大壩是我國國民經(jīng)濟建設及社會發(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，隨著時間的推移，老壩和病壩問也顯著增加，大壩安全將顯得更為突出，老壩的安全加固是未來大壩管理的重要任務。

中國工程院院刊《中國工程科學》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(jiān)測兩個方面具體闡述了大壩管理的重點，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)、安全注冊和補強加固(或除險)等環(huán)節(jié)；大壩安全監(jiān)測對及時了解大壩的安全狀況、發(fā)現(xiàn)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(guī)；按時進行大壩安全定期檢查(或鑒定)；要更加重視大壩安全監(jiān)測,穩(wěn)定隊伍，及時將監(jiān)測成果用來評價大壩的安全狀況；要盡快解決病險水庫除險加固問題；進一步采用高新技術對大壩安全進行科學管理。

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8.7萬座,其中15 m以上大壩約1.8萬座,水庫總庫容500 Gm3,水電裝機60 GW(約占可開發(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(nóng)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,在已建的8.7萬座堤壩中,其中超過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8.4萬座為小型水庫的大壩。這些水庫大壩中絕大部分(約8萬座)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)濟建設和社會安全起到了重大作用。然而,由于當時的歷史原因,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)量差和隱患多等問題,甚至成為病險水庫。

據(jù)不完全統(tǒng)計,中國的潰壩曾出現(xiàn)過兩次高峰,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,因社會動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(jiān)察中心,并頒發(fā)了一系列的法規(guī)和規(guī)范,大力加強了大壩的安全管理,定期進行安全檢查,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,隨著時間的推移,還會出現(xiàn)新的不安全因素和病險大壩。據(jù)不完全統(tǒng)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)、安全注冊和補強加固(或除險)等環(huán)節(jié)。

（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(jiān)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(jiān)察工作。繼后,在水利部流域機構以及各省市自治區(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)水利部和國家電力公司審批后頒發(fā)執(zhí)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(jiān)測技術規(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則》、《水電站大壩安全注冊規(guī)定》、《混凝土大壩監(jiān)測技術規(guī)范》等。這些法規(guī)和規(guī)范與國務院頒發(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(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10年、特殊情況進行特種檢查的要求,對水利大壩和水電站大壩開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12年,對全國96座水電站大壩進行首輪水電站大壩安全定期檢查。由主管部門主持,聘請專家組進行,主要對大壩的工程等級、設計標準、強度和穩(wěn)定、運行狀況、老化和耐久性、近壩庫岸滑坡和監(jiān)測系統(tǒng)等進行全面檢查,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、壩體裂縫嚴重、壩基滲漏較大、存在近壩庫岸滑坡以及監(jiān)測系統(tǒng)不夠完善等不安全因素,并提出了限期改進措施;目前,正在開展第二輪定期檢查(安排129座大壩),重點檢查第一輪定期檢查發(fā)現(xiàn)問題的處理結果、大壩運行發(fā)現(xiàn)的新問題、金屬結構等,并對重點工程提出安全監(jiān)控指標。水利大壩從1995年開始,對大型水庫大壩開展安全鑒定,取得了一定的成效;然而,由于水利水庫數(shù)量多以及經(jīng)濟困難,僅完成少數(shù)水庫大壩的安全鑒定工作,總體上與要求還有較大差距,須主管部門努力完成該項工作。

實踐證明,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(jù)《水庫大壩注冊登記辦法》、《水電站大壩安全注冊規(guī)定》等規(guī)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(jù)定期檢查發(fā)現(xiàn)的問題,對大壩的缺陷進行補強加固。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(jiān)測設施更新改造等。

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

通過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(jiān)測

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

（一）安全監(jiān)測儀器和數(shù)據(jù)自動化采集

1. 安全監(jiān)測儀器

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

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

2. 數(shù)據(jù)自動化采集

從20世紀70年代中期開始,開發(fā)和研制了垂線坐標儀和差動式儀器的遙測,經(jīng)過不斷完善和改進,90年代在20多座大壩中,安裝了單項或多項監(jiān)測自動化采集裝置。90年代中期,隨著電子技術、通信技術和計算機技術等飛躍發(fā)展,研制和開發(fā)了變形、滲流和應力應變等自動采集系統(tǒng),并在實際工程中得到應用,在價格等方面有明顯優(yōu)勢,但是有一部分自動化監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性尚需進一步完善和提高,可以預計中國制造的自動化監(jiān)測系統(tǒng)有光明的前景。

（二）信息分析與反分析和信息管理

20世紀70年代初,我國開始對大壩安全監(jiān)測資料進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導的重視,一批大型工程的興起和已建工程存在的問題,以及大壩安全定期檢查(或鑒定)的開展和信息技術的發(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數(shù)學模型(統(tǒng)計模型、確定性模型和混合模型),對大壩安全監(jiān)測資料進行定量分析,以此評價大壩的安全狀況,監(jiān)控大壩的安全運行。近幾年來,模糊數(shù)學、灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡等理論應用于大壩安全監(jiān)測資料分析中,也取得較有價值的成果。

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

2. 信息管理

在開發(fā)和研制大壩安全監(jiān)測的數(shù)據(jù)自動化采集的同時,也積極開展了信息管理的開發(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專家系統(tǒng)等層次。其中,信息管理主要包括數(shù)據(jù)庫和圖形庫;信息分析主要包括數(shù)據(jù)庫、方法庫和圖形庫;輔助決策主要包括數(shù)據(jù)庫、方法庫、知識庫和圖形庫;專家系統(tǒng)主要包括綜合推理機、知識庫、數(shù)據(jù)庫、方法庫、圖庫(圖形和圖象),即一機四庫;與數(shù)據(jù)自動化采集連接,實現(xiàn)對大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學有序的管理,對大壩安全運行進行全過程的分析和評價,對不安全因素(或異常)進行物理成因分析,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、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

我國水能資源豐富,尚有84%的水能資源沒有開發(fā)利用,隨著我國西部地區(qū)的大開發(fā)和水利資源的深入開發(fā)以及解決面臨的嚴重水危險,將面臨又一個水利水電建設高潮,尤其是高壩大庫將日益增加;與此同時,我國又是世界筑壩大國,隨著時間的推移,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世紀的重要任務。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,制定了有關法規(guī)和規(guī)范,及時進行安全定期檢查(或鑒定),對病險壩進行補強加固,并加強大壩安全監(jiān)測等,這些措施已取得了明顯實效,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,首先要進一步加強和完善大壩的安全管理體制和法規(guī),進一步提高人們的法制觀念;按時進行大壩安全定期檢查(或鑒定);要更加重視大壩安全監(jiān)測,穩(wěn)定隊伍,及時將監(jiān)測成果用來評價大壩的安全狀況;要盡快解決病險水庫除險加固問題,進一步加大資金的投入;并進一步采用高新技術對大壩安全進行科學管理,等等,使我國大壩的安全面貌煥然一新。