河海大學蘇懷智教授：數據驅動下的水庫大壩安全狀況診斷

蘇懷智，河海大學二級教授，博士生導師（水工結構工程），中國青年科技獎、國家有突出貢獻中青年專家等榮譽獲得者，國家“ 萬人計劃” 科技創新領軍人才、國家“ 百千萬人才工程”等入選者，享受國務院政府特殊津貼。長期致力于大壩、堤防、水閘等涉水工程安全防控與提能延壽領域的研究與工程實踐，在精敏感知涉水工程隱患病變、精細預估工程服役性態、精準防范工程災變風險等方面取得了重要創新性成果，先后獲國家技術發明二等獎1 項、國家科技進步二等獎3 項、中國專利優秀獎2 項以及部省級科學技術獎15 項。發表論文300 余篇、獲授權國內外發明專利100余項。

我國作為壩工大國，有著悠久的筑壩歷史，尤其是新中國成立以來，建成各類水庫大壩工程9.5 萬余座，為我國國民經濟發展和民生安全做出了巨大貢獻。但這些工程絕大多數修建于20 世紀六七十年代，由于人們對筑壩材料性能、結構機理、施工控制等存在一個不斷深化的認識過程，加之工程維護管理方面的缺失，不少已運行多年的水庫大壩工程處于帶病狀態。經過近年來高強度、大范圍病險工程除險加固的實施，我國水庫大壩工程的安全狀況得到了極大的改觀和提升。但不容忽視的是，由于大批水庫大壩工程服役時間已超50 年，加之近年來極端氣候頻繁出現，工程安全壓力依然很大。與此同時，百米級、兩百米級及以上高壩大庫工程的不斷建設，給工程安全保障帶來了更大的挑戰，提出了更高的要求。

大量研究和工程案例均表明，水庫大壩失事絕大部分并非突然發生，大多經歷量變到質變的過程，及時對安全監測資料進行處理與分析，可以發現很多安全隱患，從而避免災難性事故的發生。充分利用大壩安全原型監測資料，結合物模和數模試驗，構建大壩安全監控模型，反演大壩材料特性參數和結構安全度，擬定大壩安全預測預警指標，從而實時評估和診斷大壩的安全狀況，合理饋控大壩的運行模式，也已成為保障大壩安全長效服役、實現科學防災減災的重要手段。

某水庫溢流壩段安全狀況的綜合評估

某水庫大壩主要由主壩、左右岸副壩、溢洪道、水電站廠房壩段及左右岸灌溉輸水洞（管）等建筑物組成。工程等別為Ⅰ等工程，主要建筑物為1 級，地震設防烈度為Ⅶ度。樞紐總長為7180m，最大壩高為41.5m。主壩為瀝青混凝土心墻土石壩，壩頂長度為1676m；左、右岸副壩為黏土心墻土石壩；溢流壩段為混凝土重力壩，共分為12 個壩段。該溢流壩段坐落于大壩右岸的白土山臺地上，其方位角為SE144.20°，溢流堰控制線方向為NE54.20°，位于右副壩軸線下游10m，溢洪道全長約900m，由進水渠、控制段、泄槽段、消力池及出水渠五部分組成，主要監測內容有表面水平位移與垂直位移、基礎揚壓力、繞壩滲流、鋼筋應力、混凝土應變等。充分依據其各類監測資料，進行溢流壩段安全狀況的綜合評估。

溢流壩段壩頂激光準直測點布置圖

溢流壩段2# 閘墩底部揚壓力監測儀器布置圖

主壩與溢流壩段繞壩滲流監測儀器布置圖

溢流壩段10# 閘墩鋼筋計和應變計監測儀器布置圖

評估指標正態云模型

溢流壩段整體安全狀況隸屬度過程線

由壩體-壩基-環境組成的開放、復雜水庫大壩系統，在荷載因素和環境因素等的多重耦合作用下，其服役性態表現出較強的非線性動力學特征，各因素間的相關性錯綜復雜，主次關系時變不定，運行過程中呈現出自組織、協同化和突變、分形、混沌等特征和表征規律。基于大壩安全原型監測數據，融合現場與室內試驗數據、數值仿真計算成果等多源信息，從中學習歸納系統規律，擬合預測大壩系統的動態行為，多尺度遞階推理診斷其驅動成因，已成為目前水庫大壩安全監控和預警領域中的前沿基礎性研究熱點之一，對提高水庫大壩安全管理水平、降低運行風險等具有重大現實意義。

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監測數據驅動下的水庫大壩安全狀況診斷理論與方法

蘇懷智 著

北京 : 科學出版社, 2025. 10

ISBN 978-7-03-082971-9

在充分參考國內外大量文獻資料的基礎上，《監測數據驅動下的水庫大壩安全狀況診斷理論與方法》總結了作者多年來在監測數據驅動下水庫大壩安全狀況診斷方面的研究成果。全書共7 章。

• 第1 章為緒論，對本書主要研究對象的國內外研究進展進行了綜述；

• 第2 章論述了水庫大壩安全原型監測數據的降噪方法，介紹了監測數據保真技術，為診斷水庫大壩的安全狀況提供可靠的數據資源；

• 第3 章論述了水庫大壩安全監測數據多元特征的辨識模型與方法，深入剖析和辨識水庫大壩變形、滲流、應力應變等效應量的多元變化特征；

• 第4 章針對水庫大壩安全單測點預測和多測點聯合預測，論述了其性態變化的預測模型與方法，用以了解水庫大壩結構性態的發展趨勢；

• 第5 章剖析了水庫大壩壩體、壩基物理力學參數變化特征，闡述了其優化反演原理，論述了反演所需資源優選、參數動態反演、參數演化模型及其實時校正等的實現方法；

• 第6章聚焦水庫大壩結構安全單測點警戒閾值和多測點警戒域的擬定問題，論述了其基本原理、實現方法；

• 第7 章論述了綜合應用變形、滲流、應力等原型監測數據實現水庫大壩安全狀況評估的模式與方法，以整體把握水庫大壩的安全狀況和辨識其潛在風險。

本書的很多研究工作獲得了國家自然科學基金（52239009、51979093、51579083、51179066、50809025）、國家重點研發計劃項目課題（2019YFC1510801、2018YFC0407101）以及水資源高效利用與工程安全國家工程研究中心開放研究基金（GJGCZX-JJ-202428）等的資助。

本文摘編自《監測數據驅動下的水庫大壩安全狀況診斷理論與方法》（蘇懷智著. 北京 : 科學出版社, 2025. 10）一書“前言”“第1章 緒論”，有刪減修改，標題為編者所加。

ISBN 978-7-03-082971-9

責任編輯：惠 雪 郝 聰 曾佳佳

充分利用水庫大壩變形、滲流、應力應變等監測數據，借助壩工知識與數學、力學等的結合，進行水庫大壩安全狀況的快速診斷，是及時發現結構隱患、保障工程服役安全的重要手段。本書系統介紹了作者和團隊近年來在該方面取得的研究成果，主要內容包括水庫大壩安全原型監測數據降噪方法、水庫大壩安全監測數據多元特征辨識模型與方法、水庫大壩結構性態變化預測模型與方法、水庫大壩材料性能演化反演分析方法、水庫大壩結構安全警戒閾值擬定方法、水庫大壩安全狀況評估模式與方法，以及實際工程案例的剖析和驗證，對水庫大壩的安全狀況監測、評價、預警等具有重要的參考價值。

（本文編輯：劉四旦）

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