1、監測資料的整理整編和分析中國水利水電科學研究院結構材料所2004年8月目 錄1監測資料整理分析的目的和作用11.1目的11.2監測資料分析成果在壩工實踐中的作用3（1）為大壩安全評價提供依據3（2）掌握運行規律監視大壩安全運用、改善運行狀況3（3）及時發現大壩運行異常，不失時機采取補救措施4（4）根據分析成果發揮已有工程效益4（5）用于預報5（6）為提高（或改進）大壩設計、施工、運行和科研現有水平提供信息5（7）為評價監測系統狀況提供依據62大壩安全監測資料分析方法及信息處理技術的若干進展62.1 概況62.2 國外大壩安全監測信息處理技術的進展72.3 國內資料分析方法研究的進展7（1）監測

2、數學模型7（2）監測資料綜合分析評價方法8（3）反分析方法9（4）監控指標擬定方法102.4 大壩安全監測信息處理系統的開發103“監測資料的整理整編和分析”的條文說明123.1 “一般規定”12（1）第11.1.111.1.2條文說明12（2）第11.1.3條文說明14（3）第11.1.4條文說明14（4）第11.1.5條文說明15（5）第11.1.6條文說明16（6）第11.1.7條文說明183.2 “資料整理和整編”19（1）第11.2.1條文說明19（2）第11.2.2 條文說明19（3）第11.2.3第11.2.5213.3 資料的分析21（1）第11.3.1條文說明21（2）第11

3、 .3.2條文說明24（3）第11.3.3條文說明27（4）第11.3.4和第11.3.5條文284 結語28主要參考文獻281監測資料的整理整編和分析張進平（中國水利水電科學研究院結構所）1監測資料整理分析的目的和作用1.1目的大壩的原型觀測開始于19世紀末，但真正受到廣泛重視并開始得到較快的發展還是在1959年法國馬爾巴塞壩（Malpasset）以及1963年意大利瓦意昂（Vajont）壩發生重大事故之后。法國馬爾巴塞拱壩的失事，給人們重要的教訓之一是觀測資料必須得到及時的分析。該壩僅設置了三角網測量標點，在事故發生前四個多月進行過一次測量。對于高為66.5m的拱壩來說，觀測設施次數都是不

4、夠的。更嚴重的是，對僅有的觀測資料也沒有進行及時的分析。事實上，該壩的位移資料在四個多月前已經顯示出了事故發生的征兆。從圖1中可以看到，距正常高水位還有4.5m時，壩體中部拱端的徑向位移已達3cm，并且出現了較大的非線性的切向位移，這正是左壩肩最后失穩破壞的先兆。法國電力公司的專家在總結這一經驗教訓時指出，在當時的巖石力學的水平上，誰也不能保證分析了這些資料就一定能認清馬爾巴塞基礎所存在的隱患。但有一點是肯定的，即盡早地對觀測資料進行處理、分析，對掌握大壩的性態、保證大壩安全是至關重要的一個環節。下面的框圖表示了與大壩安全有關的各種因素，X表示馬爾巴塞壩存在問題的環節。從框圖中可以看出，監測一

5、詞應有嚴格的定義，它不僅是指對壩體和基礎所進行的觀測，而且還應包括對觀測資料所進行的處理、分析和解釋。顯而易見，如果觀測的原始數據不經過處理、分析以及正確的解釋，對決策人員是沒有用處的。大壩的設計和計算，既要符合安全的原則，又要符合經濟的原則。然而，由于我們對自然規律的認識有待深入，不可能對所有影響大壩的復雜因素都進行精確的計算，只能在作了許多假設和簡化以后，才進行設計計算。大壩建成后，在外界和內部各種因素的作用（或影響）下隨時間發生復雜的變化，接受實際的檢驗。這就需要對設計的正確性、經濟性和措施的有效性進行驗證。 隨著科學技術的進步，在大壩的設計和施工中，采用新的結構形式、新的筑壩工藝、新的

6、設計計算方法，不少大壩的壩址處在自然條件差、地質條件也復雜的地區，這對壩工建設帶來了新的課題：（1） 如何了解在不利條件下所建大壩的實際工作性態？（2） 如何評價所采用新的結構形式和方案是合理的，所采用的設計新理論和計算方法是符合實際的？（3） 如何鑒定所采用新的筑壩施工工藝是正確的？1×設計施工×檢查、管理×報警維護安全泄洪設備檢查外荷載調查×現場目視檢查×監測=觀測+×觀測資料分析解釋×負責人員的綜合判斷及決策以上這些方面，目前只有依靠原形觀測取得最可靠的第一手資料來揭示大壩性態，擴大人們對它的認識，并進行對比分析，找出

7、差異，做出修正，從而達到提高現有壩工技術水平。綜上所述，通過對監測資料的整理分析，可達到下述目的：1 為保障大壩安全運用提供依據；2 為驗證施工設計提供依據；3 為工程施工和維修或加固提供信息；4 為提高（或改進）大壩設計、施工、運行和科研的現有技術水平提供依據?？傊?，監測工作可分為監視性和專門性兩大類。實際上這兩者是不能嚴格分離的。這在很大程度上取決于人們對監測成果的重視、整理分析和運用的程度。顯然，資料整理分析是實現安全監測根本目的的最后和最重要的一個環節。規范第11章的基本任務是為實現大壩安全運行而服務的。1.2監測資料分析成果在壩工實踐中的作用資料分析成果在評價大壩安全、監視大壩的運行

8、、發揮已有工程效益、推動壩工建設的發展等方面發揮了明顯的作用，現作如下簡介。（1）為大壩安全評價提供依據根據“水電站大壩安全管理暫行辦法”、“水電站大壩安全檢查施行細則”、“混凝土大壩安全監測技術規范”的要求，在大壩鑒定時應進行資料分析，并提出報告。如陳村大壩第一次安全定期檢查時，在分析成果中提出了“下游壩面105m高程水平裂縫，對105m高程以上壩體位移有明顯影響。從長期觀測過程來看，1976-1978年期間105m高程水平裂縫開度及壩體位移有一次小突變；1983-1985年期間壩體位移又有一次小突變；105m高程以上壩體向上游的時效位移尚未完全穩定；”。最后大壩安全評價：“根據本次定期檢查

9、所做大量工作以及各專題報告的成果和結論，專家工作組經再三斟酌討論，鑒于壩體裂縫眾多，有的裂縫對大壩結構有明顯影響，。對照水電站大壩安全檢查施行細則，陳村大壩符合該細則第四十一條評價條件，本次定期檢查將陳村定為病壩。”專家組還提出了處理裂縫的建議：“對壩體裂縫進行專題研究，對危害性裂縫應盡早落實處理措施。”這是由于資料分析成果客觀地描述和反映了大壩的運行性態，有且對大壩安全評價的一個實例。（2）掌握運行規律監視大壩安全運用、改善運行狀況在通常設計情況下，混凝土大壩以承受高水位作為監視大壩安全的重要工況，而根據許多大壩的資料分析表明，高水位低氣溫才監視大壩實際運行的重要工況。這是由于環境溫度是影響

10、大壩性態變化的主要因素。通常在高水位低氣溫季節里：壩頂水平位移值最大，并偏向下游；壩體上游面和壩踵部位的壓應力減少或出現拉應力；壩基揚壓力和滲流量增加，這是由于低溫引起的變形使縫隙擴大；縱縫和施工縫的縫隙增大或出現裂縫，減弱大壩整體性，等等。在這季節里應加強監測和及時分析資料。在認識溫度作用基礎上，因設法減小溫度影響。如在桓仁大頭壩上采用封腔保溫措施，效果顯著。該壩處在我國東北嚴寒地區，封閉壩腔前大壩支墩最低月平均溫度為-9.4,封腔后年平均溫度提高6.88.8,使年平均溫度達到1011，溫度變幅也減小，這對防止裂縫發生和發展創造了十分有利的條件。（3）及時發現大壩運行異常，不失時機采取補救措

11、施1） 梅山連拱壩于1962年11月6日庫水位由運行以來的最高水位125.56m回降到124.89m時（相當于設計水頭83%），經監測發現右岸基巖裂隙中突然有大量地下水涌出（主要集中在14#16#拱壩基礎巖縫），漏水量達70L/S，壓力水頭達31m（當時該處水頭37m）；大壩壩體產生多條裂縫，13號垛的水平位移值突然增大，向下游達19.56mm，向右達14.53mm，位移上下游向和左右向變化速率與以前的有著顯著差異，見圖1-6。由于量測數據確切指出大壩已不能正常工作，于是采取了緊急措施：立即放空水庫，進行加固，從而避免了一場嚴重事故。事后總結認為：如果沒有及時的監測資料，就可能貽誤搶救時機。2

12、） 佛子嶺連拱壩13號壩段的沉陷量長期為9.6mm，較其它壩段約大2mm。經查明該壩段下的基礎有破碎帶并有傾向下游的夾泥層，后將水庫放空進行基礎處理才使大壩能經受住1969年漫過壩頂高達成2.18m而持續25小時之久的特大洪水的考驗，從而保證了下游安全。3） 豐滿重力壩系日偽時期修建，工程質量極其低劣，解放初期的滲漏、變形都很大。根據實測資料推算，在遇到百年一遇洪水時，壩有失去穩定的危險，于是進行了大量的加固修理，使揚壓力、滲流量和位移值明顯減小，有效果地提高了壩的穩定性，保障了安全運用。（4）根據分析成果發揮已有工程效益1） 廣東泉水拱壩在1976年蓄水前，因右岸地形單薄地質條件差且溢洪及排

13、水洞混凝土襯砌有裂縫，擔心不能承受全部設計水頭。但經過觀測和分析，發現應力和變形正常，裂縫開度僅受氣溫影響，從而決定正常蓄水運用，使該壩發揮了應有的作用。2） 四川龔咀重力壩投入使用后，部分縱縫尚未灌漿，以致大壩未形成整體，不得不限制水位運行。為了抬高水位，發揮效益，1978年決定在蓄水條件下進行高壓灌漿。灌漿壓力的確定及在灌漿中壩體的安全都是通過分析觀測資料基礎上進行的。（5）用于預報長江上新灘滑坡監測，由于預報準確及時，因而在發生大滑波之前撤出人員，避免了巨大傷亡，這是監測預報的一次非常成功的應用。（6）為提高（或改進）大壩設計、施工、運行和科研現有水平提供信息1）美國墾務局和TVA從三十

14、年代起，經過20多年的揚壓力觀測，證實了排水孔對降低揚壓力的有效性，才于五十年代起改進了揚壓力的計算圖形：從上下游直線變化改進在排水孔處折減，采用折減系數=1/31/4。2）根據采用柱狀施工法建造的混凝土壩觀測表明，該方法影響垂直應力分布，產生非線性應力分布。美國在應力分析過程中已考慮了這種筑壩過程因素。3）1974年，四川龔咀重力壩在施工期間，根據壩內埋設的溫度計和測縫計資料，查明在該壩的具體條件下，縱縫開度在夏季最大，冬春較小。于是修改原定的縱縫灌漿時間，確定夏季灌漿。實施結果：縱縫的灌漿質量和壩的應力狀態都得到了改善。4）根據國內外觀測資料表明，由于大壩自重和庫水荷載的作用，不僅對基巖，

15、還對壩區巖體產生變形，從而對壩體變形、應力狀況引起變化。如美國、中國、蘇聯都觀測到大壩所在區域的沉降，形成“漏斗形”，其影響范圍可延伸到壩下游幾公里。此外蘇聯還觀測到兩巖“向中”或“向外”及有時兩岸的邊坡有移動等現象。這種現象對狹窄河谷特別明顯。據資料所載，設計中考慮了空間效應，有可能降低造價20%。我國陳久宇教授在分析劉家峽重力壩外部觀測資料時，亦證實壩體通過橫縫的傳力存在著三元作用（該壩按二元計算），因此相應地加強了它的穩定性。5）根據國內外大量的壩內所得的實際應力資料表明：、實際應力值與設計計算值是不相同的。它們之間的差異不僅在數量和符號上，甚至還在分布規律上。、實際應力包括了施工期應力

16、、設計荷載引起的應力、溫度變化引起的應力、附加應力（狹窄河谷中重力壩的空間效應，混凝土的濕漲應力）等。、實際應力中施工期應力占相當比重，往往是主要成分，超過自重和水壓力所引起的應力。這種應力在合理的施工程序和方式下才能產生有利的效果（如在最合宜的時機和方式下進行縱縫灌漿，可在壩上游面和壩踵造成足夠大的壓應力），否則成為不利的因素（如壩踵接縫開裂）。研究和利用施工期應力，對改善壩體受力狀況已得到了重視。5）混凝土壩的溫度狀態是壩體應力和變形的主要影響因素，實測資料表明，設計中的邊界溫度條件和大壩實際邊界條件有較大差別。例如，劉家峽水庫深水水溫比設計值高，下游壩面的太陽輻射升溫也高出設計值1.6，

17、致使壩底溫度高出7.5，說明二期冷卻過甚。丹江口水庫實測31壩段穩定溫度比設計值高出3.5-8.1，為了使邊界溫度條件更符合實際這要改進邊界溫度的計算方法。這樣可避免壩體超冷，降低溫控費用，提高施工速度。6）運用實測資料反演大壩有關物理常數。這對校核設計和進一步分析是很有作用的。（7）為評價監測系統狀況提供依據監測數據的來源依賴于監測系統。若監測系統先天不足，則通過這種系統采集到的資料就不可靠。因此在資料分析過程中通過數據可靠性檢查，可對有關監測項目的狀態做出評價。一般監測項目按其可使用程度分為以下3種類型：、數據基本可靠，精度滿足要求； 、數據中存在一定的問題，經過一定處理，尚能為評價大壩工

18、作狀態提供信息；、數據嚴重失真，無法使用。通過對監測資料的檢查分析，確定其所屬種類，可為改進現有監測系統通過依據。2大壩安全監測資料分析方法及信息處理技術的若干進展2.1 概況混凝土大壩安全監測技術規范（SDJ 336-89）頒發后的十幾年里，國內外大壩安全監測技術又有了很大的發展。監測資料分析及信息處理是大壩安全監測工作的一個重要組成部分，大壩安全監測的主要目的是服務于大壩安全，這一目的最終要靠對監測資料的分析評價來實現的。國內監測資料分析方法及信息處理技術是一個發展較快的技術領域，其發展得利于幾方面的條件，其一是計算機技術的迅速發展，硬、軟件條件的不斷改善；其二是國內水利水電建設的發展，特

19、別是三峽、小浪底等一批大型工程的建設對監測技術提出了更高的要求，同時也為技術發展創造了條件。例如，國家自然科學基金委員會和長江三峽總公司聯合資助的“三峽水工建筑安全監測與反饋設計”項目中專門設立了“安全監測信息分析新理論與新方法”研究課題，多個單位參加了這個科研項目，推動了該領域的創新及發展1。又如，二灘、小浪底等工程的大型安全決策支持系統的開發研制工作，為該類系統的開發提供了經驗。此外，國內各類工程的運行管理實踐也不斷對資料分析方法及信息處理技術的發展提出了新的要求。受篇幅及作者水平的限制，本文不可能對資料分析方法及信息處理技術的發展做全面系統的介紹，僅能對幾個主要研究方向的進展情況作簡要介

20、紹。本文的主要參考文獻為近幾年來的有關研究的專著、重點刊物及學術交流會議上發表或交流的論文，受篇幅限制不一一列舉。2.2 國外大壩安全監測信息處理技術的進展法國電力公司近幾年開發了稱為PANDA的大壩監測信息管理系統，該系統可對各種類型的自動化或人工采集數據進行處理，利用Internet/Intranet進行通訊，實現對監測信息的分層管理（包括上層的專家分析中心及下設的各級控制中心）。系統中對監測量的分析評價仍采用傳統的統計模型，模型中僅用11個因子描述各分量。法國人認為，該類模型雖然簡單，但在長期使用中被證明是有效的。除用于法國的250多個大壩的監測之外，PANDA系統還在阿根廷、多哥等多個

21、國家得到實際應用。意大利是最早將人工智能技術引入大壩監測信息處理領域的國家。上世紀90年代，意大利開發了DAMSAFE的決策支持系統，它包括提供數據的信息層，用于管理、解釋和顯示數據的工具層，及基于Internet技術的綜合層。該系統采用定性因果關系網絡模型對各類監測和結構信息進行綜合分析，并采用了專家系統技術開發了針對自動化監測在線檢查的MISTRAL子系統。該系統已經得了較長時間的實際應用。自動化數據采集系統在大壩監測中的日益廣泛的應用對大壩安全監測信息處理提出了更高的要求。國際大壩委員會2000年發表的第118號公報大壩自動化監測系統-導則和實例3中，對監測技術發達的幾個國家在自動化監測

22、信息分析管理方面的經驗進行了總結。從其中可以看到，采用人工智能技術，包括專家系統、神經網絡技術等對自動化監測數進行處理分析是目前的一個發展趨勢。2.3 國內資料分析方法研究的進展（1）監測數學模型1）單點數學模型包括統計模型、混合模型和確定性模型，目前仍然是大壩監測資料分析及安全監控中所采用的主要的模型方法。針對單點模型的局限性，國內提出了“分布數學模型”的概念，以處理同一監測量多個測點的監測信息。這一模型方法得到了較系統深入的研究，包括因子集的確定、模型評價方法等方面，已形成了較完整的建模體系。廣義的多測點模型中，除一維、二維分布的測點之外，還可以同時涉及到同一測點不同方向的監測量。目前，多

23、測點模型已得到了較廣泛的應用。2）除多測點模型外，國內對傳統監控模型的完善、改進還有多方面的研究成果。例如，對監測量影響因素的進一步描述，包括考慮材料蠕變特性的時效分量的因子設置、考慮到溫度滯后作用的瑞利分布函數的應用，考慮滲流滯后影響因素滲流分析模型等等，這些研究提高了傳統模型的分析能力，有利于監測數據的深入分析。又如，傳統模型大多針對運行期，為了滿足施工期安全監測的需要，國內開展了適用于施工期監控數學模型的研究工作，例如針對二灘、三峽等大型工程的施工期監控模型的研究，這些研究成果擴大了監控數學模型的應用范圍。此外，回歸分析方法的諸多方面，例如，偏回歸分析、嶺回歸分析、主成分分析、回歸遞推算

24、法等等，都有結合大壩監測資料分析的應用實例。3）除去以回歸分析為基礎的傳統監控數學模型之外，國內還對可用于大壩監測的其它方法進行了廣泛的研究，包括時間序列分析、回歸與時序結合的分析方法、數字濾波方法、非線性動力系統方法等傳統方法，以及新的理論及方法，包括灰色系統、神經網絡、模糊數學等，其中很多研究成果已經得到了實際應用。在解決同一分析問題時，大多數研究人員重視在同等條件下的新方法與傳統分析方法的比較工作。例如，BP神經網絡模型是近幾年的一個研究熱點問題，有關論文中將新的分析方法與傳統統計回歸方法受共線性影響的程度進行了較深入的比較分析，討論了各種方法的適用場合，這樣的研究成果有利于新方法得到實

25、際應用。（2）監測資料綜合分析評價方法大壩的安全監控、安全評價過程中，都需要對不同監測物理量進行綜合分析。將現代數學理論、信息處理技術應用于大壩監測的綜合分析評價是近幾年的一個發展趨勢，本文就作者了解到的幾種已有實際應用的方法作簡要介紹。1）層次分析法應用于大壩綜合分析評價在文獻1中得到了深入研究。大壩監測的綜合分析評價是一個由觀測測點觀測項目觀測物理量結構部位大壩整體的多層次復雜遞歸體系，每一層次中有多個評價元素，每一層又是上一層的評價元素。層次分析方法的基礎是對同一層各元素的相對重要性所做出的判斷，對此，國內學者有多方面的研究成果，例如，在元素權重的確定中采用主成分分析賦權法、層次分析法與

26、主成分分析相結合的賦權法等。又如，提出“正常度”的概念來描述測點乃至整個結構監測性態正常程度。對基礎元素采用模糊分析方法處理，通過模糊綜合評判方法求出各層對上一層的模糊隸屬度，從而得到測點監測性態的評價。層次分析法將定性因素定量化，并在一定程度上減少了主觀因素的影響，為大壩監測性態的綜合分析評價提供了定量標準。層次分析法應用于大壩監測分析的效果決定于權重的分析。大壩結構監測性態的惡化常常是從某一部位開始而最終導致大壩失事的，惡化征兆可以被部分監測量所反映，這種情況下，若按常規的權重確定方法則有可能掩蓋真實的監測性態，因此，對某些重要元素應給予絕對的評價權。2）基于知識的綜合分推理方法屬于人工智

27、能的一個研究領域，已較廣泛的應用于各類工程的診斷、評價系統中。知識的含義比較廣泛，包括專家經驗、根據物理計算或試驗所得到的對工程認識等等。以下就大壩監測綜合分析中應用得較為廣泛的幾種方法作簡要介紹。專家系統對知識有多種描述方式，其中產生式專家系統將知識表達為規則樹，其優點在于知識表達式形式容易描述實際綜合分析推理過程，也易于被人理解。規則樹的寬度和深度分別對應了解決問題的范圍及難度，使該類系統有強的適用性。意大利的MISTRAL系統，國內開發的二灘、小浪底等工程的信息處理系統中都采用該類專家系統技術進行綜合分析推理。對大壩監測性態進行結合分析時，可以針對不同的問題、不同的環節組成綜合分析推理對

28、象，根據專家經驗或一般工程經驗形成規則集（知識樹）。監測分析問題一般采用正向推理機。推理過程中，需要考慮事實部分（實測數據或加工后的信息量）與知識（規則）的不確定性。因果關系網絡模型是一種基于深知識的定性綜合分析推理模型，領域知識是由表示結構對象的各種狀態的結點和結點間的聯系關系所構成的。意大利最先將這種模型應用于大壩安全監測的綜合分析。所使用的模型是系統開發人員在研究大壩失事及事故的基礎上，與大壩設計與運行領域的專家進行廣泛討論之后形成的。因果關系模型分別針對大壩基礎、壩體、防滲體系等5個部位，共涉及到90個物理量及物理過程，包括現場檢查的結果。模型可用于在線或離線的綜合分析。國內小浪底工程

29、信息處理系統中也采用了這種綜合分析模型。例如，對滲流、滲壓及主要影響因素建立因果關系網絡進行在線的綜合分析推理。基于物理過程描述的綜合分析模型是將結構對象的各種功能關系用一系列算子表示，各種功能關系由確定性方法，例如有限元計算得出，各算子之間有一定的約束條件。這種模型可以給出結構異常情況下各算子之間的定性（增加減小）及定量描述，例如，對某一工程的轉異特性進行有限元計算時不斷惡化基礎內的材料參數，對應于每種計算工況可以得到相應變形監測項目各測點之間的關系，利用這種關系對實測變形的時效變化進行綜合檢查，一旦發現有對應的關系（定性或定量），可以以一定的可靠性確定異常情況及物理原因。該類模型方法實際上

30、在國內已得到了較廣泛的應用，只是不同的研究或應用中的表達方式不同。3）國內學者還從多個角度、多種途徑對監測性態的綜合分析方法進行了研究，包括模糊評判與層次分析相結合的方法、模糊模式識別方法、模糊積分評判方法、多級灰關聯方法、突變理論方法、屬性識別理論方法等，這些方法研究中應用了現代數學領域的系統工程方法，得到了很多有價值的研究成果。這些方法的應用有助于從多方面解決復雜的大壩監測性態綜合分析評價問題。（3）反分析方法反分析問題得到國內學者的廣泛、深入的研究，在反分析問題的應用范圍、計算方法等方面都取得了一定的進展。以下就大壩及基礎安全監測工作中應用較多的變形的反分析研究的若干進展做一簡要介紹。1

31、）傳統單點混合模型、確定性模型的建立中已包含反分析的內容?；咀鞣ㄊ窃诩俣ǖ牟牧蠀担ㄗ冃文Ａ?、線脹系數等）的條件下，通過正分析得到變形量與荷載變化的關系，利用這種關系通過對變形實測數據的回歸分析對材料參數進行調整，使正分析的結果更真實地反映實際情況，以利于進一步的安全監控。單測點的變形測值具有一定的局限性，利用不同的測點的測值信息可能得到不同的反分析結果。目前，國內在變形的反分析中已經較普通的采用多測點的混合或確定性模型，文獻1中給出了多個工程變形反分析的應用實例。除去上述基于監測數據測值序列、通過傳統回歸分析方法進行變形反分析之外，文獻2中還提出利用變形測值的“差狀態”，通過剛度矩陣分解法

32、、改進和優化方法對位移場進行反分析的方法，這些方法可以解決多參數（例如多個材料分區）的反分析問題。2）大壩及基礎的變形反分析的另一個應用場合是對大壩變形監控指標的確定，文獻2中有深入的研究。具體方法是：根據工程的具體問題，選擇正分析的本構模型，利用變形監測數據反演計算各類材料參數，在此基礎上進一步確定變形的監控指標。（4）監控指標擬定方法大壩及基礎監控指標的確定問題一直得到國內較廣泛的重視。一般情況下，應力、滲壓等項目的監控指標較容易在設計階段確定，而變形監控指標問題較為復雜，施工期和蓄水期常采用設計值作為技術警戒值，在積累足夠的監測資料后，通過監測資料的分析進一步擬定監控指標。目前國內擬定運

33、行期監控指標的幾種主要方法如下：通過監測量的數學模型并考慮一定的置信區間所構成的數學表達式來確定；根據數學模型代入可能的最不利原因量組合并計入誤差因素推求極限值，以極限值作為監控指標；通過符合穩定及強度條件的臨界安全度或可靠度來反算出監測量的允許值作為監控指標。文獻2中對變形監控指標的理論和方法作了進一步深入的研究。根據大壩安全評價分為正常、異常和險情三種情況，將變形監控指標也分為三級，分別對應大壩的線彈性（或粘彈性）、彈塑性和失穩破壞三種結構性態。針對實際工程問題，確定級別及計算物理模型，通過實測變形資料的反分析調整力學參數，最后確定具體的變形監控指標。目前監控指標的確定主要針對單個監測量而

34、言的，當利用監控指標對監測量進行檢查發現測值異常時，還要進行多個監測物理量的綜合分析評價，以確定物理原因、結構異常程度以及得出總體安全評價。前面介紹的幾種綜合分析評價方法在這個技術環節上可以發揮一定的作用，提供一定的技術支持。從目前的實際情況來看，對于許多重大的或復雜的安全評價問題，仍需要多方面專家的直接參與，以及開展進一步的專題研究工作之后才能得到最終的判斷或解決方案。2.4 大壩安全監測信息處理系統的開發國內開展大壩安全監測信息處理系統的研制開發工作已有十幾年了，隨著信息管理系統（MIS）、決策支持系統（DSS）開發的基本理論方法以及大壩監測技術的不斷發展，該類系統的開發也有了較大的進展。

35、目前，國內已開發了多個同類的系統，多數已得到實際應用并在大壩安全監測工作中發揮了作用。這些系統各具特色，共同提高了國內開發該類系統的整體水平。國內大型工程的監測信息處理系統一般是按照決策支持系統的模式開發的。決策支持系統由數據庫、模型庫、知識庫、方法庫及各自的管理系統組成，通過人機界及多庫協同系統為用戶提供數據支持、模型支持以及具有一定智能化的擴展支持。隨著國內大壩監測自動化采集系統日益廣泛的得到應用，對系統開發也提出了更高的要求。在分析處理大量的自動化觀測數據過程中，有些環節易于實現自動化，如日常管理中的圖表繪制、利用定量標準對數據進行檢查等等。有些環節則涉及到半結構化或非結構化問題，例如，

36、對測值異常原因及程度的分析評價問題。對這類問題采用專家系統技術模擬決策者的思維過程，以自動得到問題的解答，是目前DSS系統的一個發展趨勢。在國內的系統開發中已較廣泛的應用了專家系統技術4。以下對幾個大型系統的情況作簡要介紹。1）二灘拱壩“在線監控及反饋分析”系統由數據庫系統、信息分析系統、評判準則系統、方法庫系統、物理成因分析系統、專家綜合診斷系統、輔助決策系統、圖形庫系統、大型菜單管理系統等多個子系統組成。綜合分析推理是整個系統的核心，實現過程如下：利用時空分布準則、監控模型準則、監控指標準則、日常巡視準則、關鍵問題準則等6項標準對監測量進行檢查，確定問題的性質正常或“疑點”。若為“疑點”，

37、首先檢查測量因素，如果是觀測或監測系統引起，則排除“疑點”，對不能排除的疑點結合其它測點，特別是關鍵部位的測值進行綜合分析，如果仍然不能排除“疑點”，則進入物理成因分析，若找出成因，進行輔助決策；若找不出成因，則進入專家綜合診斷，并提出輔助決策的建議。2）“小浪底樞紐工程安全信息系統”是按“四庫三功能”的決策支持系統的模式統一規劃、分標進行開發的。各標開發的技術路線基本一致。其中對泄水建筑物的綜合分析推理系統具體實現如下：將單測點測值序列及當前測值中的可用信息進行定量化，包括確定模型超界類型，時效類型等9項內容，為下一步的綜合分析推理做準備，同時利用各類監控標準，包括設計標準、監控標準、重癥標

38、準及速率標準對測值進行在線檢查，將任一種標準檢查超界并且出現同方向的速率增加的情況定為單點異常的最高等級。發現單測點異常時，在單點檢查的基礎上，采用產生式專家系統進行進一步的綜合分析推理，按照監測項目、監測部位和物理過程組織測點及相關現場檢查信息，建立推理對象及規則集，根據具體問題設置推理目標，通過推理過程來判斷異常的物理原因（測量因素或結構因素引起）及異常的程度。上述綜合分析的整個過程可用于在線分析（自動化）或離線分析。除上述兩個系統之外，國內還有許多系統的開發實例，限于篇幅本文不可能作全面的介紹。客觀地講，這些系統的實用性都需在實際應用中得到進一步的檢驗。特別是采用專家系統技術的系統，其開

39、發過程必須經歷檢驗評價階段，以便對知識庫進行修改及完善?？傮w來看，國內大壩安全決策支持系統的開發工作仍處于發展階段，許多新的實用技術或新的理論方法不斷地被引進或吸收。例如，在綜合分析評價中采用神經網絡方法，采用數據倉庫、數據開采的理論方法對監測信息進行處理分析，利用Internet技術進行大壩監測信息的通訊管理等方面，這些研究將進一步提高國內大壩安全監測信息處理技術的水平。3“監測資料的整理整編和分析”的條文說明原規范“監測資料的整理整編和分析”一章共有五節十七個條目，修訂后的版本為三節十七個條目，主要修改如下：1) 在“一般規定中”一節中，增加了建立數據庫或信息管理系統（11.1.6）以及提

40、出或設置監控指標（11.1.7）兩項內容。2) 將原規范中“資料的整理”，“資料的整編”兩節合為“資料的整理和整編”一節，內容做了較大的壓縮。將一些條目所涉及的內容移至“混凝土壩監測資料整編規程”（即將出版）之中，該規程將制定資料整編工作中具體的技術標準。為避免兩個標準中有過多和重復，本規范中僅涉及到了資料整理和整編工作中的一些原則性技術要求。3) 將原規范中“資料的分析”，“監測報告”兩節合并為“資料的分析”一節，內容上也做了相應的調整，例如增加了確定監控指標的技術要求。4）相應于上述規范正文部分的修訂，附錄部分（H）也做了調整，由原來的五節改為三節，刪去了有關“常用監測物理量計算公式”、“

41、資料整編的步驟”兩節（有關內容移至“混凝土壩監測資料整編規程”之中），并將原來的“資料性附錄”改為“規范性附錄”。此外，對原規范附錄中的部分內容進行了修訂。5）以下就制定“監測資料的整理整編和分析”條文的主要依據進行簡要說明，并對一些相關問題進行解釋。3.1 “一般規定”本節7個條目，對大壩安全監測資料整理整編和分析工作中所涉及到的主要技術或技術管理環節做了一般性的規定。（1）第11.1.111.1.2條文說明1）條文內容每次儀器監測或巡視檢查后應隨即對原始記錄加以檢查和整理，并及時做出初步分析。每年應進行一次監測資料整編。在整理和整編的基礎上，應定期進行資料分析。資料整理和分析中，如發現異常

42、情況，應及時做出判斷，有問題的須及時上報。2）修訂說明11.1.1條文中，將“每次儀器監測后”改為“每次儀器監測或巡視檢查后”。大壩安全監測包括了儀器監測和巡視檢查兩個部分，對巡視檢查的結果同樣需要及時的分析，因此上述改動更符合安全監測工作的實際上需要。11.1.2條目中文字做了一定的修改。強調了對異常情況的及時判斷。有問題及時上報是這一條目的中心內容，明確了現場分析人員的責任。3）條文制定依據和有關說明. 可靠的原始數據是認識事物本質的基礎這里所指的原始數據是前面各章中按觀測要求量測到的原始數據。這些數據提供了很有用的信息，能使我們了解認識大壩的內在規律，發現存在的問題，是為保障大壩安全運行

43、的依據。但是，由各種原因，數據會有誤差或錯誤，如測量后不立即將這些數據與過去的數據序列聯系起來考察檢查，而在以后的資料整理中發現了由不同原因引起的“不正常值”，這就造成整理分析中的極大困難或無法挽救的損失，以致對資料的可信程度提出疑問。無疑，這種歪曲了描述大壩運行性態的數據，是無法用來認識大壩隨時間變化過程中的規律和特性的。避免這種損失的最好辦法是對觀測后的原始數據立即進行檢查，然后決定要否采取補救措施。.進行資料整理分析是實行安全監控的需要保障大壩安全運行必須實行安全監控。大壩安全監控就是保障它在服務期限內，實現在給定條件下自身的職能。衡量大壩是否實現了本身職能的能力，是通過反映和描述大壩運

44、行性態的監測量（變形、滲流、應力等）隨時的變化過程中具有的規律、特征性的數值和特性等來表達的。顯然，這需要通過對可靠數據的整理分析來實現。所以資料整理分析是監測工作中非常重要的一環，它最終表現了監測工作的成果。同時也只有通過這一步驟才能對大壩運行是否安全做出結論，并提出為大壩安全的有關建議。.為及早發現異常需要立即整理和及時分析資料實行安全監控的首要問題是及時、準確地發現大壩運行中的異?，F象。對一個具體的壩何時、何處發生不正?，F象是不可能預先確定的。但是一般說來，壩的失事有一個復雜的過程，它可能經歷正常、異常、事故、嚴重事故、災難性事故等過程。通常開始時壩的功能有些不正常，以后又有某些癥狀表現

45、出來，通過有效持續的監測和有經驗的專業技術人員對資料及時的細心的綜合分析判斷，是能將這些不正常的征兆發覺出來的。例如，前面第一章中所述的1962年梅山水庫漏水事故，由于及時發覺從而避免了一場嚴重事故。又第一章中所述的法國馬爾巴塞拱壩，由于對僅有的這一點資料沒有進行及時分析，最終造成了災難。所以異常跡象發現得越早，處理得越及時，所付出的經濟代價越小，對保障大壩的安全越有效。做到這一點還需要依靠嚴格的長期觀測和及時的資料分析。 為不失時機地采取有效措施，控制或消除大壩異常隱患的需要11.1.2條目中規定在資料整理和分析中如發現異常情況，應及時做出判斷有問題的須及時上報，這規定明確了監測人員應負的責

46、任。也是為了不失時機地采取有效措施保障大壩處于正常運行狀態下。監測數據的異常可能由于監測系統故障或結構異常兩種不同原因所引起的?，F場分析人員需要做出判斷，“有問題的須及時上報”是指已判斷出結構因素所產生的異常。當然，對監測量系統引起的測值異常同樣也需給予重視，及時排除監測系統的故障以保證監測數據的有效性和連續性。.資料整編是科學管理資料的需要由于大壩監測項目多，數據量大，需要有一套大家遵守的管理要求和辦法，以便將這共同財富為大家所用、為進行資料分析所用。此外，這亦是技術檔案管理工作所要求的。規定“每年應進行一次資料整編”，這是根據許多單位的實踐而做出的。.為了解大壩運行性態、驗證設計、評估大壩

47、工作狀態、提高壩工現有技術水平等需要定期進行資料分析關于這方面的依據可見前述“資料分析成果在壩工實踐中發揮的作用”。（2）第11.1.3條文說明1) 條文內容整編成果應做到項目齊全，考證清楚，數據可靠，圖表完整，規格統一，說明完備。2) 修訂說明本條文中增加“規格統一”的要求，此外以文字順序作了一些調整。3） 條文制定依據和有關說明該條文是對資料整編成果的一般規定，更進一步的技術要求可參見即將頒發的“混凝土壩監測資料整編規程”。（3）第11.1.4條文說明1） 條文內容在下列時間應進行資料分析，并提出資料分析報告：1 首次蓄水時。2 蓄水到規定高程時。3 竣工驗收時。4 大壩安全定期檢查時。5

48、 出現異?；螂U情狀態時。第一次蓄水、竣工驗收及大壩安全定期檢查時均應先做較系統的資料分析，分別為蓄水、驗收及大壩安全定期評價提供依據。2） 修訂說明本文主要更改為刪去了“運行期每年汛前”提出資料分析報告的要求，汛期如出現異常或險情狀態時，按該條文第5項要求應進行資料分析并提出報告。3） 條文制定依據和說明根據大壩運行和管理要求，本條規定了在5種情況下應進行資料分析和提出監測報告。其目的是使有關部門了解和掌握各時期大壩的工作性態，作為管好用好大壩的科學依據。 第一次蓄水時的資料分析是在蓄水前完成的。它說明了大壩在承受運行荷載之前的初始狀況，這亦是蓄水的依據。它也是大壩運行后分析各時期大壩工作狀態

49、對比的依據。 蓄水到規定高程是指水庫蓄水到正常高水位或某個中間水位。本階段所進行的資料分析工作是說明大壩在首次蓄水過程中間所表現的性態，了解大壩工作狀況是否符合設計的預期要求，了解設計時尚未估計到的各種情況。統計資料表明，在大壩第一次蓄水期間所發生的事故和失事，較運行期中所發生的為多。根據大壩失事的統計資料得知：蓄水期事故多半是由于設計或施工不當引起的。所以本階段的資料分析極為關鍵，這是保障今后大壩安全運行的重要依據。 大壩竣工驗收前資料分析工作，主要是為了工程驗收，同時也是工程設計水平和施工質量的評估依據。 根據“水電站大壩安全管理暫行辦法”規定，第隔510年進行一次大壩定期檢查。定檢時要求

50、“對觀測資料的分析成果進行全面了解和審查，評定大壩的結構性狀和安全狀況”。為此，規定了大壩鑒定時應進行資料分析，并提出報告。 在運行監測過程中發現異?；螂U情時的資料分析，可列為特殊情況下必做的分析工作。它是為決策者掌握實情，采取何種措施的重要依據。（4）第11.1.5條文說明1) 條文內容蓄水后，每次分析資料時應根據4.0.7的規定，對大壩工作狀態做出評估。2) 條文制定依據和說明 評估當前的大壩工作狀態是為了實現大壩安全運行大壩是否能實現安全運行是與作用于大壩的荷載和影響因素、大壩具有的功能、大壩結構的性能狀況、大壩所處的環境、大壩的維護管理和運行方式、大壩有無缺陷及這些缺陷對大壩運行狀況的

51、影響程度等有關的。這些因素多半是隨時間而變化的。通過儀器觀測和巡視檢查所獲得的監測成果是具有隨機性、綜合性（多因素）、時效性（隨時間變化）和非量化性的特點。可知，由于諸多因素對大壩的作用和影響，使大壩狀態的變化很復雜，顯然這是很難用幾個指標來表達大壩的當前狀態。例如，現行設計規范規定校核大壩抗滑穩定計算公式基本上是屬于經驗性的，很難用某些監測項目直接來實施。若只規定某些指標實施監測，然后對大壩工作狀態進行簡單的評價也是不切合實際的。因而這就需要有經驗的工程技術人員在考慮諸多因素影響下，對全部資料進行歷史地、綜合地、全面地分析判斷，進行綜合評估當前大壩的工作狀態是否符合安全運行的要求。 大壩工作

52、狀態的分類根據國外在工業生產方面常用的“工作狀態技術診斷”法，并參照“水電站大壩安全檢查施行細則”并參考了國外大壩安全管理方面的經驗，將當前大壩的工作狀態分為：正常、異常、和險情三類狀態。正常狀態：是指大（或監測的對象）達到設計要求的功能，不存在影響正常使用的缺陷，且各重要監測量的變化處于正常情況下的狀態。這表明大壩允許存在某種限度的缺陷。這種缺陷是屬維修性質的缺陷，并且不影響大壩正常運行。異常狀態：是指大壩（或監測的對象）的某項功能已不能完全滿足設計要求，或主要監測量出現某些異常，因而影響正常使用的狀態。這表明大壩存在的缺陷或損壞要及時修復，否則影響它的正常運行。險情狀態：是指大壩（或監測的

53、對象）出現危及安全的嚴重缺陷，或環境中某些危及安全的因素正在加劇，或主要監測量出現較大異常，因而按設計條件繼續運行將出現大事故的狀態。這表明大壩存在的嚴重缺陷已不能使大壩保持設計規定的條件運行。 大壩工作狀態的評估與大壩安全評價是兩個不同的含義大壩的工作狀況，僅如本條所述的幾個方面進行評估其當前工作狀態中否能滿足正常運行的要求。而大壩的安全取決于：工程設計標準和水平、施工質量；設計人員對壩址的水文、工程地質、水文地質、壩體及壩基巖石的材料性能等方面的了解程度，以及所采取的工程措施是否正確；施工部門能正確了解設計意圖，遵守規程規范正確作業，保證工程質量；運行部門對大壩經常維護、維修情況，運行方式

54、合乎要求等。因此大壩安全評價涉及到設計、施工，運行工作的評價。在進行評價時，更重要的還要組織專家組到現場進行全面檢查，復查監測成果。所以對大壩當前工作狀態的評估，僅僅是大壩安全評價工作中的一個方面的內容。（5）第11.1.6條文說明1）條文內容 應建立監測資料數據庫或信息管理系統。2）修訂說明 本條文是新增強制性條文。3）條文制定依據和有關說明. 大壩安全監測技術發展的必然要求水工建筑物安全監測的成果是大量的實測數據（包括數值型數據和非數值型數據）。一個大型水利水電工程的水工監測點位數以千計，各測點成百上千次觀測所采集和積累的數據總量十分龐大。建立監測管理系統對這些實測數據以及與之有關的壩工、

55、地質、水文、氣象等資料進行科學的管理以有效地利用這些信息為水工建筑物安全服務，是提高水工管理水平和效率一項重要措施。本規范所提出的對監測資料整理整編和分析工作方面的技術要求，包括各類圖表的制作、模型建立等等，都需要計算機系統才能有效的完成。大壩安全監測的自動化是一個發展方向，為此，也對監測數據的管理及分析系統提出了更高的技術。僅有自動化數據采集，沒有相應的信息處理系統，不能實現自動化監測的目的。國內開發大壩安全監測信息管理系統已有十幾年的歷史了，隨著計算機硬軟件技術的發展，該類系統的開發水平也不斷提高，已有多個單位開發的不同系統得到了實際應用。此外，計算機技術目前已得到了推廣和普及也為推行建立

56、以計算機為基礎的監測資料數據庫或信息系統創造了條件。.大壩安全監測信息管理系統的基本情況從狹義上看，水工監測信息管理系統的任務是進行監測數據處理，包括資料的輸入、傳輸和存貯、原始觀測數據的正確性、準確性和完整性檢查、粗差剔除，物理量轉換計算，特征值統計，報表編制，過程線、分布圖和相關圖繪制，對資料作索引、排序與檢索，對數據作多角度比較，建立各種數據模型，對效應量的組成作分解、變化規律和趨勢作解釋、是否正常作判識等。這種監測信息管理系統屬于MIS（Management Information System，管理信息系統）范疇。從廣義上看，水工監測信息管理系統的任務除了進行上述數據處理工作以外，還

57、要發揮綜合分析建筑物性態、判斷建筑物是否安全的“輔助決策”作用。通常將決策問題根據結構化程度劃分為“結構化”、“半結構化”和“非結構化”三類。此處的“結構化程度”是指對某一問題及其解決方法能否用形式化的方法（數學的或邏輯學的，定量的或推理的）給予明確清晰地描述的程度。能清楚描述的稱為結構化問題；不能清楚描述而只能憑直覺或經驗做出定性判斷的，稱為非結構化問題；介于這兩者之間的，稱為半結構化問題。狹義的監測信息管理系統可以通過程序來解決結構化的監測信息處理問題。廣義的監測信息管理系統則可以通過自動組織和協調多個數學模型的運行并加以綜合，來解決建筑物安全判斷的半結構化問題。廣義的監測信息管理系統屬于

58、DSS（Decision Support System，決策支持系統）的范疇。有的監測信息管理系統含有ES（Expert System，專家系統）的成分，也被稱作監測評價專家系統。廣義的水工監測信息管理系統應包括人機接口、數據庫（DB）系統、模型庫（MB）系統、知識庫（KB）系統和方法庫（AB）系統及與它們相應的管理系統，如對話管理系統、數據庫管理系統（DBMS）等。窄義的監測信息系統則主要包含人機接口和數據庫系統。.大壩安全監測信息管理系統的標準化和實用性問題目前國內尚沒有適用于大壩安全監測的標準化的信息管理系統，管理單位可根據實際需要開發或采用國內已較成熟的系統。目前，“混凝土大壩安全監測資