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大坝安全监测项目设置和测点布置研究

文档作者：江伟国苏玉莲徐莹文档来源： 1．东南大学信息科学与工程学院 2．水利部南京水利水文自动化研究所 3．三明中银斑竹水电有限公司		点击数：	更新时间： 2021年04月13日
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第3期
2008年9月
水利水文自动化
AutomHion in Water Resources and Hydrology
NO．3
Sep．，2008
大坝安全监测项目设置和测点布置研究
江伟国 ，苏玉莲。，徐莹
(1．东南大学信息科学与工程学院，江苏，南京210096；
2．水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京210012；
3．三明中银斑竹水电有限公司，福建三明360000)
摘要：分析了我国大坝安全监测设计的现状，提出了以规范为基础，以风险分析为补充，参考数值计算和模
型实验结果的大坝安全监测项目和测点布置方法。根据国际大坝委员会有关建议，结合新疆恰拉工程的具体情
况给出了风险计算成果并用于指导监测设计，为大坝安全监测项目和测点布置提供了参考。
关键词：大坝安全监测；监测项目；测点布置；风险分析；监测规范
中图分类号：TV698．1 文献标识码：A 文章编号：1672—3279(2008)03—0006—08
监测项目设置和测点布置是大坝安全监测设计中
的基本内容，对减少大坝安全风险、提高监测系统的
有效性和针对性具有十分重要的意义。而目前大坝安
全监测设计中许多都是照搬规范，因此有必要对此进
行深入研究。
1 基于规范的监测项目设置和测点布置
到目前为止，有两类规范对监测项目和测点布
置进行了比较明确的规定。一类是通用监测技术规
范，具体是DL／T5178—2003《混凝土坝安全监测技术
规范》和SL60—94《土石坝安全监测技术规范》，这
两本规范将监测项目分成必选和可选两类项目；另一
类规范是针对具体大坝，如大坝(分重力坝、拱坝、
土石坝等)、水闸、堤防等专用设计和施工，以及运
行管理和安全鉴定专用规范。专用规范中有些将监测
项目分成一般性和专门性两种，前者对应必选监测项
目，后者对应可选监测项目。专用规范针对大坝的具
体结构、运行和安全特点，通用监测技术规范是对专
用规范的有效补充和说明。显然，在安全监测设计过
程中应该将两类规范结合起来，才能使监测设计具有
针对性。在规范使用过程中需要注意如下问题：
(1)两类规范对监测项目设置和测点布置只是规
定了一般原则，在具体设计时还需要根据大坝的具体
情况进行优化设置；
(2)自动化技术规范和仪器系列型谱针对一般和
成熟的仪器及系统进行了说明，在具体设计时，仅熟
悉这些规范是不够的，还要考虑规范制定的原因和技
术的发展；
f3)对于浆砌石坝(包括重力坝和拱坝)，按主
要建筑材料分类，应归于土石坝范畴，但实际上其结
构和破坏形式与混凝土坝更加接近，因此在进行监测
设计时通用监测技术规范应参照《混凝土大坝安全监
测技术规范》；
(4)对于由多种坝型，如混凝土坝和土石坝组成
的水利枢纽，在进行监测设计时应分别参照相应的通
用和专用设计规范。
2 以风险分析为补充的监测项目设置和测点
布置
2．1 必要性和可行·陛分析
由于每座大坝在结构、地质、运行工况和周边环
境等方面存在差异，且随着时间的推移，大坝运行环
境和材料发生变化，大坝的安全状况，特别是安全
风险会发生变化。即使工程等级相同的大坝，由于设
计、施工等的不同，其安全风险也可能存在很大的差
异。因此仅从工程等级上进行监测项目设置和测点布
置，还难以达到安全监测的目的。尽管在工程等级划
分过程中已经考虑到下游可能的损失，但是枢纽等级
划分是以库容等因素为主的，工程建成后，大坝材料
及基础力学和渗流性能都会发生变化，其影响区域的
人口数量、资源和环境因素等也都在变化，而目前的
监测设计难以全面体现这种差异和动态变化，同一工
程等级的大坝或同一座大坝不同时期失事概率和失事
后的损失都明显不同。因此以减少结构安全风险为目
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第3期 江伟国等：大坝安全监测项目设置和测点布置研究 7
的， 以减少自动监测系统工程(投资)风险为手段，
以此来指导大坝的安全监测及其自动化工作十分必
要。风险分析方法将对结构安全风险和监测系统工程
风险结合起来，同时撇开了混凝土坝与土石坝之间的
人为分类，也有利于理论依据的统一。
2．2 风险分析
2．2．1 风险内涵
风险包括建筑物安全风险和监测系统风险。在具
体分析时，既要考虑各影响因素在时间上的先后和空
间分布， 同时也要考虑各因素之间的相关性和不相
容性。损失即包括投资和效益损失，也包括生命财产
损失、生态环境破坏和社会影响等因素。建筑物安全
风险是确定项目投资和规模的关键因素，各种风险的
大小直接对应相关监测项目的投资，风险大的大坝应
该加大投资，风险小的大坝可减少安全监测的投资。
建筑物各部分(细部结构)的安全风险大小将为测点
布置提供依据，风险大的部位设置较多的测点，风险
小的部分可以减少测点布置。从某种意义上讲，安
全监测系统不能增加大坝的安全性(如强度、稳定性
等)，但能减少建筑物的安全风险。显然，要使安全
监测自动化系统真正达到上述目的，只有从监测项目
设置、测点布置、自动监测方法选择、仪器和系统选
型、安装调试和运行维护全过程加以把握方能实现。
(1)大坝安全风险
影响大坝安全的因素可以分成传统和非传统两种
因素。传统因素包括由于设计、施工、结构、闸门控
制等机电设备， 以及气候、地质、高边坡、运行等方
面原因造成的大坝安全失事；非传统因素包括上游水
库失事、战争、恐怖袭击等。影响建筑物安全风险的
因素还包括工程投资及社会和经济效益、失事后的社
会和经济影响、运行管理规章制度和人员素质、下游
人口分布及素质、紧急预案与抗灾救灾措施等。
大坝风险分析方法包括定性和定量两种。在风险
分析过程中，还必须考虑数值计算和模型实验的成
果，具体原因如下： 、
① 对于采用新材料、新结构或建立在复杂地质
条件下的超大型大坝，数值仿真和模型实验是了解建
筑物各部分安全度和破坏过程的有效方法。利用上述
两种方法有利于初步判定结构可能的失效模式、参数
灵敏性、失事过程及其后果模拟。
② 从防灾减灾的角度，安全监测重在发现安全
隐患。针对具体的工作环境，结构最有可能开始破坏
(进入塑性区)部位、最敏感反应物理量等都需要数
值仿真计算和模型试验确定。另外从满足监测设计假
设的角度，如混凝土内应变计组布置需要满足小应变
梯度假设，这些也需要数值计算加以证实。
③ 在仪器量程、安装方位的确定过程中，虽然
可以参照类似工程，但由于大坝的个体差异较大，针
对具体工程的数值计算结果，对确定仪器量程等参数
具有十分重要的参考价值。
(2)监测系统风险
监测系统风险从小的方面讲是监测系统失效概率
及其投资的乘积，从大的方面讲是由于系统失效或达
不到预期功能而使大坝安全风险未能降低的值。由于
后者计算比较困难，本文只考虑前者。但在自动监测
系统建设过程中，必须认识到后者的重要性。
2．2．2 风险分析的简化方法
(1)建筑物安全风险
严格按照荷载、结构和地质条件的概率分布及
功能函数，并在此基础上考虑失事损失的风险分析
方法过程比较复杂，且许多损失难以采用定量的方
式加以描述， 因此考虑结构体系失效及其损失的风
险分析方法目前尚缺乏实用性。为此采用国际大坝
委员会第41期会刊推荐的风险度方法对大坝进行风
险分析，风险指数估算表中考虑的大坝风险因素如
表1所示。表1从环境、库容、大坝设计施工运行和
下游情况等方面评价大坝风险，基本考虑到失事概
率和损失两个方面内容。
根据各因素的不同程度、大小，可由式(1)～(4)
计算建筑物安全总风险指数：
1 5
E=÷ ×Σas (1)
J J=1
1 9
F：÷ ×Σ嘶 (2)
叶 J=6
1 11
R=÷ × Σ嘶 (3)
= 1O
总~ ag=EFR f4)
其中嘶的取值区间为1～6的整数，如对水库库容
的规定 。。的取值分别为1、2、3、4、5，各自对应库容
为<10 、10 ～10 、10 ～10 、10 ～10 和>10 m 。
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8 水利水文自动化 2008．3
其它 具体含义及取值可以参见国际大坝委员会41期
会刊。由于该方法为大坝安全风险分析的简化方法，
因此在嘶分级取值时大都采用了定性描述，各指标的
权重也取为相同。
(2)监测系统风险
监测系统风险可以用系统失效概率与投资乘积加
以表示。其中系统投资包括系统在整个生命周期中的
费用，包括设计、施工、配套土建、运行维护、人员
培训及工资、系统故障排除及升级等费用。系统的失
效概率采用1与系统可靠度的差表示，其中系统可靠
度采用集散控制系统(DCS)的可靠度指标来衡量，
系统可靠性总指标R 可以表示为：
R× × (5)
式中：R为可靠性；A为可用性； 为可维修性。则系
统风险可以简化如下：
= (1一R ×， (6)
式中： 为系统风险， 为系统总投资。显然，要减
少系统风险必须从增加系统可靠性(具体从监测项目
设置、测点布置、仪器和系统选型、系统配置、通讯
方式、施工安装和运行维护等方面全面把握)和降低
系统投资(减小系统规模)两方面入手(这也是测点
布置“少而精”的理论基础)。
2．3 安全监测项目设置和测点布置中的几个问题
综上所述，大坝安全监测项目的设置和测点布置
在满足规范的前提下(原则)，应结合数值计算(尤
其是采用新材料、新结构和新施工方法的工程或超大
型大坝)和模型实验结果，以风险分析为补充对大坝
监测项目设置和测点布置进行优化，再根据自动化技
术水平确定哪些项目和测点需要实现自动化。
2．3．1 监测项目设置中应注意的问题
由于变形和渗流监测是一般大坝安全监测必设的
监测项目，这里只对应力、应变和温度监测项目设置
中需要注意的问题进行说明。
应力监测包括混凝土、面板、钢板和钢筋等应力
监测。 ，
应力监测的目的，首先是与材料强度指标进行比
较，以了解大坝的安全状况；其次是与设计计算和模
型实验进行相互校核， 以此检验设计计算理论的正
确性。应力监测可以分成空间、平面和单向受力等监
测，空间和平面应力(变)监测一般是采用应变计组
的方法实现的，根据弹性力学有关理论可确定需要埋
设应变计组中的应变计数量。由于同一组应变计测量
的是同一“点”的应力，因此应变计组中的各只应变
计是否属于同一个应力状态，即点应力状态是影响应
力监测效果的关键因素之一，这也就是采用应变计组
进行混凝土应力监测时候，不能将应变计组埋设在应
力梯度较大位置的原因所在。
在土石料结构内部， 由于材料本构关系的复杂
性，一般不设置应变计组进行应力监测，而是在土体
内部或土体和混凝土的接触面、土体与基岩接触面上
采用压应力计直接测量压应力。
考虑到混凝土的徐变、温度变形和自身体积变形
等因素，混凝土应力监测需要在应变计(组)附近设
置无应力计，并且确保无应力计所测得的应变是真正
的自由应变，而且这种自由应变必须与对应应变计组
处混凝土的自由应变相等，因此在混凝土材料、湿度
和温度等方面必须保证两者一致。实际上由于在应变
计组埋设时对骨料的剔除、混凝土物理性质离散性、
仪器的超然性、测量误差、初始值的确定等原因，使
得实测应力也存在一定的误差。
面板应力是面板堆石坝中经常进行的监测项目，
一般将面板应力看成平面问题进行仪器布置。从国外
赛沙那坝(Cethana)和阿里亚坝(Foz do Areia)的观测
资料可知，面板挠曲的较大变形发生在坝高的4O％
～ 60％ 处，相应部位的应力也应引起重视。
实践证明，钢筋应力监测具有较高的精度，钢筋
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第3期 江伟国等：大坝安全监测项目设置和测点布置研究 9
应力监测与无应力监测配合使用对分析结构性态变化
具有一定的现实意义。
钢板应力监测是直接在钢板上安装应变计(钢板
计)实现的，同时也需要考虑钢板温度应变的影响。
温度是混凝结构的主要荷载和安全影响因素，
温度监测主要包括混凝土、基岩和土石坝内部的温
度监测。
2．3．2 测点布置应注意的问题
有关规范对测点布置规定的比较少，一般只规定
测点“问距”和“重要部位”，因此在测点布置方面
更加需要借助于风险分析的相关理论， 以减少重要安
全信息的遗漏，避免不必要的重复。
通过有限测点实现对整个建筑物安全信息的采
集，要求测点必须具备代表性、最大风险显示性和最
敏感性3个条件。代表性是指测点所在位置的监测物
理量能够代表一定区域的物理量的变化，同时通过所
有测点能对整个建筑物的安全状况进行全面了解，这
就要求测点布置在典型部位(坝段)或测值突变部
位。最大风险显示性是指在整个建筑物中各部分(坝
段)的安全风险是不一样的，测点应该布置在安全风
险最大的部位。建筑物性态的异常会通过不同的形
式反应出来，其中有些形式难以监测，而有些形式可
以通过监测加以了解，选取那些敏感的部位和物理量
进行测点布置，可以在第一时间掌握结构安全信息，
从而减少安全风险。因此测点布置没有必要一定均匀
布置，在监测物理量梯度比较大和安全风险较高的部
位则密，在监测物理量空间变化率比较小和安全风险
较小的地方可较稀。
许多监测项目的资料分析需要借助相邻测点和相
关项目进行，因此在监测项目设置和测点布置时必须
考虑到匹配问题。在土坝渗流监测资料分析中，如果
某测压管水位升高，可能是上游出现裂缝，也可能是
下游淤积，必须借助于上游测压管和下游渗流量监测
资料进行分析。因此应在该测压管测点上游设置渗压
测点，在下游设置渗压和渗流量测点。
功能性测点布置与结构分析是离不开的，最典型
的例子就是渗流量排水孔的布置问题。排水孔具有降
低坝基渗压的作用， 同时也是监测坝基防渗的重要
监测项目。不同的孔位布置，不但监测效果不同，而
且降低扬压力的效果也不相同。因此采用数值计算方
法，选择对降低渗压效果最好的位置布置测点也是测
点布置中必须考虑的问题。
2．3．3 不同时期监测项目设置和测点布置的注意
问题
从时间上讲，大坝失事概率较高的两个时期分别
是蓄水期和老化期，在这两个时期，结构存在的风险
较高，因此在这两个时期安全监测的项目和测点布置
应该更多一些(或测次更密集些)。
从监测自动化工程实施时间上，可分成新建工程
的监测自动化和老工程的监测系统自动化改造两类。
对于前者，由于新建工程处于高风险期，特别是人们
对真实结构的安全状况缺乏了解，也增加了建筑物安
全风险，此时监测项目和测点布置就应该多一些，对
目前条件(更多的是由于监测仪器不可靠的原因)不
成熟的监测项目和测点可以暂缓实现自动化。对于后
者，可以通过包括对人工观测资料进行分析在内的建
筑物安全状况评估，对监测项目设置和测点布置进行
优化。如建筑物安全风险很小，就可以减少监测项目
和测点；对目前不需要实现自动化，工作正常的内部
埋设仪器可以采取暂时封存的方法，以便将来需要时
(如大坝安全风险增大时)再实现自动化；对测值难
以分析的测点可以不考虑实现自动化。
对于安全风险较大的大坝，除采取必要的工程加
固措施外，还需要增加必要的监测项目和测点。如安
徽陈村大坝在实现自动化之前，根据大坝安全评价和
监测系统可靠性评价的结果，增减了监测项目和测
点，同时采取“总体规划，分期实施”的方法确定先
实现变形和内观监测项目的自动化，而渗流监测自动
化则在二期工程再实现自动化。
老坝测点可以通过以下方法进行优化：
(1)绘制测点测值过程线和与环境量相关线，对
测值不随外界环境(水位、温度)和时间变化而变化
的测点，在自动化改造时可以不予考虑；
(2)对同类项目测点进行相关分析，如果两个测
点的变形过程线完全相关，即可以考虑除去那个测值
变幅小的测点。在空间上如果某测点测值完全可以由
相临测点测值线形插值得到，而且各项系数不变，也
可不予考虑。
(3)对于内部温度测点，作为变形、渗流监测的
因子在逐步回归中总是被显著性检验淘汰的测点也可
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不予考虑。
2．3．4 监测项目设置和测点布置中的其它问题
监测仪器的可靠性与具体应用环境有关，对于同
样监测效果的测点应该布置在环境相对好一些的部
位。例如在水位测点布置中， 由于可选择的范围比较
大，因此布置时，除满足规范对水位测量的要求外，
还应使水位测点远离干扰，利于保护和日常维护等。
在具有相同的监测效果时，监测系统的布置范围
应尽可能的小，并尽可能避开雷击点(如雷击经常
点、突出部位和空旷地等)和强电接地点附近，这样
可提高监测系统的可靠性。例如，在广东某大坝安全
监测自动化中，一开始将水位测点布置在远离大坝的
上游导墙顶端，距离坝轴线250 m， 经常遭受雷击，
后来将测点移到距离较近的坝轴线附近，经过多年的
运行，没有发生雷击现象。
2．4 监测项目设置和测点布置优化流程
大坝安全监测的结果首先用于大坝的安全评价，
而安全评价的结果又可以用来对安全监测系统进行优
化，即低风险的大坝可以降低安全监测系统规模。优
化包括监测项目设置、测点布置和仪器选型等。安全
监测项目和测点布置的整个流程如图1所示。
图1 监测项目和测点优化布置流程图
3 动态及水力学监测
3．1 地震与振动监测
近年来，人们对地震安全监测越来越重视，特别
是在西部大开发和南水北调中，许多大坝修建在强震
区，因此强震监测非常重要。
许多大坝，如泄水和输水建筑物、闸门等，在
工作时都存在振动特性。根据振动对建筑物进行损
伤识别是目前研究的又一个热点。损伤识别包括指
纹分析或模式识别法、模型修正或系统识别法及神
经网络等智能方法。另外也可将振动模态的参数识
别分成频域法、时域法、时一频方法和基于模拟进化
的方法等4类。
与结构静态监测相比，对大坝的动态监测进行监
测项目设置和测点布置研究的比较少，一般情况都是
借助于模型试验实验结果进行。笔者认为，与静态安
全监测相比，在监测项目设置和测点布置原则上应该
是相同的，在具体实施时应该参照模态参数识别的研
究成果进行。
3．2 水力学监测
大坝工作与水密切相关，流态、水面线、动水
压力、流速、泄流量、空蚀情况、通气量、掺气浓
度、振动、雾化等与消能结构工作状况，泄水建筑
物结构形态，输水建筑物力学特性，基础冲刷与淤
积等情况密切相关。这些情况在一定程度上都是结
构安全和工作状况的一种反应，是衡量建筑物当时
风险程度的有效指标之一，在许多大型水利枢纽的
安全监测中也都实施了水力学监测。由于规范在监
测项目和测点布置方面叙述的比较少， 因此监测项
目和测点布置主要是依据结构分析和模型实验的结
果进行。根据分析， 以风险分析为补充的分析方法
同样适应于水力学监测。
4 工程实例
4．1 工程概况
恰拉水库位于新疆天山南麓塔里木盆地东北边
缘，为一平原灌注式水库，坝线较长，分为A、B、
c、D四个坝段，其中：A坝段(老坝加高加固)长
13．612 km，B坝段(新筑坝)长7．250 km，C坝段
(东坝北段)长2．750 km，D坝段(老北坝和截浅滩
坝)长3．655 km。原坝兴建于1958年， 2004年4月完
成主体工程的改建。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，恰
拉水库属大(2)型水库，工程等级为II等工程。主要
建筑物水库大坝和放水涵洞为2级建筑物，次要建筑
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第3期 江伟国等：大坝安全监测项目设置和测点布置研究
物坝后截排及其泵站、调度中心为3级建筑物。
4．2 基于规范的监测项目和测点的选定
按《土石坝监测技术规范》规定二级建筑物的必
设监测项目为：坝体表面变形，渗流量，坝基渗流压
力，坝体渗流压力，上、下游水位，降水量，气温和
巡视检查。一般监测项目为： 内部变形、裂缝接缝、
岸坡位移、绕坝渗流、孔隙水压力、土压力、接触土
压力、水温等。
4．2．1 表面变形监测
按规范规定，坝体表面变形为必测监测项目，表
面变形分为水平和垂直两种位移变形。
4．2．2 渗流监测
渗流监测包括渗流量、坝基和坝体渗流压力等的
监测。渗流量是坝体和坝基渗流状态的综合反应，与
渗压资料结合对分析大坝安全状况具有十分重要的意
义，但恰拉水库为无限深透水地基，坝体和坝基渗流
量难以区分，坝基渗流和地下水也难以区分，因此针
对恰拉水库而言，暂不设置渗流量监测项目。
坝体和坝基渗流监测的重点是坝体浸润线、坝基
渗流压力、放水涵洞和新老坝交接处的渗流和接触冲
刷监测， 目的是了解水力坡降、接触面的水头等参
数，从而分析坝体和坝基渗透变形情况。对于恰拉水
库，由于坝体防渗结构考虑的比较多，而地基为无限
深透水地基，容易出现渗透变形，因此对地基渗流监
测应该给予更高的重视。
4．2．3 压力监测
原坝为均质土坝，加固采用土工膜防渗，没有刚
性与土体结构，因此不设置压力监测。
4．2．4 水文气象监测
水文气象监测是分析大坝性态的必要资料，结合
新疆地区具体特点，将水文气象监测作为必要监测项
目予以设置。
4．2．5 一般性监测项目
由于平原水库坝的高度和水深数值较小，两岸
坝肩结构不明显，温度对土坝变形影响比较小，对
一般性监测项目，如内部变形、岸坡位移、面板变
形、绕坝渗流、孔隙水压力和土压力在本设计中不
予设置。
根据监测自动化的风险分析，考虑到技术成
熟、现场运用维护、人员素质和系统投资等情况，
决定变形监测采用人工监测，渗流和气象监测项目
实现自动化。
4．3 风险分析
根据土石坝监测技术规范，对于变形观测，测点
的间距“坝长大于300 m时，宜取5O～100 m”，而且
在渗流监测部分要求“观测断面尽量与变形、应力观
测断面相结合”。由此可见，即使只对B坝段7．25 km
进行监测至少也需要布置70个断面，这样的投资业主
是难以接受的，因此有必要借助风险分析方法对监测
项目和测点进行减化。
恰拉水库具有水库面积大、坝高小、坝轴线长
等特点， 同时水库下游无重要的城镇和大量居民，
安全风险小，在具体项目设置和测点布置时应考虑
到这一因素。可根据国际大坝委员会41号会刊推荐
的风险度方法进行风险计算。
根据“表1大坝风险指数估算表”，恰拉水库的
实际情况为：
(1)外部的或环境的条件(指数E)：
震区(弱)： =2；库岸塌滑的危险(最小)：
，=1；超设计洪水的危险(可能性很小)： =3；
水库的功用(蓄水类型与管理)(年调节)： =1；侵
蚀性环境的作用(气候、水)(很弱)：口 =1，
则E =1／5 X(2+1+3+1+1)=1．6。
(2)坝的状态／可靠性(指数F)：
结构配置(适当)： 6=1；基础(差)： =5；泄
洪设施(可靠)： =1；维护状态很好： =1，
则F=1／4×(1+5+l+11=2．0。
(3)居民／经济方面的潜在危险(指数R)：
水库库容(16 140．96X10 m3)： 】0=4；下游
设施(孤立的区域、农业)： ：2，
则R=I／2× +2)=3．0，
总指数 = 1．6×2．0×3．0=9．6。
由于坝高小于15 m，总指数小于10，根据国际
大坝委员会建议的必选项目，只需要设置简易目测即
可，建议的监测项目见表2。
4．4 监测项目和测点的最终选定
最终监测项目的确定以规范为基础，以风险分析
为补充，同时参考设计计算的有关成果，重点对失效
概率大的部位，不确定程度大、敏感的变量和部位，
布置监测项目和测点。
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l2 水利水文自动化 2008．3
<15 >10或
R >3
>15
0
g
>30
注： 为必设项目，0表示按需要选用，一表示一般不设置
4．4．1 表面变形
根据规范规定，监测横断面选择在观测断面，
宜选择在“最大坝高处或原河床处、合龙段、地形
突变处、地质条件复杂处，坝内埋管及运行有异常
反应处，一般不少于3个，并尽量与变形观测断面相
结合”，为此选择如下监测横断面(括号内为选择
理由)：A13+612．3(结合部位1、Bl+150(地基突变坝
段1、B1+750(地基突变坝段)、B1+863．4(坝内涵
洞埋设处两端各设置1个横断面，监测涵洞混凝土与
土体结构结合部位变形情况， 以此判断坝内埋管处
坝体稳定性)、B2+090．4(坝体拐弯坝段)、B4+1 1 1
(坝内涵洞埋设处两端各设置1个横断面，监测涵洞
混凝土与土体结构结合部位变形情况， 以此判断坝
内埋管处坝体稳定性)、B3+500(施工合龙段)、
B3+950 (地基突变坝段)、B4+271(坝体拐弯坝
段1、B6+000(坝体结合部位)、B7+000(地基突变
坝段)、B7+l50(地基突变坝段)，共14个横向监
测断面。每个横断面设置横向测点4个，分别在坝顶
下游侧、坝体下游面中部半坝高处、坝脚下(非坝体
上)、坝下游脚线15m处。
4．4．2 坝基渗流
监测横断面宜选择在最大坝高处、合龙段、地形
或地质条件复杂坝段，一般不少于3个，并尽量与变
形观测断面相结合。根据恰拉水库的实际情况，坝基
渗流压力选定以下监测断面(括号内为选择理由)：
A13+612．3(结合部位)、Bl+150(地基突变坝段)、
B1+750(地基突变坝段)、B1+863．4(坝内涵洞埋
设处两端各设置1个横断面，监测涵洞混凝土与土体
结构结合部位变形情况，以此判断坝内埋管处坝体稳
定性)、B2+090．4(坝体拐弯坝段)、B3+500(施工合
龙段)、B3+950(地基突变坝段)、B4+11 1(坝内
涵洞埋设处两端各设置1个横断面，监测涵洞混凝土
与土体结构结合部位变形情况， 以此判断坝内埋管
处坝体稳定性)、B4+271(坝体拐弯坝段)、B6+000
(坝体结合部位)、B7+000(地基突变坝段)、
B7+l50(地基突变坝段)。坝基础渗流共设置14个
横向监测断面，每个横向观测断面设置4根测压管，
具体位置在坝顶下游侧、坝下游面半坝高处、坝脚线
上、坝下游脚线15 m处。采用测压管进行监测，测压
管进水管段长度1．5 m、管径5 cm，进水管段上部在
建基面以下2 m。
4．4．3 坝体渗流
坝体渗流压力监测断面横断面桩号同坝基渗流监
测断面，每个横断面布置3个测压管(或埋设3只渗压
计)。在2个防水涵洞的两侧采用埋设渗压计的方式进
行埋设，埋设高程在涵洞侧面中部，共埋设4个渗压计
监测断面，共12只渗压计，其余10个监测断面采用测
压管的方式进行监测，每个横断面各3只测压管，具体
位置在坝顶上游侧、坝下游面半坝高处、坝下游面1／3
坝高处。测压管进水管段长度1．5 m，管径5 cm，进水
管段低部高程在建基面以上1 nl处。
4．4．4 渗流量
由于目前现场难以设置渗流量监测测点，但渗
流量为必选监测项目，应该设置，考虑到今后水位
抽取后的具体情况， 因此在设计中预留渗流量监测
点的自动测量通道，在条件许可情况下设置渗流量
监测测点。
4．4．5 水文气象
上游库水位监测测点设置在2 放水闸房附近水
流平稳处，1 放水涵洞处的测点与水情遥测系统共
享，在同一断面再设置下游水位测点。
气象监测包括气温、降雨、风速、风向等监测项
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第3期 江伟国等：大坝安全监测项目设置和测点布置研究 13
目，共计4个测点，纳入水情遥测系统，在数据库实
现资源共享。
5 结语
文章提出以通用监测技术规范为依据， 以专用
设计、施工和管理规范为基础， 以风险分析为补
充，结合数值仿真计算和实验的新的大坝安全监测
项目和测点布置方法，并给出了具体工程实例，节
约了工程投资。
安全监测自动化中的风险不仅包括建筑物的安全
风险，还应该包括监测系统风险，不仅包括静力风
险，还包括动力风险，而且还要注意风险的动态特
性，即针对～座大坝的监测项目设置和测点布置，在
大坝运行的不同时期是不同的。
自动监测项目的确定和测点布置首先要根据建筑
物的安全监测需要，同时要针对不同时期大坝的特点
和已经掌握的情况，从减少工程安全的不确定性出
发，同时还要考虑到系统可靠性、监测仪器性能、系
统抗干扰和仪器保护维护等问题。
振动监测及其分析技术是大坝动态参数识别和损
伤评价的有效手段，在监测项目设置和测点布置时应
根据有关规范和需要进行设置。
水力学监测作为安全监测的重要组成部分，对分
析建筑物的安全状况也具有十分重要的意义，在监测
项目设置和测点布置时候应考虑目前水力学监测仪器
和相应分析方法的有效性和实用性。
由于目前的实际情况决定了巡视检查在大坝安全
监测中的作用无可替代，因此在进行自动监测设计时
候不仅要考虑考虑到巡视检查，同时在安全评价和建
筑物风险分析时候更要考虑巡查信息的充分利用。
参考文献
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与安全，2004，(41：40-43．
Research On Monitoring Items Determination and Measuring
Points Arrangement for Dam Safety
JIANG Wei—guo ，SU Yu-lian3， XU Ying
(1．College ofCommunication Science and Engineering，Southeast University,Nanjing 210096，China；
2．Nanjing Automation Institute ofWater Conservancy&amp;amp;Hydrology,the Ministry of
Water Resources，Nanjing 210012，China；
3．SanmingYinbanzu Hydropower Company．Ltd，Sanming 360000，China)
Absna~ In this article，by analyzing current situation of domestic monitoring design for dam safety,
methods for
determination of monitoring item s and measuring points arran gem ent are proposed on the basis of specifications for dam
safety monitoring，risk analysis，and comparison with other calculation data and results of model experiments．According
to some suggestions by Intern ational Committee on Large Dams，risk calculation results are integrated with the actual
situ~ion of Qiala project in Xinjiang Uygur Autonomous Region，which can be used to guide monitoring design and
ofer certain references for monitoring item s determ ination an d measuring points arrangem ent for dam safety．
K words：monitoring for dam safety；monitoring items；measuring points arrangement；risk analysis；
specifications fordam safetymonitoring

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