1.3 大坝安全鉴定技术及参数标准化发展趋势
多年来,为准确掌握水库大坝的安全状况,及时发现病害并进行治理,确保水库大坝的安全运行,国内外均对大坝安全评价技术与方法进行了较为详尽的研究。
根据国际大坝委员会(ICOLD)的统计资料,按坝型来分,土石坝占全世界大坝溃坝总数的70%。国际大坝委员会历来对溃坝问题都极为重视,从1948年的第3届国际大坝会议开始,每次会议都会安排与大坝安全相关的专门议题。例如,第13届(1979)年会的议题为“大坝老化和失事”;第14届(1982)年会的议题为“运行中的大坝安全”;第70届(2002)年会的议题为“大坝安全与风险评价”;第71届(2003)年会的议题为“大坝抗震安全评价以及防止大坝老化的措施”。在国外,意大利的Fnaeli和葡萄牙的Rocha(1955)应用统计回归方法来定量分析大坝的变形观测资料。Fnaeli(1977)又提出了大坝变形的确定性模型和混合模型,将理论计算值与实测资料进行结合研究,对大坝安全进行监控。美国、加拿大等国已用SEED法(种子法)及风险值概念对大坝失事的总概率进行计算。如B.C.YEN(1996)对随机荷载和抗力等诸多外界作用下大坝的可靠性估算方法进行研究,为定量考虑影响大坝安全系统可靠性的诸多因素提供了一个比较合理的架构。
另外,美国、法国等国家也针对大坝的监测和评价研究开展了相关工作。1929年,美国制定了世界上首部专门针对大坝安全的法律。针对大坝安全管理问题,美国垦务局设立了专职负责此类问题的部门,从1980年起至今,开展了一项针对在役水库大坝长期跟踪进行安全评价的计划,规定以每6年为期限对每座坝进行一次常规安全检查。自1959年马尔帕赛(Malpsset)混凝土拱坝发生溃坝事故后,法国更加重视大坝安全管理工作,加大了对大坝安全监测的投入力度,并逐步使大坝监测与评价工作形成相应的规章制度。如1970年颁布的《法国关于坝工观测及监控法规》中规定:对运行的大坝每5年要进行一次安全检查,每10年要进行一次放空,并建立大坝安全评价预警系统,以保护大坝下游安全。
我国的水工建筑物安全检查与大坝安全评价工作始于“75·8”特大洪水致使板桥、石漫滩等水库溃坝失事后,并分阶段地开始了对病险水库进行加固处理。1970年以来,在大坝监控模型、变形监控指标和大坝安全综合评价专家系统等领域取得了丰硕的成果。
吴中如等提出建立大坝安全综合评价专家系统,着重综合应用大坝安全监测领域内专家的经验性知识,经具有专业知识的工程师的整编归纳和编译,再通过计算机来实现对大坝的安全状况作出综合分析、评价和辅助决策的推理过程;何金平等构建了一个具有四层三级结构的大坝安全监测系统综合评价指标体系,提出单项评价指标和整体系统工作状态的四级评价等级划分方法,分析了定量评价指标和定性评价指标隶属度的确定方法,给出各评价指标的权重建议值,从而对大坝安全监测系统的定量综合评价问题进行了较为系统的研究;徐伟以辽宁省凤城市自由水库为工程背景,针对水库土坝的裂缝、渗漏、滑坡、护坡破坏等问题进行了病险分析研究,建立了土坝老化病险程度评价指标,应用多因素分析法对土坝病险情况进行了量化评价分级,实现自由水库大坝病险等级的定量判断;彭辉等基于模糊数学理论,结合土石坝安全检测和评价的特点,对实际运行的土石坝安全性进行模糊评判,给出了土石坝安全性态评价指标、评价原理和方法以及安全指标综合权重矩阵的概念和相应的求解方法;季根蔡基于多层次分析法建立了水库大坝安全综合评价的定量评价模型,阐述了层次分析法在水库大坝安全综合评价中的应用方法,并利用工程实际论述了这一方法的可行性;周和清等根据近年来水库大坝安全鉴定资料的统计分析结果,对设计规范中关于混凝土重力坝、拱坝、土石坝在抗滑、应力安全、渗流安全及抗震等方面的安全标准设置的差异进行了初步分析;苏观南将改进的博弈论综合权重模型引入大坝安全综合评价中,将多种不同赋权方法的结论有机地结合,最终得到更为科学、全面的综合权重;洪云构建了大坝安全评价指标体系,探讨了大坝安全评价指标值的度量和确定方法,应用模糊综合评价技术系统地研究了大坝安全指标评语集的建立方法,并针对古田溪三级大坝进行实证分析,利用模糊动态聚类分析法和模糊综合评判法分别对专家意见的偏离程度及专家判断的权威性作出评价,提出了专家权重的计算方法;朱盟以棋盘山水库大坝为例研究确定坝体综合评价指标体系、权重和单项指标评价准则,并建立坝体分析评价知识库,在模糊综合评价法、灰色关联度法和神经网络法理论的基础上,开发具有通用接口的评价支持程序模型,对棋盘山水库大坝安全现状进行充分调查与分析的基础上运用开发的土石坝综合分析评价程序进行安全综合评价;张计建立了土石坝安全评价量化评价体系以及土石坝除险加固效果量化评价体系,为土石坝安全量化评价以及除险加固效果量化评价工作提供了简便有效的评价指标体系及评价方法体系;廖文来构建了混凝土坝和土石坝的大坝安全巡视检查综合评价的指标体系,并对大坝安全等级划分进行了比较、归纳,阐述了大坝安全巡视检查的评价标准;侯玉成建立了土石坝健康诊断项目和诊断健康值的概念,探讨了健康诊断依据和原始诊断信息量化方法,推导了健康值计算公式,研制了相应的分析程序,研究了层次分析法(分全判断矩阵和残缺判断矩阵)与模糊一致矩阵法确定诊断项目重要性分配问题,据此分析了健康诊断项目融合重要性确定方法,在对健康诊断项目的选定原则和选定方法研究的基础上,构建了土石坝综合健康诊断结构体系,并利用健康诊断模型提出了健康诊断综合分析方法。
在大坝安全鉴定的标准化方面,我国逐步建立了水库大坝安全评价制度,先后颁布、制定了《水库大坝安全鉴定办法》(水利部水建管〔2003〕271号)、SL 258—2017,这些规章制度的制定和实施对提高我国水库大坝的安全评价和鉴定水平具有重大意义。但现行的SL 258—2017仅对大坝安全鉴定评价的程序作了规定,对大坝鉴定技术方法、评价标准等方面并没有明确的规定,容易导致检测和评价结果产生差异,误导决策的科学性和准确性,需要开展大坝安全鉴定参数标准化技术研究。