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1、来自 中国最大的资料库下载大坝安全监测技术标准赵 花 城国家电力监管委员会大坝安全监察中心电 话：0571-56738082手 机：13605811089E-mail:Zhao_标准的基本概念 标准（包括平时执行的规程、规范、规定）是对重复性事物或概念所做的统一规定，是以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由公认机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据，是标准化领域中用来规范和统一人类社会各项生产工作和管理活动的技术性规定。1 技术标准：对标准化领域中需要协调统一的技术事项所制定的标准。分类 管理标准：对标准化领域中需要协调统一的管理事项所制定的标准。工作标准：
2、对工作的责任、权利、范围、质量要求、程序、效果、检查方法、考核办法等所制定的标准。国家标准 行业标准 地方标准 企业标准标准的分类和等级 等级2从国家标准 行业标准 地方标准 企业标准标准的等级逐渐降低，但对标准的要求逐渐提高。标准的特性前瞻性 标准是“对活动或其结果规定共同的和重复使用的规则、导则或特性的文件”，不 仅反映了制定标准的前提，而且反映了制定标准的目的。同一类技术活动在不同地点不同对象上同时或相继发生，具有重复性，人们根据积累起来的经验制定标准，以便更好地去指导或规范未来的同一种实践活动等。3标准的特性科学性 制定标准的基础是“综合成果”，单单是科学技术成果，如果没有经过综合研究
3、、比较、选择和分析其在实践活动中的可行性、合理性或没有经过实践检验，是不能纳入标准之中的。同样，单单是实践经验，如果没有总结其普遍性、规律性或经过科学的论证，也是不能纳入标准的，这一规定反映了标准严格的科学性。4标准的特性民主性 标准要“经协商一致制定”，也就是说，在制定标准的过程中，标准涉及到的各个方面对标准中规定的内容，需要形成统一的各方均可接受的意见，从而保证了标准的全局性、社会性和公正性，反映了标准的民主性。标准的民主性越突出，标准就越有生命力。5标准的特性权威性 标准是“经一个公认机构批准”。“公认机构”是社会公认的或由国家授权的有特定任务及组成的法定的或管理的实体，经过该机构对标准
4、制定过程、内容进行审查，确认标准的科学性、民主性、可行性，以特定的形式批准，保证了标准的严肃性，反映了标准发布后的权威性。6常用的大坝安全监测技术标准A)混凝土坝安全监测技术规范（DL/T5178-2003）B)混凝土坝安全监测资料整编规程（DL/T5209-2005）C)大坝安全监测自动化技术规范（DL/T5211-2005）D)土石坝安全监测技术规范（SL60-1994）E)土石坝安全监测资料整编规程（SL169-1996）F)国家一、二等水准测量规范（GB12897-1991）G)国家三、四等水准测量规范（GB12898-1991）H)中、短程光电测距规范（GB/T16818-1997）
5、I)国家三角测量规范（GB/T17942-2000）7规范性附录资料性附录8常用的大坝安全监测方法（1）监测方法 用途 特点 存在问题(正、倒)垂线监测大坝水平位移和挠度，可兼作引张线、激光准直等方法的校核基点。简单实用、维护方便、直观可靠，精度高，既便于人工观测，又易实现监测自动化。适用于任何类型的大坝。兼用垂直位移监测效果较差。倒垂线锚固点深入基岩应有足够的深度。线体过长后受风干扰而摆动、油筒漏油、孔中掉异物。引张线监测大坝水平位移。简单实用、直观可靠，可用于人工观测，易实现监测自动化。适用于小于500m长度的直线型大坝。引张线两端应至少有一端为加力自由端。兼用垂直位移监测效果较差。线体超
6、过500m效果欠佳。浮船的浮液易蒸发，线体易受干扰、碰壁。东北严寒地区在冬季线体挂霜影响观测。(大气、真空)激光准直监测大坝水平、垂直位移。同时监测水平、垂直位移，能实现监测自动化。真空激光准直在大于600m长度的直线型大坝变形监测中较能显示其优势。大气激光准直受气流、阳光、温度等影响较大，精度低，使用效果差。真空激光准直测量速度较慢，波带板翻转易出故障，激光发射管易损坏，管道抽真空及真空度监测自动化问题未完全解决。常用的大坝安全监测方法（2）监测方法 用途 特点 存在问题液体静力水准监测大坝垂直位移。简单、直观，可用于人工观测，易实现监测自动化。较适用于南方地区或廊道内布置。连通管道接头容易
7、漏水。测点间高差不能太大。温度不均匀变化对测量系统精度有影响。测压管监测混凝土坝扬压力和土石坝浸润线简单、有效，在管内安装渗压计或水位传感器可实现监测自动化。测压管易堵塞。对有压管管口易漏水，从而不能真实反映实际压力，但容易解决。量水堰监测总渗漏量。结构简单，可用于人工观测，在堰前安装测水位传感器，可实现监测自动化。受钙质沉淀、微生物以及水位传感器测量精度的影响，成功经验不多。排水管 监测单孔渗漏量。简单、直观，可用于人工观测，在管口安装流量计，可实现监测自动化。当水位控制接点磁性减弱时，会造成测量结果错误。9 实现监测自动化主要监测项目、监测部位和监测方法（1）坝型监测项目 监测部位 监测方
8、法 备注重力坝坝顶水平位移典型坝段、结构或基础地质条件复杂坝段、运行中出现问题的坝段(正、倒)垂线、真空激光准直、引张线坝高70m以上的大坝可适当接入基础、坝身位移监测坝顶垂直位移静力水准、真空激光准直坝体接缝 测缝计坝基扬压力 每个坝段一个或有选择 测压管渗流量有选择量水堰、排水管绕坝渗流 测压管10 实现监测自动化主要监测项目、监测部位和监测方法（2）坝型监测项目 监测部位 监测方法备注拱 坝坝体水平位移 拱冠、1/4拱、两岸坝肩(正、倒)垂线坝体温度 拱冠梁断面 内部埋设温度计横缝开合度 有选择 表面埋设测缝计坝肩变位 有选择埋设钻孔多点变位计、固定式测斜仪绕坝渗流 有选择 测压管坝基扬
9、压力 有选择 测压管11 实现监测自动化主要监测项目、监测部位和监测方法（3）坝型监测项目 监测部位 监测方法 备注土石坝坝体渗透压力典型横断面、基础地质条件复杂处、运行中出现问题的部位测压管坝基渗透压力渗流量 下游坝脚或有选择 量水堰绕坝渗流 有选择 测压管表面变形 典型横断面或有选择利用自动跟踪全站仪，采用边角或测边交会法观测此两个项目，非必选自动化监测项目内部变形 典型横断面或有选择埋设水管式沉降仪、水平位移计12 实现监测自动化主要监测项目、监测部位和监测方法（4）坝型监测项目 监测部位 监测方法 备注面板堆石坝渗流量 下游坝脚或有选择 量水堰绕坝渗流 有选择 测压管周边缝、垂直缝变形
10、有选择 埋设测缝计面板挠度 典型横断面或有选择埋设固定式测斜仪或倾斜计此三个项目，非必选自动化监测项目 表面变形 典型横断面或有选择利用自动跟踪全站仪，采用边角或测边交会法观测内部变形 典型横断面或有选择埋设水管式沉降仪、水平位移计 注：1.上述四类坝型实现监测自动化系统的项目还应包括环境量监测项目，即上下游水位、气温、降雨。另外，拱坝还包括水温监测项目。2.支墩坝、连拱坝、平板坝实现监测自动化系统的项目，参照重力坝执行。13大坝运行必须设置安全监测项目混凝土坝安全监测技术规范（DL/T5178-2003）规定“混凝土坝必须设置必要的监测项目，用以监控大坝安全，掌握运行规律，指导施工和运行，反
11、馈设计”。土石坝安全监测技术规范（SL60-1994）规定“土石坝的安全监测，必须根据工程等级、规模、结构型式及其地形、地质条件和地理环境等因素，设置必要的监测项目及其相应的设施，定期进行系统的观测”。混凝土坝、土石坝都“必须设置必要的监测项目”是一条确保大坝安全运行的强制性条款。14大坝安全监测的方法混凝土坝安全监测技术规范（DL/T5178-2003）指出混凝土坝安全监测“包括对坝体、坝基、坝肩以及对大坝安全有重大影响的近坝岸坡和其他与大坝安全有直接关系的建筑物和设备的仪器监测和巡视检查”，“仪器监测应与巡视检查相结合”。土石坝安全监测技术规范（SL60-1994）指出“安全监测方法包括巡
12、视检查和用仪器设备进行观测”。仪器监测和巡视检查各自都有其局限性以及相互之间的不可替代性，只有把两者有效地结合起来，才能更好地监视大坝安全运行。15大坝安全监测项目混凝土坝安全监测技术规范（DL/T5178-2003）中规定对1级、2级、3级大坝都必设的监测项目包括“巡视检查、坝体位移、坝基位移、裂缝变化、渗流量、扬压力、绕坝渗流、上下游水位、降水量、气温”。土石坝安全监测技术规范（SL60-1994）中规定对级、级、级大坝都必设的监测项目包括“巡视检查、表面变形、渗流量、上下游水位、降水量、气温”。对已运行的大坝，其安全监测的重点是“变形、渗流”（效应量）以及“环境量”（原因量）的监测。16
13、变形监测量正、负号之规定17混凝土坝安全监测技术规范（DL/T5178-2003）中对变形监测量的正、负号规定：水平位移：向下游为正，向左岸为正；反之为负。垂直位移：下沉为正，上升为负。接缝和裂缝开合度：张开为正，闭合为负。高边坡和滑坡体位移：向下滑为正，向左为正；反之为负。土石坝安全监测技术规范（SL60-1994）中对变形监测量的正、负号规定：水平位移：向下游为正，向左岸为正；反之为负。竖向位移：向下为正，向上为负。裂缝和接缝三向位移：对开合，张开为正，闭合为负；对沉陷，向下为正，向上为负；对滑移，向坡下为正，向左为正，反之为负。DL/T5178-2003对变形监测精度要求18项 目 位移
14、量中误差限值水平位移（mm）坝 顶重力坝、支墩坝1.0拱 坝径 向 2.0切 向 1.0坝 基重力坝、支墩坝0.3拱 坝径 向 0.3切 向 0.3坝体、坝基垂直位移（mm）坝 顶 1.0坝 基 0.3倾 斜（）坝 体 5.0坝 基 1.0坝体表面接缝和裂缝（mm）0.2近坝区岩体和高边坡水平位移（mm）2.0垂直位移（mm）2.0滑 坡 体水平位移（mm）3.0(岩质边坡)5.0(土质边坡)垂直位移（mm）3.0裂 缝（mm）1.0关于变形监测精度的确定原则l对变形监测精度的合理要求，取决于必要性和可能性两个方面，并随着科学技术的发展逐步有所提高。l为了监控大坝安全，应监测出大坝在正常情况下
15、的一般变形规律。只有这样，才能及早发现异常现象，再通过分析判断，找出异常根源，采取措施，确保大坝安全。要测出大坝的一般变形规律，监测值的误差应远小于变形量。l国际测量工作者联合会（FIG）变形观测研究小组提出监测值的中误差应小于变形量的1/101/20，苏联学者提出应在1/41/10之间。这可作为确定各监测项目精度的依据之一。规范指出“特 殊 情 况 下 监 测 精 度 要 求 可 根 据 实 际 情 况，在 设 计 中 确 定”，以及“特长大坝、特大滑坡等特殊情况下监测精度要求可根据实际情况，在设计中确定”。19变形监测精度控制要求（1）20混凝土坝安全监测技术规范（DL/T5178-200
16、3）中规定：引张线人工观测时，观测前应检查、调整全线设备，使浮船和测线处于自由状态，并将测线调整到高于读数尺0.3mm3.0mm处（依仪器性能而定），固定定位卡。应观测两测回（从一端观测到另一端为一测回）。测回间应在若干部位轻微拨动测线，待其静止后再测下一测回。当采用读数显微镜观测时，先整置仪器，分别照准钢丝两边缘读数，取平均值，作为该测回的观测值。左右边缘读数差和钢丝直径之差不得超过0.15mm，两测回观测值之差不得超过0.15mm。当使用两用仪、两线仪或放大镜观测时，两测回观测值之差不得超过0.3mm。张线端点装置可采用一端固定，一端加力的办法，也可采用两端加力的办法。变形监测精度控制要求
17、（2）21混凝土坝安全监测技术规范（DL/T5178-2003）中规定：垂线观测前,必须检查该垂线是否处在自由状态；倒垂线还应检查调整浮体组的浮力，使之满足要求。一条垂线上各测点的观测，应从上而下，或从下而上，依次在尽量短的时间内完成。用光学机械式仪器观测前后，必须检测仪器零位，并计算其与首次零位之差，取前后两次零位差之平均值作为本次观测值的改正数。垂线人工观测时，将仪器置于底盘上，调平仪器，照准测线中心两次（或左右边沿各一次），读记观测值，构成一个测回。取两次读数的均值作该测回之观测值。两次照准读数差（或左右沿读数差与钢丝直径之差）不得超过0.15mm。每测次应观测两测回（测回间应重新整置仪
18、器），两测回观测值之差不得大于0.15mm。变形监测精度控制要求（3）22混凝土坝安全监测技术规范（DL/T5178-2003）中规定：视准线观测时，宜在两端工作基点上观测邻近的1/2的测点。每一测次应观测二测回，每测回包括正、倒镜各照准觇标两次并读数两次，取均值作为该测回之观测值。当采用小角法观测时，各测次均应使用同一个度盘分划线；如各测点均为固定的觇牌，可采用方向观测法。观测限差规定见下表：测量方法 正镜或倒镜两次读数差 两测回观测值之差 活动觇牌法 2.0mm 1.5mm 小角法 4.0 3.0 变形监测精度控制要求（4）23 坝体和坝基的垂直位移，应采用一等水准测量，并应尽量组成水准网
19、。近坝区岩体、高边坡和滑坡体的垂直位移，可采用二等水准测量。在水准测量中，应尽量设置固定测站和固定转点，以提高观测的精度和速度。精密水准观测的要求应按GB12897-1991中的规定执行。精密水准测量闭合差之限值见下表：等 级 往返测不符值 符合线路闭合差 环闭合差 一等坝外环线 2.0mm/1.0mm坝体及坝基0.3mm 0.2mm 0.2mm二等4.0mm 4.0mm 2.0mm0.6mm 0.6mm 0.6mm【注】:R 测段长度，以km计；F 环线长度符合线路长度，以km计；n1测段站数（单程）；n2环线符合线路站数。变形监测精度控制要求（5）24土石坝安全监测技术规范（SL60-19
20、94）中规定：视准线观测时，宜在视准线两端各设固定测站，用各测站的仪器观测其靠近的位移测点的偏离值。用活动觇标法校侧工作基点、观测增设的工作基点时，允许误差应不大于2mm（取两倍中误差）。观测位移测点时，每测回的允许误差应小于4mm（取两倍中误差）。所需测回数不得少于两个测回。用小角度法观测水平位移时，一般应采用J1级经纬仪。测微器两次重合读数之差不应超过0.4；一个测回中，正倒镜的小角值较差不应超过3.0；同一测点，各测回小角值较差不应超过2.0。用三角网前方交会法观测增设工作基点（或测点）水平位移时，应用J1级经纬仪和全圆测回法，且不少于4个测回。各项限差要求为：半测回归零差6.0；二倍视
21、准差之互差8.0；各测回的测回差5.0。变形监测精度控制要求（6）25土石坝安全监测技术规范（SL60-1994）中规定：表面竖向位移一般采用水准法测量，也可用连通管法测量。用水准仪观测表面竖向位移时，可参照国家三等水准测量（GB12898-1991）方法进行，但闭合差不得大于1.4mm(n为测站数)。起测基点的引测、校侧，可参照国家二等水准测量（GB 12897-1991）方法进行，但闭合差不得大于0.72mm(n为测站数)。用连通管观测表面竖向位移时，应在气温最为稳定的时间进行，平行测读两次，两次读数差不得大于2.0mm。准直法监测水平位移 准直法包括视准线法、引张线法、真空激光准直法、大
22、气激光准直法。其测点位移量计算公式如下,公式中相对应的符号如下图所示.式中：dii测点位移量（mm）；K归化系数，K=Si/DSii测点至右端点的距离（m）；D准直线两工作基点间的距离（m）；左、右端点变化量之差，=L-R（mm）；L0i点首次监测值（mm）；Li点本次监测值（mm）。26混凝土坝渗压系数（1）27坝体渗压系数：下游水位高于测点高程时 下游水位低于测点高程时式中：ai第i测点渗压系数；H1上游水位（m）；H2下游水位（m）；H3测点高程（m）;Hi第i测点实测水位（m）。混凝土坝渗压系数（2）28坝基渗压系数：下游水位高于测点高程时 下游水位低于测点高程时式中：ai第i测点渗压
23、系数；H1上游水位（m）；H2下游水位（m）；H4测点处基岩高程（m）;Hi第i测点实测水位（m）。量水堰法监测渗流量29用量水堰观测渗流量时，水尺的水位读数应精确至1mm，测针的水位读数应精确至0.1mm。堰上水头两次观测值之差不得大于1mm。直角三角形量水堰流量推荐计算公式：梯形量水堰流量推荐计算公式：无侧收缩矩形量水堰流量推荐计算公式：式中：Q渗漏量（m3/s）；H堰上水头（m）；b堰口底宽或堰槽底宽（m）；k(0.402+0.054H/P)；P堰口至堰槽底板距离（m）；g重力加速度（m/s2）容积法：当流量小于1L/s时采用。直角三角形量水堰：当流量在1L/s70L/s时采用。梯形量水
24、堰：当流量在10L/s300L/s时采用。矩形量水堰：当流量大于50L/s时采用。当三角形量水堰的底角为30、45、60时，流量系数应重新率定。监测资料整理整编全面性（1）30DL/T5209-2005和SL169-1996中规定：大坝安全监测资料必须及时整理和整编，包括施工期、运行期的日常资料整理和定期资料整编。整理和整编的成果应做到项目齐全，数据可靠，资料、图表完整，规格统一，说明完备。工程基本资料、监测设施和仪器设备基本资料，以及仪器监测和巡视检查的各种现场原始记录、图表、影像资料等均应归档保存。监测资料整理整编全面性（2）31工程主体建筑物的概况和特征参数工程总体布置图和主要建筑物及其
25、基础地质剖面图工程施工、运行以来，出现问题的部位、性质和发现的时间，处理情况及其效果工程地质和水文地质条件坝基和坝体的主要物理力学指标重要监测项目的安全监控指标或技术警戒值工程蓄水和竣工安全鉴定及各次大坝安全定期检查的结论、意见和建议工 程 基 本 资 料监测资料整理整编全面性（3）32监测设施基本资料 监测系统设计原则、各项目设置目的、测点布置情况等 监测系统平面布置、纵横剖面图，应标明各建筑物所有监测项目和设备的位置 各种测点结构及埋设详图 各测点的安装埋设情况说明，并附上埋设日期、初始读数、基准值等数据 各种仪器型号、规格、主要附件、技术参数、生产厂家、仪器使用说明书、出厂合格证、出厂日
26、期、购置日期、检验率定等资料监测资料整理整编全面性（4）33日常监测资料人工仪器监测现场原始记录表、计算表自动化数据采集原始记录、计算表监测物理量整编表格，测值过程线、分布图 现场巡视检查原始记录、影像资料、报告监测系统运行日志、设备维修、更换等记录水工建筑物运行情况（注意一些特殊情况资料的收集）上下游水位、气温、降雨等情况（包括特殊气象条件）监测资料整理整编及时性（1）34混凝土坝安全监测资料整编规程（DL/T5209-2005）中规定：日常监测资料整理应在每次监测后随即进行。对于人工监测，不得晚于次日12点，对于自动化监测应在数据采集后立即自动整理和报警。每次外业监测(包括人工和自动化监测
27、)完成后，应随即对原始记录的准确性、可靠性、完整性加以检查、检验，将其换算成所需的监测物理量，并判断测值有无异常。如有漏测、误读（记）或异常，应及时补（复）测、确认或更正，并记录有关情况。经检查、检验后，若判定监测数据不在限差以内或含有粗差，应立即重测；若判定监测数据含有较大的系统误差时，应分析原因，并设法减少或消除其影响。监测资料整理整编及时性（2）35混凝土坝安全监测资料整编规程（DL/T5209-2005）中规定：应及时将计算后的各监测物理量存入计算机，绘制监测物理量过程线图、分布图和监测物理量与某些原因量的相关关系图（如位移量与库水位、气温的相关关系图等），检查和判断测值的变化趋势，作
28、出初步分析。如有异常，应及时分析原因。先检查计算有无错误和监测系统有无故障，经多方比较判断，确认是监测物理量异常时，应及时上报主管部门，并附上有关文字说明。每次巡视检查后，应随即对原始记录（含影像资料）进行整理。随时补充或修正有关监测设施的变动或检验、校测情况，以及各种基本资料表、图等，确保资料的衔接和连续性。异常值判断要领监测资料整理整编规范性（1）36混凝土坝安全监测资料整编规程（DL/T5209-2005）中规定：定期资料整编应按规定时段对监测资料进行整编和初步分析，汇编刊印成册，并生成PDF格式标准电子文档。监测仪器设备基本资料表以及监测资料整编表分别按附录A、附录D（规范性附录）执行
29、，监测记录、计算表以及监测物理量过程线、相关图例分别参照附录B、附录C（资料性附录）执行。整编报告内容、格式按下列内容编排：封面目录整编说明基本资料（第一次整编时）监测项目汇总表监测资料初步分析成果监测资料整编图表封底监测资料整理整编规范性（2）37混凝土坝安全监测资料整编规程（DL/T5209-2005）中规定：在运行期，每年汛前应将上一年度的监测资料整编完毕。监测自动化系统采集的数据一般取每周一某一时刻（如周一上午8:00左右）的监测数据进行表格形式的整编，但绘制测值过程线时应选取所有测值进行。对于特殊情况（如高水位、库水位骤变、特大暴雨、地震等）和工程出现异常时增加测次所采集的监测数据，
30、也应整编入内。对于重要监测物理量（如变形、扬压力、上下游水位、气温、降水等），整编时除表格形式外，还应绘制测值过程线、测值分布图等。变形测值分布图可选取每季度绘制一条，扬压力测值分布图可选择某些高水位时的测值进行绘制。监测资料分析常用方法38 常用监测资料分析方法比较法：监测值与监控指标相比较；监测物理量的相互对比；监测成果与理论的或试验的成果（或曲线）相对照。作图法：绘制相应的过程线图、相关图、分布图以及综合过程线图（如将上游水位、气温、监控指标以及同坝段的扬压力和渗漏量等画在同一张大图上）等，直观地了解和分析监测值的变化大小和其规律，影响观测值的荷载因素和其对观测值的影响程度，观测值有无异
31、常。特征值统计法：特征值包括各物理量历年的最大和最小值（包括出现时间）、变幅、周期、年平均值及年变化趋势等。通过特征值的统计分析，可以看出监测物理量之间在数量变化方面是否具有一致性和合理性。特征值包括各物理量历年的最大和最小值（包括出现时间）、变幅、周期、年平均值及年变化趋势等。通过特征值的统计分析，可以看出监测物理量之间在数量变化方面是否具有一致性和合理性。数学模型法：用数学模型建立效应量与原因量之间的关系，分为统计模型、确定性模型及混合模型。有较长时间的观测资料时，一般常用统计模型。当有条件求出效应量与原因量之间的确定性关系表达式时（一般通过有限元计算结果得出），亦可采用混合模型或确定性模
32、型。运行期的数学模型中包括水位分量、温度分量和时效分量三个部分。时效分量的变化形态是评价效应量正常与否的重要依据。采用 数学模型法 作定量分析时，应同时用其他方法进行定性分析，加以验证。监测资料分析工作内容39监测资料分析工作内容 分析监测资料的准确性、可靠性和精度 分析监测物理量随时间或空间而变化的规律 统计各物理量的有关特征值 判别监测物理量的异常值 分析监测物理量变化规律的稳定性 应用数学模型进行分析，必要时提出或调整监控指标 分析坝体结构的整体性、稳定性以及防渗排水设施的效能 评估大坝的工作状态在工程施工阶段和第一次蓄水阶段，大坝安全监控指标宜根据设计理论计算和模型试验成果，并参考类似
33、工程经验提出。在运行阶段，大坝安全监控指标定期根据实测资料建立数学模型，提出或调整运行监控指标。（极限状态法、置信区间法）监测资料分析时效分量40时效分量运行期，数学模型中一般包括水压分量、温度分量和时效分量三个部分。时效分量的变化形态是评价效应量正常与否的重要依据。下图为时效分量的三种形态，代表三种工作状态。监测自动化系统改造程序41大坝安全监测自动化技术规范（DL/T5211-2005）中规定了大坝安全监测自动化系统的设计、系统的功能和性能要求、系统设备的检验方法和检验规则、系统设备的包装储运要求、系统安装调试、系统验收及运行维护要求等。已建水电水利工程需要实施大坝安全监测自动化系统时，应
34、在对原大坝安全监测系统进行综合评价的基础上，结合更新改造设计设置监测自动化系统。未包含的其他自动测量系统和人工测量的数据，可纳入监测自动化系统数据库。包括现场巡视监测资料、强震监测资料、大地测量（三角测量、水准测量）资料等等，也就是前面监测资料整编要求的所有资料（工程基本资料、监测设施基本资料、日常监测资料等）。建立监测信息管理系统监测自动化系统综合评价42 监测系统综合评价 对现有监测设施进行一次全面检查、鉴定。（要点：检查考证设计布置、施工资料、现场巡视检查和测试，并对历年监测资料进行对比分析）确定大坝薄弱环节和重点部位。（要点：查阅设计图纸、设计报告以及历年（次）大坝运行总结、监测资料分
35、析中发现的问题等，了解和掌握大坝结构设计特点、运行规律以及存在的问题等）对整个监测系统的工作状态、完备性和可靠性作出评价。（要点：根据上述两个方面的工作，评价现有监测系统的工作状态、对大坝薄弱环节和重点部位监控手段是否有效以及现有监测系统的规模是否必要，对监测仪器设备的封存停测、报废、继续观测、增加监测项目以及监测工作提出意见和建议。监测系统综合评价要由有相应的设计、监测系统评价经验的单位来承担监测自动化系统实施原则43实施监测自动化项目的基本原则为监视大坝安全运行所必需的监测项目；需进行高精度、高频次监测而用人工方式难以胜任的监测项目；监测部位的环境条件不允许或不可能用人工方式进行监测项目；
36、测点应反映大坝及其基础的工作性态，目的明确；重点部位监测物理量宜能相互验证，必要时可进行冗余设置；监测仪器设备在满足精度要求的前提下，应力求结构简单、稳定可靠，其品种、规格宜尽量统一，以降低系统维护的复杂性。监测自动化系统设置要求44监测自动化系统设置要求 应以工程安全监测为目的，遵循“实用、可靠、先进、经济”原则，并应满足水电厂现代化管理的需求。监测自动化的测点或监测站，有条件的应配备独立于自动测量监测仪器的人工测量设备，以备自动化监测设备故障时能保持有连续测值，也可作为自动化监测和人工观测的比测设备。为确保自动化系统可靠运行，应进行有效的防雷设计。有条件的，自动化系统应接入工程接地网。单独
37、接地时，接地电阻不应大于10。（仪器电缆线、通信线、电源线等应采用钢管保护，并有效接地）应配备满足工程安全监测所必需的安全管理软件。电监会“水电站大坝运行安全信息报送办法”和“水电站大坝运行安全信息化建设规划”监测自动化系统考核指标45监测自动化系统现场考核试运行期监测数据的连续性、周期性好，无系统性偏移，能反映工程监测对象的变化规律；自动测量数据与对应时间的人工实测数据比较变化规律基本一致，变幅相近；在被监测物理量基本不变的条件下，系统数据采集装置连续15次采集数据的精度应达到监测仪器的技术指标要求。稳 定 性可 靠 性人工比测系统数据采集装置的平均无故障工作时间MTBF6300h；系统自动
38、采集数据的缺失率应不大于3%。系统实测数据与同时同条件人工比测数据偏差保持基本稳定，无趋势性漂移。与人工比测数据对比结果2。监测自动化系统稳定性46自动化系统短期测值稳定性考核主要通过短时间内的重复性测试，根据重复测量结果的中误差来评价。根据大坝结构和运行特点，假定在较短时间内库水位、气温、水温等环境量基本不变，则相关监测值也应基本不变。通过自动化系统在短时间内连续测读n次，读数分别为：x1、x2、xn，由n次读数计算其中误差，根据中误差评价读数精度及测值稳定性。n次实测数据算术平均值为：；对短时间内重复测试的数据，用贝塞尔公式计算出短期重复测试中误差。计算公式如下：短期稳定性考核计算监测自动
39、化系统可靠性47 在DL/T5211-2005规范中，对系统的可靠性可用平均无故障工作时间（MTBF）及数据缺失率（FR）来考核。系统平均无故障工作时间（MTBF）是指两次相邻故障间的正常工作时间（短时间可恢复的不计）。平均无故障时间（考核期一年）计算公式：式中：ti 考核期内，第i个单元的正常工作时数；ri 考核期内，第i个单元出现的故障次数；n系统内数据采集单元总数。数据缺失率（FR）是指未能测得的数据个数与应测得的数据个数之比，公式：式中：NFi 未测得的数据个数；NMi应测得的数据个数。可靠性考核计算监测自动化系统人工比测48 在DL/T5211-2005规范中指出，人工比测一般采用过
40、程线比较或方差分析进行对比。过程线比较是取某测点相同时间、相同测次的自动化测值和人工测值，分别绘出自动化测值过程线和人工测值过程线，进行规律性和测值变化幅度的比较。方差分析是取某监测点试运行期自动化监测和人工比测相同时间、相同测次的测值分别组成自动化测值序列和人工测值序列；再设某一时刻的自动测值为，人工测值为，则两者差值取，其中均方差 式中：为自动化测量精度，为人工测量精度。人工比测考核计算监测自动化系统平均无故障工作时间（1）49 平均无故障工作时间，英文全称是“MeanTimeBetweenFailure”，用MTBF表示，是可修复产品可靠性的一个重要定量指标，现代产品设计时都要提出明确的
41、平均无故障工作时间指标要求，是指可修复产品在相邻两次故障之间工作时间的数学期望，简单地说就是两次相邻故障之间工作时间的平均值。DL/T5211-2005规范中的计算公式在工程实践中遇到下列几个问题：例1：某个自动化系统，有3个采集单元。在1年考核期内，第1个采集单元正常工作时间为8760h，即故障次数为0；第2个采集单元正常工作时间为8760h,即故障次数为0；第3个采集单元正常工作时间为8736h，即故障次数为1。按上述公式计算得h，显然在考核期内计算的系统MTBF与实际情况不符。例2：某个自动化系统在1年考核期内未发生故障，即故障次数为0，则上述MTBF计算公式就无意义了。当然，这里根据M
42、TBF的基本定义很容易理解该系统在1年考核期内的“年平均无故障工作时间应为8760h”。例3：某个自动化系统，1年考核期内发生故障1次，故障时间为3个月，按上述公式计算得h，仍可满足规范6300h要求。这个故障时间太长，显然不能满足工程安全监测的需要，与实际情况不符。这里涉及另一个系统可靠性考核定量指标“平均修复时间（MTTR）”的确定问题。监测自动化系统平均无故障工作时间（2）50对DL/T5211-2005规范规定的1年考核期MTBF计算中的几个问题的解决方案：1）MTBF计算公式的改进工业产品设备的MTBF计算有多种方法，有的是利用样品进行试验考核，而大多数厂家是根据产品实际使用情况的纪
43、录或抽样试验结果进行统计计算的。但无任采用什么方法计算，其依据是MTBF的基本定义，即“两次相邻故障之间的工作时间的平均值”。为了解决或消除现行规范中有关MTBF计算公式在实际应用中存在的问题，并方便根据各测点监测数据对系统MTBF的统计计算，建议对计算公式作如下修改，并增加附加说明条件，即：系统MTBF取各测点或各采集单元平均无故障工作时间的算术平均值，即式中：ti为考核期内，第i个测点或采集单元的正常工作时数；ri为考核期内，第i个测点或采集单元出现的故障次数；n为系统内测点或采集单元总数。附加说明条件：当第i个测点或采集单元在考核期内未发生故障时，取ri1。监测自动化系统平均无故障工作时
44、间（3）512）考核单元的划分由于大坝安全监测自动化系统由多种设备及线路构成，既不宜一律笼统地把整个系统当作一个产品来考核，也不宜细分到把各个设备的元器件作为一个产品来考核，因此，宜将监测数据采集系统中具有独立功能的单元（如将一台现场测控单元或一个测点作为考核单元）作为“产品”来考核，最终整个系统的MTBF是各考核单元MTBFi的算术平均值。在工程实际应用中，判断现场测控单元或者采集系统工作是否正常的依据往往是各测点的监测数据是否正常（当然，要排除监测仪器或建筑物自身引起异常的因素），因此，将各测点的MTBFi作为统计现场测控单元或采集系统MTBF的基本考核单元是比较合适的。监测自动化系统平均
45、无故障工作时间（4）523）故障的界定系统设备或某个测控单元不能正常工作，造成所控制的单个或多个测点测值异常或采集不到数据，称为故障。因监测仪器故障、人为损坏（如电缆被割、砸坏、误操作）或不可抗力等原因造成的无法测取正确的数据，不应算系统或采集单元的故障。对一些特殊采集系统（如激光准直系统、某些引张线和垂线监测系统等）监测仪器（传感器）和监测数据自动采集系统是一个整体，MTBF考核时将两部分一并进行考核，在这种情况下，监测仪器的故障应作为系统或采集单元的故障考虑。4）对“故障”在“短时间可恢复的不计”的理解 在DL/T5211-2005规范中，对自动化系统监测频次要求“试运行期1次/天，常规监
46、测不少于1次/周”。也就是说，在试运行期间要求自动化系统每天正常采集1次数据，进入正常运行后要求自动化系统至少每周正常采集1次数据。因此，DL/T5211-2005规范中的“短时间”可理解为“如果试运行期间自动化系统1天未正常采集到数据，则认为发生故障1次；在正常运行期间自动化系统1周未正常采集到数据，则认为发生故障1次”。监测自动化系统平均无故障工作时间（5）535）1年考核期内几种特殊情况的MTBF计算下面讨论的仅针对一个基本考核单元，根据各考核单元计算的系统MTBF作为统计数据，随着考核单元数量的增加，MTBF将更趋于合理和普遍性。（1）未发生故障时MTBF的计算严格意义上讲，DL/T5
47、2112005规范中所述的1年考核期内的MTBF应是“年平均无故障时间”，因此，当考核期内未发生故障时，其MTBF应是1年的正常工作时间，即8760h，不能机械地将“故障次数r0”代入公式计算，而造成原计算公式失去意义。当然也可以规定，此时取“故障次数r1”。（2）发生1次故障时MTBF的计算1年内发生故障1次，有二种情况，应酌情考虑MTBF的计算。例1：发生故障前正常工作时间为7200h（即300d），一天后系统恢复正常工作，直至考核期结束。按照MTBF的定义“两次相邻故障间的正常工作时间”，此时的MTBF应该是7200h，该计算考核指标未考虑恢复正常工作后的1536h（即64d）工作时间或
48、更长时间。但就单次正常工作时间来说，7200h是实测值，只是由于考核期较短造成样本较少不够全面而已。监测自动化系统平均无故障工作时间（6）54例2：发生故障前正常工作时间为3600h（即150d），一天后系统恢复正常工作，直至考核期结束。若按“例1”方法计算，则MTBF应该是3600h，显然是不合理了。此时的MTBF应该是大于。从上述两个例子可以归纳出，为使1年考核期内MTBF考核统计计算值更合理，“发生1次故障”时，MTBF宜按下列方法计算：当发生故障前正常工作时间大于4392h（即183d）时，MTBF即为“发生故障前正常工作时间”。当发生故障前正常工作时间小于4392h（即183d）时，
49、MTBF按下列公式计算：式中：t为考核期小时数，即8760h；ti为考核期内故障时数，即维修时间。监测自动化系统平均维修时间（MTTR）55可靠性系指产品（设备）在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。对监测自动化系统的可靠性考核还应增加“平均维修时间（MTTR）”考核指标，并根据系统中各考核单元的重要性等因数确定各考核单元的权重系数。平均维修时间，英文全称是“MeanTimeToRepair”，用MTTR表示，定义为产品修复时间的平均值，即修复时间的数学期望值。对考核单元，其平均维修时间的实测值为每次故障后，所需维修时间的平均值，其计算表达式：式中：为考核期内，第i次故障的修复时数；为
50、考核期内，修复次数。故障维修时间由三部分组成：查找故障时间；排除故障时间；检验验证时间。对于可修复产品还应考虑维修性。有的产品虽然不易出故障，但一旦发生故障要很长时间才能修复，有可能经常处于修理状态，利用率显然不高。所以，我们不仅要注意产品是否易坏，还应注意产品是否易修。因此，在规定监测自动化系统的平均无故障工作时间（MTBF）、数据缺失率（FR）可靠性考核指标外，同时还应规定对系统平均维修时间（MTTR）的考核指标要求。结语56 标准是经过实践验证的理论及经验的总结；大坝安全监测的工程实践是制修订标准的主要依据；广泛的调查研究、征求各方意见是制修订标准的基础；限于水平、时间的限制，不少经验没