水利樞紐工程大壩安全監(jiān)測方式研究

楊亞峰

摘 要： 為了保證水利樞紐工程大壩安全運(yùn)行得到有效保障，必須對整個大壩進(jìn)行有效的安全監(jiān)測，因此監(jiān)測方式就需要結(jié)合大壩情況進(jìn)行有效選擇，本文針對大壩安全監(jiān)測具體項(xiàng)目進(jìn)行分析，了解安全監(jiān)測所涉及的方面，從而進(jìn)行科學(xué)管理，提高安全監(jiān)測的水平。

關(guān)鍵詞： 水利樞紐;大壩;安全監(jiān)測

【中圖分類號】TV698.1 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.259

前言：安全監(jiān)測是對大壩運(yùn)行情況的有效監(jiān)控手段之一，主要是對大壩運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行收集、記錄、整編分析，進(jìn)而進(jìn)行科學(xué)評估，確保大壩的安全運(yùn)行，在日常的監(jiān)測中及時準(zhǔn)確獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，就可以有效的避免重大安全事故的發(fā)生。因此，安全監(jiān)測工作不容忽視。

1 大壩安全監(jiān)測的重要意義

水庫大壩是重要的水利工程之一，易受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)的荷載以及地震荷載、建壩材料等各種因素的影響，在大壩長時間運(yùn)用后，也會出現(xiàn)一些安全隱患，如大壩發(fā)生變形、出現(xiàn)裂縫、滲流異常等現(xiàn)象，這些問題必須進(jìn)行及時的發(fā)現(xiàn)和解決，才能有效的避免大壩的運(yùn)行安全嚴(yán)重問題，減少不必要的損失，因此對大壩的進(jìn)行必要的安全監(jiān)測手段，及時獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)便顯得尤為重要。

2 水利樞紐工程大壩的幾個重要安全監(jiān)測項(xiàng)目

大壩安全監(jiān)測主要是通過巡視檢查和儀器觀測對水庫大壩基礎(chǔ)、大壩表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大壩兩岸連接段、以及周邊環(huán)境量的監(jiān)測，主要包括以下幾個重要監(jiān)測項(xiàng)目：

2.1 巡視檢查。巡視檢查分為日常檢查、年度檢查、特殊檢查三類，主要包含壩體檢查（含壩頂、迎水面護(hù)坡、下游護(hù)坡及壩址檢查）、壩基和壩區(qū)檢查（含基礎(chǔ)排水、壩址近區(qū)、壩肩等）、輸泄水洞檢查、溢洪道檢查、閘門及啟閉機(jī)檢查、近壩岸坡檢查等內(nèi)容。

2.2 變形監(jiān)測。變形監(jiān)測分為垂直位移、水平位移觀測兩個項(xiàng)目，主要對壩體、壩基表面變形和壩體內(nèi)部變形觀測。變形監(jiān)測對監(jiān)測位置的構(gòu)建，根據(jù)大壩監(jiān)測位置制定大壩監(jiān)測方式，隨后構(gòu)建高程監(jiān)測或者平面監(jiān)測控制網(wǎng)等，這樣可以實(shí)現(xiàn)大壩的整體監(jiān)控，也可以為大壩的垂直監(jiān)測和平面監(jiān)測提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2.3 滲流監(jiān)測。滲流監(jiān)測主要為滲流壓力、滲流量，對壩體、壩基的滲水壓力、滲水流量進(jìn)行觀測。大壩擋水運(yùn)行后，在水頭作用下，必然產(chǎn)生滲流現(xiàn)象。在滲流處于穩(wěn)定狀態(tài)時，其滲流量將與水頭的大小保持穩(wěn)定的相應(yīng)變化，滲流量在同樣水頭作用下的顯著增加和減少， 都意味著滲流穩(wěn)定的破壞或排水設(shè)備的失效。因此進(jìn)行滲流量觀測，對于判斷滲流是否穩(wěn)定，掌握防滲和排水設(shè)施工作是否正常，具有很重要的意義。

2.4 環(huán)境量監(jiān)測。環(huán)境量監(jiān)測內(nèi)容主要包括上下游水位、庫水溫氣溫、降水量、下游塘水位等項(xiàng)目，用于監(jiān)測庫區(qū)上下游水位、庫區(qū)水溫、氣溫、降水量和下游塘水位，以此組成環(huán)境量測值集合，用來與變形監(jiān)測數(shù)據(jù)和滲流量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，進(jìn)而分析影響大壩安全運(yùn)行的各種影響因子的變化情況，促進(jìn)大壩安全運(yùn)行管理。

3 水利樞紐工程大壩安全監(jiān)測的的方式

大壩安全監(jiān)測項(xiàng)目的設(shè)置要保證對整體建筑物進(jìn)行全面監(jiān)控，能實(shí)時了解建筑監(jiān)測值的變化規(guī)律，監(jiān)測儀器選擇要保證穩(wěn)定性，觀測方法保證簡單有效，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，現(xiàn)在各監(jiān)測項(xiàng)目最常用的監(jiān)測方式有人工觀測和自動化觀測兩種。

3.1 巡視檢查

3.1.1 人工觀測方式。巡視檢查一般以兩人為一組，采用眼看、耳聽、手摸、鼻嗅、腳踩等方式，配以鋼卷尺等簡單工具對大壩工程表面和異?，F(xiàn)象進(jìn)行巡視檢查，發(fā)現(xiàn)水庫大壩存在的隱患，做好記錄，及時報告，有效的促進(jìn)大壩安全運(yùn)行。

3.1.2 自動化觀測方式。自動化巡視檢查目前的手段還比較單一，主要是通過大壩安全監(jiān)控設(shè)備配以無人機(jī)現(xiàn)場檢查來實(shí)現(xiàn)自動巡視檢查。另也有不少水庫管理單位采用手持式自動化終端設(shè)備，配以人工現(xiàn)場巡查實(shí)時上報檢查情況實(shí)現(xiàn)半自動化巡視檢查的方式。

3.2 變形監(jiān)測

3.2.1 人工觀測方式。垂直位移主要通過精密水準(zhǔn)儀采用精密水準(zhǔn)線路或三角高程測量兩種方法進(jìn)行測量獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)。水平位移主要通過經(jīng)緯儀采用視準(zhǔn)線、小角度、前方交會、極坐標(biāo)等多種測量方法，在工作基點(diǎn)對壩體測量基點(diǎn)進(jìn)行觀測獲得水平位移觀測數(shù)據(jù)。通過人工測量的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)精度較高，可靠性較好。

3.2.2 自動化觀測方式?，F(xiàn)在變形監(jiān)測自動化程度不高，水平位移監(jiān)測主要通過引張線和測量機(jī)器人兩種方法實(shí)現(xiàn)自動化模式，引張線法是通過工程區(qū)外兩端設(shè)置垂線儀為基準(zhǔn)點(diǎn)，讀取各測點(diǎn)內(nèi)碳纖維上下游變化值確定水平位移值;垂直位移多采用靜力準(zhǔn)法實(shí)現(xiàn)自動化模式，原理是通過在工程區(qū)外兩端設(shè)置的倒垂線作為基準(zhǔn)點(diǎn)，然后根據(jù)連通器原理通過工程區(qū)內(nèi)各測點(diǎn)裝置內(nèi)液體液面的變化來獲得垂直位移監(jiān)測數(shù)據(jù)。另隨著GPS和GNSS北斗系統(tǒng)的不斷升級和完善，越來越多的GPS和GNSS設(shè)備被用在現(xiàn)代的變形監(jiān)測工作中，通過在測點(diǎn)和測段設(shè)置接收天線和基站接收機(jī)再配置相應(yīng)的傳輸電纜、轉(zhuǎn)換器等配件，實(shí)時接收衛(wèi)星信號，根據(jù)測點(diǎn)不同的位置，實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測自動化。

3.3 滲流與環(huán)境量監(jiān)測。滲流監(jiān)測在混凝土壩的觀測設(shè)施設(shè)在基礎(chǔ)廊道，土石壩的滲流量都在壩趾滲水匯集處觀測，滲壓測點(diǎn)則根據(jù)具體壩型布置在壩體浸潤線下面或趾板后等部位。

3.3.1 人工觀測方式。滲流監(jiān)測主要對揚(yáng)壓力管、測壓管和滲流量進(jìn)行監(jiān)測。揚(yáng)壓力通過人工讀取測壓表數(shù)值并轉(zhuǎn)換為揚(yáng)壓力值;測壓管通過測錘測量管內(nèi)液面高度，根據(jù)管口高程計(jì)算管水位;滲流量測量有兩種方法：一是采用容積法，人工記錄一定時間內(nèi)的滲透水量計(jì)算滲流量;二是采用量水堰法，人工讀取水尺讀數(shù)，根據(jù)滲透水溫轉(zhuǎn)換計(jì)算滲流量。上述幾種滲流監(jiān)測方法是目前大多數(shù)水庫管理單位人工觀測時普遍采用的方式，采集的頻次較少，精度較低，但數(shù)據(jù)較可靠。

3.3.2 自動化觀測方式。由于滲流監(jiān)測自動化技術(shù)已經(jīng)比較成熟，成本較低，現(xiàn)在滲流監(jiān)測自動化程度較高，揚(yáng)壓力管與測壓管在管內(nèi)安裝測壓計(jì)，通過光纖傳輸?shù)讲杉K并導(dǎo)入采集系統(tǒng)記錄保存在相應(yīng)計(jì)算機(jī)中，可以快速的實(shí)現(xiàn)滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、記錄與整編分析;滲流量的采集一般在量水堰內(nèi)設(shè)置堰流計(jì)，通過光纖或者無線傳輸?shù)讲杉K與系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)時采集滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)。另環(huán)境量監(jiān)測現(xiàn)在基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化全覆蓋，通過在工程區(qū)設(shè)置氣溫計(jì)、水位計(jì)、雨量筒等自動化設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，越來越多的監(jiān)測項(xiàng)目在數(shù)據(jù)采集、記錄、整編分析等過程中逐步實(shí)現(xiàn)了自動化管理，充分保證對整個大壩進(jìn)行全面監(jiān)控，有力的提高了水庫大壩的管理水平。

結(jié)束語：綜上所述，安全監(jiān)測工作是水利樞紐工程大壩質(zhì)量監(jiān)管的重要保障。要不斷加強(qiáng)安全監(jiān)測工作力度，對大壩的整體運(yùn)行情況進(jìn)行全面的監(jiān)管，確保問題能夠及時發(fā)現(xiàn)，采取合理的措施來有效解決，保證水利樞紐工程能夠安全運(yùn)行。

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