平原水庫大壩安全監(jiān)測

趙玉芹，賈忠清 ，黃九權(quán)，趙玉亭

（1．天津市引灤工程爾王莊管理處，天津 301802；2．天津普澤工程咨詢有限責(zé)任公司，天津 300204）

平原水庫大壩安全監(jiān)測

趙玉芹1，賈忠清1，黃九權(quán)1，趙玉亭2

（1．天津市引灤工程爾王莊管理處，天津 301802；2．天津普澤工程咨詢有限責(zé)任公司，天津 300204）

做好水庫大壩安全監(jiān)測工作是確保水庫大壩安全運行的重要措施，通過對平原水庫基本特征的描述，總結(jié)了平原水庫大壩安全監(jiān)測工作應(yīng)注意的幾方面問題、項目設(shè)置原則。探討了平原水庫自動化監(jiān)測系統(tǒng)組成、原理。

平原水庫；大壩；安全監(jiān)測

對大壩進行安全監(jiān)測可以及時地掌握大壩的工作性態(tài)，為評價大壩安全狀況提供依據(jù)，從而制定適當(dāng)?shù)乃畮炜刂七\用計劃及大壩維護措施以保障大壩安全，在發(fā)生險情時還可以發(fā)布警報以減免事故損失。因此，大壩安全監(jiān)測是保證大壩安全的重要措施，同時還具有校核設(shè)計和改進施工的作用。

平原水庫系在平原地區(qū)的河道、湖泊、洼淀的出口處修建的蓄水工程，由于平原水庫自身的特征，平原水庫大壩安全監(jiān)測工作必須根據(jù)平原水庫的特征和實際情況，按照確保水庫大壩安全運行的原則確立監(jiān)測項目開展安全監(jiān)測工作。

1 平原水庫的基本特征

平原水庫是相對于山丘區(qū)水庫而言的，一般位于大江、大河下游沖擊平原地區(qū)。平原水庫相對于山丘區(qū)水庫有其獨有的特征。由于沒有有利的地形條件可利用，需要沿水庫四周修筑一個封閉的土壩，因此壩軸線很長，相對于山谷水庫來說，一般平原水庫壩長約10～50km，而山谷水庫壩長一般約0．08～0．2km，相差50～500倍。

由于壩線較長，占地面積大，水面吹程長，造成的風(fēng)浪爬坡引起的越浪 （風(fēng)浪順迎水坡爬升挑起越過壩頂落在背水坡的現(xiàn)象）問題難以解決，因而一般壩高為2～8m，超過10m壩高的平原水庫工程很少見。平原水庫大多坐落在濱海或低洼沼澤且缺少礫石料地區(qū)，所修筑的土壩一般為土壩，迎水坡坡比一般在1∶2．5～1∶3．0，土壩斷面較大。 平原水庫表層的黏土及亞黏土較薄，下部一般為滲透系數(shù)較大的粉細(xì)砂，其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)不滿足筑壩要求。遠(yuǎn)距離取土花費很大，同時，由于基礎(chǔ)存在的滲漏問題而不能把壩筑得過高，而且還要防止周圍地區(qū)次生鹽漬化。平原水庫一般沒有發(fā)電任務(wù)。

平原水庫大壩的基本特征決定了平原水庫大壩與山區(qū)水庫大壩安全監(jiān)測有很大不同，大壩安全管理的首要任務(wù)必須確保大壩安全，對平原水庫出現(xiàn)的隱患，采取必要的補救措施。

2 平原水庫監(jiān)測項目的設(shè)置

由于平原水庫的特點是壩體特別長，而壩體高度又不大，因此監(jiān)測項目的設(shè)置必然有其特點，我們要按照確保水庫大壩安全的基本原則，根據(jù)水庫工程的實際情況設(shè)置適合工程實際的監(jiān)測項目，為水庫安全管理工作服務(wù)。

大壩安全監(jiān)測實際上包含巡視檢查和儀器觀測。

2．1 巡視檢查

對于平原水庫來說，由于壩體（或稱圍堤）很長，壩體又不高，而庫容相對較小，受資金和觀測條件等因素的限制，單靠儀器觀測是不現(xiàn)實的，況且儀器監(jiān)測也有一定的局限性和缺陷，而水庫安全管理又要求水庫安全不能出現(xiàn)任何潰壩事故。因此，重視和加強巡視檢查工作，是彌補儀器監(jiān)測不足不可替代的重要手段，通過不斷巡視檢查逐步了解好發(fā)現(xiàn)壩體存在缺陷或隱患的部位和地點，進而有針對性地開展專題分析研究，及時采取有效措施，避免隱患的發(fā)展和擴大，確保大壩安全。

巡視檢查是平原水庫安全監(jiān)測最好、最有效的監(jiān)測方式，采用這種方式所產(chǎn)生的效果全面、直觀、及時、可靠。

巡視檢查是通過常規(guī)方法和特殊方法對工程進行檢查，常規(guī)方法是通過眼看、耳聽、手摸、鼻嗅、腳踩等直觀方法，或輔以錘、釬、鋼卷尺、放大鏡、石蕊試紙等簡單工具對工程表面和異常現(xiàn)象進行檢查；特殊方法是采用開挖探坑 （或槽）、探井、鉆孔取樣或孔內(nèi)電視、向孔內(nèi)注水試驗、投放化學(xué)試劑、潛水員探摸或水下電視、水下攝影或錄像等方法，對工程內(nèi)部、水下部位或壩基進行檢查。巡視檢查必須是由熟悉水庫大壩情況、相對穩(wěn)定的管理人員參加。

2．2 儀器觀測

2．2．1 變形

平原水庫水平位移監(jiān)測應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定監(jiān)測項目，由于平原水庫大壩許多都高出庫區(qū)周圍其他地面參照物，并且壩軸線長，庫區(qū)周圍幾乎沒有能利用的地形，也很少或沒有建筑物，視準(zhǔn)線和參考基點一般都面臨一定困難，采用視準(zhǔn)線法和前方交匯法開展水平位移監(jiān)測面臨一定困難。

全站儀、航空攝影測量、全球定位系統(tǒng)（GPS）對于平原水庫大壩水平位移觀測來說都是可供選擇的儀器設(shè)備和監(jiān)測手段，但是這些儀器受自身精度條件的限制及平原水庫過長堤壩因素的影響，其觀測精度距離大壩安全監(jiān)測要求還有一定差距，監(jiān)測結(jié)果僅供參考。

在平原水庫設(shè)置水平位移觀測項目也可采用相對方式進行，即以某段（但不能太長）認(rèn)為有必要進行水平位移觀測的作為觀測段，以其他壩段或周圍其他參照物作為基點或基線，對該壩段進行水平位移觀測，這樣取得的觀測成果也能間接反映壩體位移狀況。

2．2．2 滲流

滲流問題是影響土壩安全的最主要問題，因此對于平原水庫來說滲流監(jiān)測特別重要。滲流監(jiān)測主要包括滲流量、壩基滲流壓力、壩體滲流壓力、繞壩滲流等內(nèi)容。

（1）滲流量。反映整個水庫或某一壩段的滲透流量，是整個水庫或某一壩段滲流狀況的綜合反映，因此對它的觀測最能反映壩體滲流安全狀況。但是由于平原水庫的特殊性，其下游大多是截滲溝之類的排水設(shè)施，這些截滲溝又有許多是與當(dāng)?shù)剞r(nóng)田溝道相通，截滲溝水量來源受多方面因素影響，包括當(dāng)?shù)氐叵滤谎a充、水庫大壩滲水、當(dāng)?shù)剞r(nóng)田溝道排水等，對截滲溝水量進行觀測很難反映水庫滲水實際情況，所以一些平原水庫滲流量監(jiān)測面臨一定困難。平原水庫滲流量監(jiān)測應(yīng)根據(jù)工程實際情況進行布置，在布置過程中應(yīng)充分利用已有的工程設(shè)施，選擇壩趾排水等工程設(shè)施，盡可能排除當(dāng)?shù)嘏潘⒌叵滤a充的干擾，合理設(shè)計和布置滲流量監(jiān)測。

（2）壩基滲流壓力和壩體滲流壓力。反映壩基或壩體某一點或某一觀測斷面的滲流狀況，它是局部、片面的。對于平原水庫來說，壩基滲流壓力和壩體滲流壓力容易布置。在布置滲流壓力和體滲流壓力觀測斷面時應(yīng)根據(jù)平原水庫實際狀況合理確定觀測斷面數(shù)量，盡可能將觀測斷面布置在壩體最需要的位置。

（3）繞壩滲流。對于平原水庫來說，繞壩滲流一般是指混凝土等剛性建筑物與土石壩的接觸面，布置測點時應(yīng)在接觸輪廓線的控制處設(shè)置觀測鉛直線，沿接觸面不同高程布設(shè)觀測點，以確保觀測能夠反映實際滲流安全狀況。

2．2．3 壓力（應(yīng)力）

土石壩壓力觀測包括：孔隙水壓力、土壓力（應(yīng)力）、接觸土壓力、混凝土面板應(yīng)力等內(nèi)容，它是對壩體或壩基某一點壓力的測量，通過對壓力變化的觀測，可以反映壩體某一部位的安全監(jiān)測，進而判斷壩體安全狀況。對于平原水庫來說由于壩體太長，一般很少布置，實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)平原水庫安全監(jiān)測需要加以布置。

2．2．4 水文、氣象

水文、氣象觀測是平原水庫進行的觀測項目。水文觀測包括進庫流量、流速、水庫上下游水位、水溫、波浪等；氣象觀測包括降雨量、氣溫、風(fēng)向風(fēng)速、濕度、蒸發(fā)等，通過水文、氣象觀測可以全面了解水庫水文、氣象狀況，進而為水庫安全管理、提高科學(xué)管理水平提供服務(wù)。

2．2．5 其他

包括地震、水流等。這些項目的確立要根據(jù)平原水庫工程所在的位置，工程設(shè)施的工作狀況，按照《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》要求進行布置。

3 平原水庫自動化監(jiān)測

大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)是針對水庫大壩的變形、位移、滲壓、溫度等進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、分析處理，系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，既可為用戶在線分析提供決策依據(jù)，也可提交給有關(guān)的上層結(jié)構(gòu)分析軟件做進一步處理。

平原水庫自動化監(jiān)測設(shè)計要充分考慮到平原水庫的特殊性，因地制宜，充分利用已有的科技手段，合理確定觀測項目和觀測儀器布置。

3．1 自動化監(jiān)測系統(tǒng)

自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器、電纜、監(jiān)測分站、光纖、監(jiān)測總站、網(wǎng)絡(luò)通訊連接和安全監(jiān)測系統(tǒng)軟、硬件組成。傳感器（即壓阻式高精度揚壓力計）通過信號電纜與揚壓力數(shù)據(jù)采集單元（監(jiān)測分站）相連，光纖將數(shù)據(jù)采集單元所采集的信號傳輸?shù)奖O(jiān)控管理中心（監(jiān)測總站），從而實現(xiàn)大壩安全自動化監(jiān)測。

自動化監(jiān)測分站主要設(shè)有數(shù)據(jù)采集單元（DAU），每一個數(shù)據(jù)采集單元的布置是根據(jù)其監(jiān)控滲流測點數(shù)量多少和距離確定的。每一個數(shù)據(jù)采集單元對所轄監(jiān)測儀器按工控機的命令或設(shè)定的時間自動進行監(jiān)測，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，暫存在數(shù)據(jù)采集單元中。各個數(shù)據(jù)采集單元中的數(shù)字量由光端機通過光纖并根據(jù)工控機的命令向主機傳送所測數(shù)據(jù)。

自動化監(jiān)測總站主要包括服務(wù)器、微機工作站、工控機、不間斷電源、防雷凈化電源、調(diào)制解調(diào)器（MODEM）和安全監(jiān)測管理系統(tǒng)等。監(jiān)測總站負(fù)責(zé)同現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元和遠(yuǎn)端上級主管部門進行數(shù)據(jù)通訊，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)的安全管理工作。

大壩自動化監(jiān)測的內(nèi)容和測點布置可根據(jù)平原水庫所在地的情況及水庫大壩的具體條件確定。

3．2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

3．2．1 在線分析系統(tǒng)

這一部分的功能可以鑲嵌在實時監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中。在在線分析系統(tǒng)中，可以利用原始的監(jiān)測數(shù)據(jù)建立回歸模型，對大壩的情況進行快速評估和預(yù)報。這一系統(tǒng)建立的意義主要在于可以最快的速度了解大壩目前的安全狀況，對一些特殊的演變和變化現(xiàn)象進行及時的跟蹤分析。

3．2．2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的作用是對所采集到的數(shù)據(jù)進行詳細(xì)地分析和處理。這一部分包括：①數(shù)據(jù)可靠性驗證，對采集到的數(shù)據(jù)進行驗證，剔除異常數(shù)據(jù)，保證用于分析計算的數(shù)據(jù)的可靠性；②數(shù)據(jù)的整理和圖形繪制，包括過程線和庫水位的繪制。③回歸模型庫，用戶只要通過選擇相應(yīng)的測點和時間段，系統(tǒng)就會根據(jù)要求進行多元回歸運算，得到多元回歸模型。可以根據(jù)用戶對模型的滿意程度與否來選擇是否保存模型進入模型庫。這一系統(tǒng)建立的意義在于對采集到的數(shù)據(jù)進行歸納整理，為大壩的安全評估和進一步的科學(xué)研究提供依據(jù)。

［1］SL 60—94，土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］劉大義，胡建忠．工程安全監(jiān)測技術(shù)［M］．北京：水利水電出版社，2007．

［3］謝云敏．水電站計算機監(jiān)控技術(shù)［M］．北京：水利水電出版社，2006．

［4］世界水壩委員會報告．水壩與發(fā)展［M］．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2005．

［5］吳世勇，陳建康，鄧建輝．水電工程安全監(jiān)測與管理［M］．北京：水利水電出版社，2009．

［6］趙志仁．大壩安全監(jiān)測設(shè)計［M］．鄭州：黃河水利出版社，2003．

［7］中國水利水電出版社．水庫大壩安全評價導(dǎo)則［M］．北京：中國水利水電出版社，2007．

［8］陳生水，霍家平．新疆引額濟烏工程500水庫大壩施工期原型觀測及資料分析［R］．南京水利科學(xué)研究院，2005．

Safety monitoring in the Plain reservoir dam

ZHAO Yu－qin1，JIA Zhong－qing1，HUANG Jiu－quan1，ZHAO Yu－ting2
（1．Luan River to Tianjin Project Management Office Erwangzhuang，Tianjin301802，China；2．Tianjin Fusawa Engineering Consulting Co．，Ltd．Tianjin300204，China）

The well reservoir dam safety monitoring is an important measure to ensure the safe operation of dam reservoir，By describing the basic features of plain reservoir，summed up several aspects of problems and the principles of project setting the plain reservoir dam safety monitoring should pay attention to．Discusses the composition and principle of automatic monitoring system in plain reservoir.

Plain reservoir；dam；safety monitoring

TV697．1

A

1672-9900（2010）05-0076-03

2010－08－13

趙玉芹（1979－），女（漢族），天津?qū)氎嫒耍こ處煟饕獜氖鹿こ坦芾砉ぷ鳎═el）13821754821。