第ｌ７卷第５期 ２０１１年５月 水利科技与经济 Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ ＶｏＩ．１７ Ｎｏ．５ Ｍａｙ．，２０１１ 城西水库大坝安全监测分析 ＂ｉ，Ｔ－＇ｂ＇ｒ系统技术研究 刘 恒，赵琳， １１０００３） （辽宁省水利水电科学研究院，沈阳［摘要］通过对土石坝安全监测分析评价系统在城西水库的应用情况进行分析，对系统的技 术特点和功能结构等方面进行归纳总结。重点介绍在线实时评价与定期综合评价技术在大坝 安全监测上的应用。研究表明：该成果的最大特点是可为除险加固水库工程提供系统化的、具 有继承性和发展性自动化安全监测解决方案。应用该系统，妥善解决了城西水库大坝安全监 测中原有存在的疑难问题，为大坝安全管理工作提供全面支持，为水库的运行管理带来质的飞 跃。 ［关键词］土石坝；安全监测；分析评价；城西水库 ［中图分类号］ＴＰ３９ ［文献标识码］ Ｂ ［文章编号］ １００６—７１７５（２０１１）０５—００８８—０３ 水库流域面积１６８ ｋｍ ，总库容８ ５２５×１０ ｉｎ ，兴利库容 ４ ４００×１０ ｍ 。水库的主要功能是防洪保安、城市供水、 农业供水、水产养殖、水力蓄能发电等。水库为滁州市工 农业生产和发展做出了较大贡献，取得了良好社会效益 和经济效益。城西水库于２００３年４月安装了大坝安全监 测系统，２００８—２００９年，针对水库原有采集系统的问题进 行了全面的分析，辅助水库完成采集系统的升级改造工 程。并在采集系统的基础上，顺利完成土石坝安全监测 ０ 引 言 我国众多水库中土石坝的数量比重大，而且安全形 势不容乐观。因此急需加强土石坝的设计、施工、运行管 理及相关科研工作，保证水库的大坝安全，促进流域经济 的全面协调和可持续发展。截止到２００２年，我国约有２０ 座土石坝设置了安全监测自动化数据采集装置，但是相 关的一些分析评价软件仍以简单资料管理和整编为主。 ２００２年至今，大坝安全监测与分析评价系统技术得到了 迅速的发展，在分析评价支持方面的水平得到了很大的 分析评价系统的开发工作。下面结合水库实际工程，对 系统主要功能进行介绍。 提高，笔者在此领域投入了大量的精力和物力，并取得了 丰硕的成果。 ２技术特点 （１）系统采用Ｂ／Ｓ与Ｃ／Ｓ相结合的开发模式，将各专 土石坝安全监测分析与评价系统技术是工程与软件 相结合的系统化技术成果。成果解决了实现土石坝安全 监测的关键创新技术，主要包括：数据采集系统运行效率 业子系统与会商决策系统分离，实现系统专业性与易操 作性的统一，提高系统的运行效率。 （２）运用多方面技术，汇集多个专业子系统，集成展 示各子系统功能，实现多系统功能的统一。 保证、采集硬件共享、雷区设备保护、测压管深孔封孔和 在线分析与安全评价预警等。成果主要技术均通过多项 工程实践检验，技术成熟、实用、先进，适用于不同运行时 期的土石坝工程。该成果的最大特点是可为除险加固水 （３）支持坝体监测资料规范化整编与智能化综合评 价，将传统算法与新型算法有机结合，实现系统实用性与 先进性的统一。 库工程提供系统化的、具有继承性和发展性自动化安全 监测解决方案。结合安徽省滁州市城西水库实际工程， 介绍该成果。 （４）通过分析成果信息网络发布，以及三维仿真的空 间展示，实现系统的开放性。 （５）基于健康监测的理念，开发基于模糊综合评价技 １ 工程概况 城西水库位于安徽省滁州市境内，是一座中型水库， 术、灰色关联度技术与神经网络技术的智能型推理机模 型，实现坝体综合评价预警。 ［收稿日期］２０１１—０２—１５ ［基金项目］水利部科技推广计划项目（ＴＧ０８０３）；公益性行业科研专项项目（２００８０１０４０） ［作者简介］ 刘恒（１９８２一），男，辽宁沈阳人，工程师，硕士研究生，主要从事水利自动化技术研究工作；赵琳（１９７７ ），男，辽宁沈阳人，高级工程师，博士研究生，主要从事水利自动化技术研究工作；（１９８２一），女， 辽宁沈阳人，工程师，硕士研究生，主要从事水利科技管理工作． 一一８８— 刘 恒，等：城西水库大坝安全监测分析评价系统技术研究 （６）该技术可为不同类型土石坝提供安全监测自动 化解决方案，尤其对除险加固水库进行自动化监测改造 具有继承性和发展性的特点。 第５期 段性的统计与整编。实现功能主要包括：年报表整编；数 据导出；测压管考证表整编；渗流量统计；化引流量统计； 测压管淤积高程校测；逐日降雨量报表整编以及综合评 价报告等功能。 ３ 系统功能设计 城西水库大坝安全监测分析评价系统的建立将充分 运用采集到的信息，对城西水库大坝安全监测工作进行 全面的自动化、信息化的支持。结合自动化安全监测的 特点，充分运用软件工程技术，建立了一套具有先进性、 可靠性、通用性和可扩充性的土石坝自动化安全监测分 析与评价系统。对系统数据采集、内外部分析方法、应用 模块的开发、软件系统的设计进行了深入的探讨与研究。 功能结构主要由数据管理、内部渗流观测分析、外部变形 分析、坝体安全综合评价及监测分析成果的Ｗｅｂ发布等 子系统组成。下面针对几个主要系统功能进行介绍。 ３．５综合评价子系统 综合评价是对水库大坝存在的危险性进行定量和定 性的分析，得出评价结果，并且可以根据评价的结果确定 土石坝的优先加固次序。根据影响土石坝安全问题内在 影响因素间的物理与逻辑关系进行安全评价因素分析， 结合一定的选定原则以及实际工程经验、相关理论与规 范确定各诊断层安全评价项目集，从而建立起土石坝安 全性综合评价结构体系，逐层进行判断综合，使待解问题 层次化，逐步加以解决，最后得出最终的评价结果。建立 了定期综合评价与在线实时评价两种评价模式。 ３．５．１分析评价知识库 实现了对大坝安全分析评价的方法和准则进行统一 的管理，用户可以进行查询和维护，利用该知识库可对坝 ３．１数据管理子系统 该子系统实现大坝监测数据的存储、维护、预处理与 优化。用户可实现监测数据的多准则模糊查询、历史数 据的录入、工程信息与设备考证信息的管理维护，以及监 测数据库的优化转储。 体安全监测的分析结果进行综合评价。 ３．５．２定期综合评价 根据土石坝安全监测评价体系的确定原则，并结合 土石坝建设与运行管理的特点，确立大坝安全综合评价 体系。然后进行专家打分，利用层次分析法计算出各指 标的权重。在评价等级的确定上，采用五级法，有恶性异 常、重度异常、轻度异常、基本正常和正常５个级别。各项 因素的评价语为： （Ｖｌ， ， ， ， ）＝（ ｌ， ２， ， ４， ５） ５ ３．２数据查询子系统 以多种形式实现数据的查询，包括内部渗流与外部 变形的坝体平面查询与综合断面查询等，使用户更直观、 清晰、快速地了解大坝当前安全状况。 ３．３数据分析子系统 数据分析功能采用了多种具有针对性的分析方法， 对各种特征量进行分析计算。主要包括浸润线分析、渗 透系数反演分析、过程线分析、变化过程线分析、相关分 析、相关关系分析、位势分析、滞后时间分析、多元回归分 析及沉降分布分析等２０多种数据分析方法，最终将其成 果以多种图表输出方式进行整编。 式中０＜ ＜１表示对上述等级的隶属度，∑ ＝１。 Ｉ—Ｊ 对各特征量和评价等级分别进行线性定量化，将评 价准则表达成隶属函数曲线形式，这样可以更直观、方便 地确定各评价因素的安全等级隶属度。系统采用模糊综 合评价方法和灰色关联度分析方法实现不同的评价分析 功能。分析界面见图１。 ３．４资料整编子系统 该子系统实现了针对长期采集的实测数据、分析成 果以及评价成果进行整编和管理，便于管理人员进行阶 图１定期综合评价界面 一８９— 第１７卷第５期 ２０１１年５月 ３．５．３在线实时评价 水利科技与经济 Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｖｏ１．１７ Ｎｏ．５ Ｍａｙ．，２０１１ 等尚无明确的评价准则，因此如针对某一坝体实现研究 在线实时评价与定期综合评价所不同的是，它针对 采集的各种类型的实测历史数据（外部变形观测数据、内 的安全等级评价的专业基础尚不具备。针对这一问题， 本项目创新性采用灰色关联度分析的方法实现坝体安全 趋势分析，并有针对性的建立评价体系，其中特征量主要 部渗流观测数据等）进行在线的实时评价，从而根据实测 数据评价出当前大坝的安全级别。由于目前国内的大坝 安全分析相关规范和准则尚未对结合在线动态监测的数 据形成标准，另外针对具体指标如相关性、滞后性、位势 包括：沉降率、沉降稳定性、沉降趋势、渗流稳定性、渗流坡 降、单宽渗流量、坝体浸润线及坝基扬压力等。分析界面 见图２。 图２在线实时评价界面 ４ 结 语 大坝安全监测自动化工程是一项系统工程，系统的 成功实施在于各部分的有机结合，本部分内容的研究充 分地利用了水利技术、自动化技术、信息技术及统计学等 方面知识。通过在系统开发、试运行中不断地进行技术 反馈解决了一些实践中发现的问题，系统的设计方案是 科学合理的，系统开发是成功的。新系统的运行将对城 ［４］庆强彬，黄荣峰．大坝安全监测系统在城西水库的 应用［Ｊ］．安徽水利水电职业技术学院学报，２００７，７ （４）：５８—５９． ［５］何薪基，田 斌，周建军．最优权给合模型与参数优 化在安全监测分析中的应用［Ｊ］．大坝观测与土工测 试，２０００，２４（５）：２４—２６． 『６］Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ．Ｕｓｅ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ Ｍｏｎｉ— ｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ Ｄａｍｓ［ｚ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒ－ ｎａｔｉｏｎａｌ ＮＡＴＯ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｄａｍｓ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｍａｎａｇｅ— ｍｅｎｔ ａｔ Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ Ｖａｌｌｅｙｓ．１９９７．４５—５０． 西水库的大坝安全监测与分析评价工作提供直观、稳定、 高效的支持。 ［参考文献］ ［１］邓念武．偏最小二乘回归大坝位移资料分析中的应 用［Ｊ］．大坝观测与土工测试，２００１，５（６）：１６—１８． ［２］顾慰慈．渗流计算原理及应用［Ｍ］．北京：中国建材 工业出版社，２０００．６—３４． ［７］Ｂｏｎａｌｄｉ，Ｐ；Ｒｕｇｇｅｒｉ，Ｇ；Ｍａｓｅｒａ，Ａ．Ｍａｎａ￣ｎｇ Ｄａｍ Ｓａｆｅｔｙ ｉｎ Ｔｈａｉｌａｎｄ『Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｄａｍ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，１９９４，４６（８）：２１—２５． ［８］Ｈｕａｎｇ Ｍｉｎｇ，Ｇｅ Ｘｉｕ—Ｒｕｎ，Ｌｉｕ Ｊｕｎ．Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ Ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ ｉｎ Ｄａｍ Ｓａｆｅｔｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ『Ｊ］．Ｊｏｕｒ－ ｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００１，３５（４）：５１４— ５１７． ［３］高洪深，陶有德．基于人工神经网络的非线性回归预 测模型的研究［Ｊ］．北方工业大学学报，１９９９，（１）：２１ —（编辑：赵琳琳） ２３． 一９０一
