砂、池潭、古田溪三級(jí)、水口等大壩中得到了應(yīng)用,對(duì)提高我國(guó)大壩安全管理水平有重大作用。

五、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)水能資源豐富,尚有84%的水能資源沒(méi)有開(kāi)發(fā)利用,隨著我國(guó)西部地區(qū)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(yán)重水危險(xiǎn),將面臨又一個(gè)水利水電建設(shè)高潮,尤其是高壩大庫(kù)將日益增加;與此同時(shí),我國(guó)又是世界筑壩大國(guó),隨著時(shí)間的推移,老壩和病壩也顯著增加,大壩安全將顯得更為突出,老壩的加固將是21世紀(jì)的重要任務(wù)。為此,大壩安全管理已引起我國(guó)各級(jí)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(guī)和規(guī)范,及時(shí)進(jìn)行安全定期檢查(或鑒定),對(duì)病險(xiǎn)壩進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固,并加強(qiáng)大壩安全監(jiān)測(cè)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(kù)大壩的失事。但是,也應(yīng)清醒地看到,建好、管好和用好大壩還任重道遠(yuǎn),首先要進(jìn)一步加強(qiáng)和完善大壩的安全管理體制和法規(guī),進(jìn)一步提高人們的法制觀念;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(jiān)測(cè),穩(wěn)定隊(duì)伍,及時(shí)將監(jiān)測(cè)成果用來(lái)評(píng)價(jià)大壩的安全狀況;要盡快解決病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)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(duì)大壩安全進(jìn)行科學(xué)管理,等等,使我國(guó)大壩的安全面貌煥然一新。