“regObs”——一个可分享安全管理观测资料的工具

及早发现问题、异常现象和事故是对洪水、地质灾害事件等进行有效干预的关键。大坝业主及有关部门必须从一开始就关注这类事件的发展。分享信息对所有相关人员都是有价值的。邀请专业人士和公众参与观测,从而增加安全管理中的观测员人数。在挪威,通过利用拥有群众资源的regObs工具,公众和大坝业主能简单地完成相关观测资料的报告和分享。regObs可在“水”、“土”、“雪”和“冰”等预先定义的主题内进行观测,可从网站www.regobs.no获取,也可以从移动应用商店获取。它使用开放的数据政策,每个人都可以注册提交观测资料,也可以看到所有的观测资料。观测有地理坐标作为参考,并遵循基于特定主题的预定义形式。图片和注释也可以轻松地添加在观测资料中。这些观测资料为应急响应行动和全国洪水、滑坡和雪崩预报服务提供了有用的信息。笔者也举例说明了regObs的使用,并强调了其为大坝业主带来的益处。

大坝退役设计基本要点

大坝退役工程包括规划、设计和实施等阶段。结合美国多个大坝退役和拆除案例,介绍了大坝退役设计中的关键点,包括确定结构物拆除范围、设计数据的采集和特殊设计要求等,供参考。

美国的溃坝事故

对美国大坝失事事件和失事洪水造成的人员伤亡数据资料进行了汇总和分析。该成果来自斯坦福大学土木与环境工程学院承担的美国国家大坝运行性态项目研究成果。

创世界纪录的新泰因电站--无衬砌引水隧洞上1030m的高水头

挪威新泰因水电站的升级改造工程中,其无衬砌引水隧洞上承受了1 030 m水头压力。介绍了新泰因水电站的地形地质条件、岩体应力测量结果、钢衬段灌浆及无衬砌高压引水隧洞的设计原则等,供参考。

2016年马修飓风期间美国北卡罗来纳州洪水和大坝失事的应急响应和教训

2016年9月28日~10月16日期间,以及马修飓风到来之前和抵达之时,美国北卡罗来纳州部分地区24 h内的降雨量达到22英寸(55.88 cm)。飓风期间,有12座北卡罗来纳州监管的大坝和8座非北卡罗来纳州监管的大坝被证实发生失事。此外,还有多座大坝发生事故,但未发生溃决,州政府也相应地做出了应急响应。针对大坝失事,参与应急响应的单位有大坝业主、北卡罗来纳州大坝安全项目部、北卡罗来纳州公共安全部、当地应急管理人员、联邦应急管理署第四区域、国土安全部基础设施保护部门、北卡罗来纳州国民警卫队等。笔者主要概述了北卡罗来纳州和联邦应急管理署在马修飓风到来之前采取的行动以及飓风期间大坝发生失事和事故时采取的应急措施,讨论了取得的经验教训和飓风之后州项目的优化和进展等。

大坝安全监管:当前各国实践概述

国际大坝委员会针对全球44个成员国的大坝安全法律框架和责任分配、大坝分类体系以及大坝安全技术框架进行调查总结,讨论了各国大坝安全监管体系的差异和趋势。几乎所有国家都设有法律框架,由业主承担大坝安全责任,采纳“双人原则”进行大坝监管,根据大坝规模或潜在风险进行大坝分类。

Chambon大坝的补强加固工程

Chambon大坝于1935年建成,是一座高137m的混凝土重力坝。由于受碱骨料反应影响严重,Chambon大坝混凝土膨胀,出现了多种病害缺陷,主要造成了结构的竖向开裂(在地震作用下可能影响结构的完整性)、结构产生剪应力和坝顶变形。为保证大坝安全运行,1991—1997年,对Chambon大坝进行了除险加固,主要包括一系列开槽,并在上游面安装了排水PVC管和土工膜防渗系统,以提供防渗保护。这些措施可将大坝服役期限延长20年。2013—2014年,对Chambon大坝进行了新一轮的补强加固,其延续了20世纪90年代已进行的补强加固:(1)从上游到下游,贯穿结构布置了415根预应力钢筋束,并在上游面加装碳纤维复合网;(2)采用金刚石线切槽,完成7条垂直槽;(3)更换现有的防渗土工膜。笔者主要阐述基于调查结果和有限元建模分析所做的技术方案选择。

大坝安全控制信息管理系统——葡萄牙的经验

对由大坝、坝基、水库和大坝下游区域组成的系统,应从结构、水力、运行和环境等方面评价其系统安全性。尤其是对已建大坝的结构安全评价应以建立主荷载、结构性能和结构响应之间的相关性为基础。将观测到的响应值与基于结构性态模型或历史观测数据得到的预测值进行比较。多年来,技术设备方面的新进展即自动数据采集系统的采用不断被引入这一领域。伴随信息系统技术的重要发展,这一变化面临着新的挑战,但同时也提供了新的机遇,如数据管理系统的开发,可使大坝安全管理人员尽快访问数据、解读信息并做出决策。葡萄牙国家土木工程实验室(National Laboratory for Civil Engineering,LNEC)开发了GestBarragens系统,该系统采用模块化方法设计和开发,基于Web界面访问公共数据架构。笔者旨在介绍GestBarragens系统如何优化针对100余座大型混凝土坝和土石坝开展的大坝安全控制相关的活动,包括通过监测系统对某些物理量进行观测、信息的解读和向负责大坝安全的实体组织传达预警信息。由于GestBarragens系统的开发是一个不断演进的过程,笔者还将讨论未来的开发。

美国宾夕法尼亚州的堤坝安全实践

以美国宾夕法尼亚州为例,介绍了州政府堤坝安全项目的执行案例,重点包括宾夕法尼亚州的堤坝安全历史、联邦政府现行的政策以及为响应美国国家堤坝安全项目的实施,宾夕法尼亚州可能采取的行动、面临的机遇和挑战。在美国国家堤坝安全项目中,宾夕法尼亚州的堤坝安全计划被选为试点,以对非联邦修建、也未在美国陆军工程师兵团公法(Public Law 84/99,后文简写为PL 84/99)补强加固项目中注册的堤坝建立清单和实施检查。

美国南卡罗来纳州洪水事件中某业主应急行动计划成功案例

2015年10月,美国南卡罗来纳州的大坝安全工作和防洪基础设施经历了一场考验,破记录的降雨带来了灾难性的洪灾,州内许多大坝发生了失事,没人想到这场洪水会造成如此严重的后果。这场暴雨可能是美国近代历史上影响最大的暴雨事件之一,引发了南卡罗来纳州内许多水利行业人士关注其大坝安全项目的功效。该大坝安全项目的一个主要内容是要求高风险大坝须制订应急行动计划。文章介绍了斯塔特克斯-杰克逊-韦尔福德-邓肯(Startex-Jackson-Wellford-Duncan,SJWD)水区制订应急行动计划的概况,强调与各个州机构、县机构及各利益相关方共同合作的重要性,以有效降低影响、改善本地和全州的应急准备情况。文章还介绍了南卡罗来纳州的经验,以及该如何吸取这些经验来完善应急行动计划,使之在美国全国范围内更为普及。

新西兰怀卡托流域9座大坝的评估--结合资产和大坝安全风险更好地透视管理决策

风险知情决策制定方法正越来越多地被用于支持水电项目的资本支出计划。通过使用资产管理工具和策略,可以在整个基础设施组合中综合考虑设备的定期维护、长期修复和资产性能评估。这些工具为决策制定者提供了所需的度量标准,可以通过风险知情流程更有效地使用资本。这些基于风险的工具能让人更好地理解延迟维护或设计及性态评估等概念如何影响所有利益相关者的风险。大坝安全风险评估过程主要关注决策制定的生命安全方面。风险知情决策制定方法的发展使决策者能够了解和比较各种类型的大坝失事风险,其中许多情况都只具有极低的失事可能性,但失事后果非常严重。笔者将讨论风险知情决策制定方法与基于风险的资产管理计划相结合的价值。案例将说明其如何应用到新西兰怀卡托流域9座大坝和水电站的资产组合中。这些水电站位于一条独立的河流上,这加大了理解相互依存风险的复杂性。文章阐述了确定年化成本风险的一般过程,以及如何通过该过程加强对大坝安全和资产管理计划的理解;还阐述了如何将潜在的大坝安全相关影响(如生命安全、环境、企业和第三方的影响)整合到资产管理计划中,以增加对其结构物组合的相对风险的了解。文章概述了所获得的经验教训,以说明进行这种评估的益处。

联邦应急管理署对达标大坝的公共援助和实施纲要

联邦应急管理署公共援助项目向州、领地、印第安部落、地方政府及某些类型的私人非盈利组织提供援助,以便社区能够快速响应并从总统宣布的紧急事件和重大灾难中恢复过来。文章简要介绍对紧急事件中的大坝工程提供公共援助的流程、实施及申请资格要求等。

论下游事件的影响--溢洪道出流的潜在失事模型

近年来,多座土石坝发生了严重的事故,凸显了理解和评估大坝溢洪道出流工况的重要意义。在这些案例中,溢洪道的峰值出流量均明显小于设计洪水流量。虽然溢洪道性态令人满意,但溢洪道出流会对土石坝造成严重侵蚀,导致其接近溃坝,或对泄水建筑物造成不利影响。大部分情况下,若达到溢洪道设计流量,则土石坝很可能会完全溃决,发生灾难性的失事。笔者介绍了几个典型案例,讨论了与溢洪道出流相关的几种失事机制。另外,就工程师可利用的、用于评估下游溢洪道出流工况及其对土石坝潜在不利影响的检查技术和建模模拟工具,笔者也进行了讨论。

对混凝土大坝难以接近区域的检查

从2015年开始,Vertical Access有限责任公司与普捷湾能源公司(Puget Sound Energy)合作,对两座混凝土大坝进行了工况评估。下贝克大坝(Lower Baker Dam)是1925年建成的重力拱坝,上贝克大坝(Upper Baker Dam)是1959年建成的重力坝,分别位于华盛顿州的斯卡吉特县和霍特科姆县。作为工况评估的一部分,Vertical Access有限责任公司的技术人员通过使用工业绳索技术,直接进入了选定区域。一旦到位,技术人员利用TPAS直接数字转换系统,对现有工况进行记录。利用该系统,在大坝的高程视图上绘制出混凝土裂缝和破损等值得注意和具有代表性的工况。就每种工况拍摄的照片将被超链接到带注释的绘图中,并自动用为项目定制的文件名对其进行重命名。提供给普捷湾能源公司的可交付成果包括标注的高程图、照片和描述观测到的工况的书面报告。通过Vertical Access有限责任公司提供的工况调查报告,普捷湾能源公司可改进大坝监控和监测工作。注释的图纸和照片作为基本工况,为常规检查期间的目视检查提供参考。采用其他方法无法安全到达拱坝的下游面、溢洪道和重力坝的混凝土墙,这对可获取的信息质量形成了限制,而这些信息是用来辨识新的混凝土缺陷或记录正在发展的恶化情况的。检查过程中拍摄的独立照片,通常很难在大型结构物上进行精确定位,因为这些照片重点关注的是缺陷。使用TPAS直接输入结构物的视觉和数值测量信息,可提供精确定位的详细信息,并有效地监测恶化情况。