淺談水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)與管理

葉綏鵬

（陜西省桃曲坡水庫灌溉管理局，陜西 銅川 727031）

桃曲坡水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主、兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖、城鄉(xiāng)供水、水利旅游等多功能的中型水庫，桃曲坡水庫通過除險加固，防洪保安能力雖然得到提高，由于灌區(qū)信息化沒有全面實施，庫區(qū)防汛數(shù)據(jù)庫建設(shè)相對滯后；大壩觀測設(shè)備還不健全，監(jiān)測人員只能依靠經(jīng)驗，無法得到準確資料；防汛設(shè)備陳舊，在汛期故障頻繁，數(shù)據(jù)信息傳遞速度緩慢，無法滿足防汛工作的要求，建設(shè)水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)顯得十分必要而又迫切。

1 建立大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的重要性

水庫監(jiān)測的主要內(nèi)容包括:水庫水位、水壓、滲流、流量、電導率、風力、相對濕度、空氣和水的溫度以及大壩壩體地表位移監(jiān)測。而大壩的監(jiān)測主要體現(xiàn)在對壩體，壩基以及壩肩等范圍內(nèi)的監(jiān)測，同時還需要對大壩有影響的岸坡、建筑物以及設(shè)備進行監(jiān)測。所以說建立大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，不僅可以縮短數(shù)據(jù)的采集周期，提高大壩觀測效率，減輕勞動強度，并能充分利用水庫調(diào)蓄能力，使其在防洪和供水發(fā)揮最大效益，還有通過驗證水庫大壩設(shè)計參數(shù)改進未來設(shè)計，對大壩除險加固工程施工技術(shù)進行改進，對大壩不安全跡象和險情診斷并采取措施進行加固，同時它還能運用長期積累的觀測資料掌握變化規(guī)律，對大壩未來狀態(tài)做出及時有效的預報，可以看出：安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)從淺層意義來說是為了人們準確掌握大壩工作性態(tài)，從深層意義則是為了更好掌握大壩變化規(guī)律，及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象或工程隱患，指導大壩運行安全管理工作，發(fā)揮工程效益，節(jié)約工程投資。

2 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)運行原理

該系統(tǒng)由大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、出口流量觀測系統(tǒng)和壩址電視監(jiān)控系統(tǒng)組成，其通訊協(xié)議為TCP/IP，即通用的LonWorks，方式采用支持分布式控制，監(jiān)測工作站作為前端用戶訪問和處理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，主要任務(wù)是實時監(jiān)測各個監(jiān)測點水庫水位、水壓、滲流、流量、揚壓力等，用無線傳感網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸，在計算機上用數(shù)據(jù)模式或圖形模式反映出來，實時掌控整個水庫大壩各項變化情況，特殊數(shù)據(jù)實行聲光報警；自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括監(jiān)測站傳感器數(shù)據(jù)采集儀、庫區(qū)網(wǎng)絡(luò)、中控制控制系統(tǒng)；監(jiān)測中心站分布在大壩右壩頭的水庫管理站內(nèi)，主要由監(jiān)測服務(wù)器、監(jiān)測工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機組成，所有裝置通過網(wǎng)絡(luò)與水庫管理站內(nèi)的庫區(qū)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相連，以便中控室對安全監(jiān)測系統(tǒng)進行控制，將監(jiān)測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)和其它信息資料存放在數(shù)據(jù)庫中，使數(shù)據(jù)庫運行在監(jiān)測服務(wù)器上，實現(xiàn)資源共享。

3 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

3.1 對大壩壩坡布設(shè)點進行變形觀測

在大壩壩坡表面進行變形觀測，沿壩軸線布置表面平均分布4個觀測點，23個表面變形標點和2個校核基點，進行變形斷面。對大壩內(nèi)部進行變形觀測，布置4個觀測斷面，每個觀測斷面布置2個觀測孔，埋設(shè)沉降（測斜）管374m，沉降環(huán)75個。對溢洪道進行變形觀測，由于溢洪道穿越塬上黃土山梁，開挖深度大，兩岸高邊坡變形需重點監(jiān)測，每個閘墩和泄槽兩側(cè)以及左岸邊坡各布置1個變形觀測點，右岸山體布置觀測基點2個。各測點水平位移和豎向位移觀測共用，安裝專用基座，采用全站儀進行觀測，沉降采用沉降儀進行觀測，水平位移采用測斜儀進行觀測。

3.2 對大壩布設(shè)點進行滲透觀測

對大壩進行壓力監(jiān)測，布置3個觀測斷面，鉆孔11個，埋設(shè)壓力計23只，繞壩滲流監(jiān)測在左右壩肩各布置6個鉆孔，埋設(shè)滲壓計12只，大壩滲流在下游壩腳高三角量水堰1座，安裝1臺堰上水位計，用以監(jiān)測壩體滲流壓力、分布及浸潤線；五是對溢洪道進行滲流觀測。沿軸線布置1個縱斷面，坑試埋設(shè)滲壓計6只；對輸水洞、泄洪底洞進行滲漏觀測。沿泄洪底洞、輸水洞軸線靠大壩一側(cè)離開外壁1~2m處各布設(shè)2~3個鉆孔，每個鉆孔在兩洞附近埋設(shè)滲壓計1只；七是對庫水位與下游進行水位觀測，在泄洪底洞放水塔外設(shè)置豎井，安裝水位計一套，接入自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

3.3 對大壩重點部位布設(shè)點進行部位觀測

在溢泄道每扇閘門以及泄烘洞、輸水洞、泄洪底洞進水口處各設(shè)閘位計1套，用以觀測出庫流量和泄洪流量；對水庫周邊環(huán)境進行量觀測，在壩右MUC房頂設(shè)置雨量計1只進行降雨量觀測，觀測資料納入大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，在壩右MUC房頂設(shè)置氣壓計1只和氣溫計1只，用于觀測壩址大氣壓力和溫度。

3.4 在壩址布設(shè)點進行監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

在大壩左右岸、輸水洞閘室各布置1處圖像監(jiān)視云臺，對水庫壩面附近情況與輸水洞閘門進行圖像視；在水庫管理站建設(shè)MCU房和監(jiān)控主房，在大壩左右岸各高約為10m2的大壩測控單元，監(jiān)控主站設(shè)在大壩左岸渠首管理站內(nèi)，配備220V50Hz交流穩(wěn)壓電流，配備空氣調(diào)節(jié)和防塵設(shè)施，確保系統(tǒng)主機正常運行。

4 大壩安全監(jiān)測與分析

4.1 做好觀測資料的整編工作

資料整編是監(jiān)測工作的一項經(jīng)常性工作，做好平時資料的整編，重點是查證原始監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性與準確性，在平時資料整理的基礎(chǔ)上，按規(guī)定時段對監(jiān)測資料進行全面整理、匯編和分析，并附以簡要安全分析意見和編印說明后刊印成冊。在整編中，做好技術(shù)審查的完整性，整編資料的內(nèi)容、項目、測次等是否齊全，各類圖表的內(nèi)容、規(guī)格、符號、單位以及標注方式和編排順序是不符合規(guī)定要求等；同時做好技術(shù)審查的連續(xù)性，各項監(jiān)測資料整編的時間與前次整編是否銜接，整編圖所選工程部位、測點及坐標系統(tǒng)與歷次整編是否一致；使資料技術(shù)的合理性。各監(jiān)測物理量的計（換）算和統(tǒng)計是否正確、合理、特征值數(shù)據(jù)有無遺漏、謬誤，有關(guān)圖件是否準確、清晰，以及工程性態(tài)變化是否符合一簽名冊規(guī)律。并對做好資料整編說明的審查，主要審查整編說明是否符合規(guī)定內(nèi)容，尤其是注重工程存在的問題、分析意見和處理措施是否正確，以其說明其他事項有無遺漏。

4.2 做好監(jiān)測資料的分析

原始的監(jiān)測成果只展示大壩的直觀表象，深刻揭示規(guī)律和做出判斷，從繁多的監(jiān)測數(shù)據(jù)中找出關(guān)鍵問題，還必須對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行檢驗、剖析、提煉和概括。監(jiān)測資料的采集和整編，對監(jiān)測資料的預處理，既對原始資料的可靠性和正確性進行檢查，然后對誤差的剔除或修正、缺測值的插補、資料的修勻等，所有預處理工作一般不對原始監(jiān)測數(shù)據(jù)進行修改；對監(jiān)測資料中物理量的換算。監(jiān)測儀器的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)只是需要監(jiān)測的物理量的中間成果，需要根據(jù)臨測儀器的系數(shù)、計算方法與儀器的種類、安裝方法進行適當?shù)膿Q算后才能得到需要監(jiān)測的物理量；通過繪制測值過程線、繪制測值分布圖、繪制相關(guān)圖以及影響因素分析等方法進行監(jiān)測資料的定性分析；通過滲流、變形、應力應變等方法和步驟對某一類監(jiān)測數(shù)據(jù)子項目中的物理量進行分析；在對監(jiān)測數(shù)據(jù)初步分析和影響因素分析的基礎(chǔ)上，建立各種數(shù)學模型，如統(tǒng)計模型、確定性模型、混合性模型和分布模型等，根據(jù)建立的各種數(shù)學模型，可以實時監(jiān)控在不同外界條件下，測值的變化趨勢和范圍，根據(jù)各物理量實測值與模型計算值的吻合程度，反過來進一步修正模型，從而提高模型的精度，以便能更準確地反映大壩的工況；對大壩安全進行綜合綜合評估，重點是對其應力、變形及穩(wěn)定性進行分析，對大壩的結(jié)構(gòu)安全和滲流安全進行綜合評價。

5 結(jié)語

桃曲坡大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)投入運行后，進入汛期后，水庫利用安全監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)雨情、水情，對入庫洪水分步驟進行合理調(diào)節(jié)，使大壩壩面合理受水,同時在水庫洪水調(diào)度中，由于利用安全監(jiān)測系統(tǒng)，可以二十四小時對大壩安全狀況進行全方位監(jiān)測，減少了管理人員對壩體巡查，節(jié)省管理經(jīng)費，提高大壩自身的安全系數(shù)。