黃壁莊水庫大壩安全監(jiān)測(cè)綜述

董文鵬

（河北省黃壁莊水庫管理局，石家莊 050224）

黃壁莊水庫大壩安全監(jiān)測(cè)綜述

董文鵬

（河北省黃壁莊水庫管理局，石家莊 050224）

結(jié)合黃壁莊水庫樞紐工程運(yùn)行50年，特別是除險(xiǎn)加固10年以來，針對(duì)大壩及建筑物安全所進(jìn)行的監(jiān)測(cè)工作，綜述了黃壁莊水庫大壩安全監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，取得的成果，并對(duì)工程管理、安全監(jiān)測(cè)方面客觀存在的問題，提出了解決建議。

大壩監(jiān)測(cè)；安全運(yùn)行；監(jiān)測(cè)設(shè)備；數(shù)學(xué)模型

1 概述

黃壁莊水庫是一座以防洪為主，兼灌溉、發(fā)電、城市供水、環(huán)境供水等任務(wù)的大（I）型水利樞紐工程，總庫容12.1億m3，是海河南系重要的控制性工程。水庫樞紐工程包括主壩、副壩、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道、電站重力壩、靈正渠電站等。建庫50年來，水庫工程發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在防洪保安方面，發(fā)揮了巨大的調(diào)洪、錯(cuò)峰、攔蓄作用，特別是“96·8”大洪水將最大洪峰流量由12600m3/s，削減至3650m3/s，削減洪峰71%，減免下游經(jīng)濟(jì)損失近150億元，為實(shí)現(xiàn)河北省委提出的“四保”，發(fā)揮了龍頭保障作用。

黃壁莊水庫除險(xiǎn)加固以來，工程觀測(cè)設(shè)施大幅增加，觀測(cè)項(xiàng)目齊全，覆蓋面擴(kuò)大，制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測(cè)制度，獲取了大量的監(jiān)測(cè)成果，基本掌握了水庫大壩及各建筑物的運(yùn)行規(guī)律。

2 工程觀測(cè)成果在水庫工程管理中的應(yīng)用

自建庫以來，通過觀測(cè)資料，取得了較高水平的觀測(cè)成果，為水庫的安全管理、防洪調(diào)度運(yùn)用、除險(xiǎn)加固等提供了科學(xué)依據(jù)。

2.1 驗(yàn)證了除險(xiǎn)加固效果

觀測(cè)資料反映，黃壁莊水庫除險(xiǎn)加固之前，壩后存在滲透穩(wěn)定問題，副壩是所有建筑物中存在問題最多、最嚴(yán)重、危險(xiǎn)性最大的建筑物。為解決副壩存在的問題，除險(xiǎn)加固工程采取了垂直混凝土防滲墻措施。

在除險(xiǎn)加固之前副壩上游鋪蓋，歷年裂縫嚴(yán)重，1990年整個(gè)副壩鋪蓋裂縫總長達(dá)5220m，有44條裂縫垂直壩腳，其中30條進(jìn)入壩體，樁號(hào)1+200處裂縫進(jìn)入壩體達(dá)12m。“96·8”大洪水后，鋪蓋裂縫最寬達(dá)50.74mm。經(jīng)過除險(xiǎn)加固以后，2004年水庫運(yùn)行最高庫水位119.57m，2010年庫水位109.70m時(shí)，副壩上游鋪蓋露出，對(duì)上游鋪蓋進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)副壩防滲墻段鋪蓋裂縫完全消失。

副壩防滲墻完工后，對(duì)除險(xiǎn)加固前后的觀測(cè)資料數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出，除險(xiǎn)加固后壩后滲壓水頭較除險(xiǎn)加固前幾乎都有10m以上的下降，并且壩體未形成浸潤線。表明副壩防滲墻的防滲效果顯著。

2.2 為庫水位動(dòng)態(tài)控制提供了有力支持

由于水庫長期堅(jiān)持工程觀測(cè)及資料整編分析工作，不但驗(yàn)證了除險(xiǎn)加固效果明顯，而且掌握了水庫工程安全性態(tài)以及來水用水規(guī)律，最終在省防辦支持下，水庫汛限水位由114m調(diào)整至115m，汛期增加調(diào)蓄能力0.4億m3，使水庫做到了減少棄水、余水多用，在保證安全的前提下，充分發(fā)揮了工程效益。

2.3 為工程日常運(yùn)行和安全度汛提供了科學(xué)依據(jù)

黃壁莊水庫工程監(jiān)測(cè)和資料整編分析，經(jīng)過大量監(jiān)測(cè)資料積累及客觀的判別和查定，給日常運(yùn)行和管理提供了寶貴的資料和依據(jù)。副壩高噴灌漿段、塌坑段就是通過除險(xiǎn)加固過程中及之后監(jiān)測(cè)資料的對(duì)比分析，確定的“薄弱部位”，成為工程日常運(yùn)行和防汛期間的重點(diǎn)監(jiān)控部位，并對(duì)其提前制定有針對(duì)性的工程險(xiǎn)情處理措施。

2.4 監(jiān)測(cè)了大壩的安全運(yùn)行

通過日常工程監(jiān)測(cè)，使大壩在嚴(yán)密監(jiān)視下運(yùn)行，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。2007年對(duì)副壩422減壓井監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)井水位突升了2m左右。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘和觀測(cè)資料分析，查明是前一日突降暴雨，減壓井預(yù)制管節(jié)拼接處出現(xiàn)裂縫，地面積水通過裂縫滲入使井水位突升，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并查明了原因，排除了工程存在安全隱患的可能。

3 存在的問題及對(duì)策

黃壁莊水庫除險(xiǎn)加固已有近10年時(shí)間，在工程設(shè)施、監(jiān)測(cè)及資料分析方面客觀地存在一些問題。

3.1 資料分析

觀測(cè)資料以經(jīng)驗(yàn)分析為主，采用觀測(cè)值過程線、分布圖等相關(guān)分析結(jié)果的定性解釋。這種方法較易發(fā)現(xiàn)問題，簡(jiǎn)單方便，易于掌握，但定性分析相比定量分析不夠嚴(yán)密。對(duì)黃壁莊水庫重力壩表面垂直位移進(jìn)行定性分析時(shí)，普遍認(rèn)為引起位移變化的原因主要是庫水位和溫度，但通過定性分析不能解釋歷年豎向位移點(diǎn)的變化性態(tài)。筆者在2012年將各測(cè)點(diǎn)豎向位移采用逐步回歸剔除法進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，除一個(gè)點(diǎn)位移能與時(shí)效和溫度建立回歸方程外，其他各點(diǎn)只能與時(shí)效因子建立回歸方程。因此認(rèn)為重力壩豎向位移是庫水位、溫度引起的，值得商榷。

在今后進(jìn)行資料分析時(shí)，應(yīng)將定性分析與定量分析結(jié)合起來，對(duì)各測(cè)點(diǎn)建立獨(dú)立的數(shù)學(xué)模型，就能夠深層次揭示因變量和效應(yīng)量之間的關(guān)系，可使觀測(cè)分析成果更具科學(xué)性。

3.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

黃壁莊水庫除險(xiǎn)加固后開展了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，且工程監(jiān)測(cè)點(diǎn)多、面廣、線長，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)量十分龐大，但數(shù)據(jù)的加工分析只限于實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)，不能做深一步的分析和預(yù)警，這就造成了大量觀測(cè)數(shù)據(jù)的閑置浪費(fèi)。另外，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于雷擊或自身運(yùn)行的不穩(wěn)定，造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性、連續(xù)性與工程管理安全運(yùn)行的要求還有一定差距。建議對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適時(shí)升級(jí)改造，以提高自動(dòng)化水平。

3.3 監(jiān)測(cè)設(shè)備、儀器的使用

除險(xiǎn)加固以后新增的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和觀測(cè)設(shè)備及分析軟件，觀測(cè)人員只注重使用，對(duì)儀器結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理不太了解，儀器使用中出現(xiàn)問題不易排除，給觀測(cè)工作帶來很大困難。另外新增觀測(cè)設(shè)備儀器使用中故障較多，不易找到維修廠家，維修費(fèi)用較大。

建議對(duì)新儀器設(shè)備加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理，同時(shí)做好新儀器設(shè)備的使用培訓(xùn)。加強(qiáng)工程監(jiān)測(cè)設(shè)施維修、更換的資金預(yù)算管理，確保維修資金及時(shí)到位。

3.4 監(jiān)測(cè)設(shè)施保護(hù)

運(yùn)行10年來，觀測(cè)設(shè)施受人為破壞和觀測(cè)設(shè)施自身使用壽命的影響，而被迫停止監(jiān)測(cè)的情況日趨嚴(yán)重。副壩測(cè)壓管、防滲墻豎向和水平位移監(jiān)測(cè)孔管帽屢遭破壞，小石子等雜物堵塞觀測(cè)孔。副壩防滲墻豎向位移監(jiān)測(cè)孔，由于使用時(shí)間長，大部分觀測(cè)孔出現(xiàn)不同程度的磁環(huán)消磁，使觀測(cè)工作不能正常開展，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集不全，從而導(dǎo)致整編分析時(shí)不能系統(tǒng)全面地分析壩體的變化情況。

建議做好管口部分的保護(hù)密封，防止人為破壞，加強(qiáng)易損易耗件的備料儲(chǔ)存。對(duì)損壞的監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行匯總整理，并注重恢復(fù)后的維護(hù)保養(yǎng)管理。

3.5 人工日常巡視檢查

大壩監(jiān)測(cè)手段的提高易使人產(chǎn)生出依賴性，在思想上容易忽視人工巡視檢查的作用。其實(shí)，大壩安全巡視檢查工作所具有的直觀性特點(diǎn)，是大壩儀器及其自動(dòng)化所不能代替的，堅(jiān)持儀器監(jiān)測(cè)和巡視檢查相結(jié)合的原則，嚴(yán)格執(zhí)行大壩巡檢制度，對(duì)巡檢中出現(xiàn)的問題及時(shí)做出準(zhǔn)確判斷，也是保證大壩安全運(yùn)行的重要手段之一。

4 結(jié)語

50余年來，黃壁莊水庫水利樞紐為保證下游及經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。除險(xiǎn)加固工程實(shí)施10年來，大壩安全監(jiān)測(cè)人員能夠不斷摸索、學(xué)習(xí)，積累了現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行管理的寶貴經(jīng)驗(yàn)，獲得了大量有價(jià)值的監(jiān)測(cè)資料，保證了樞紐工程的安全運(yùn)行。但大壩的老化將客觀存在，管好、用好大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，使樞紐工程在新時(shí)期創(chuàng)造出更大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展成果，是新一代從事大壩運(yùn)行管理人員所肩負(fù)的重任。

［1］趙衛(wèi)，楊定華.工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［2］陳良堤.水利工程管理［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［3］李珍照.大壩安全監(jiān)測(cè)［M］.北京：中國電力出版社，1997.

Gomprehensive Theory of Huangbizhuang Resevoir Dam Safety Monitoring

DONG Wen-peng
（Huangbizhuang Reservoir Administration Bureau of Hebei Province，Shijiazhuang 050224，China）

This article summarized the status quo in dam safety monitoring of Huangbizhuang reservoir，and the results achieved；combined with the monitoring work of dam&building safty in the 50years running of Huangbizhuang reservoir，espacially the recent 10years working in danger control and reinforcemt.It also put forwards some proposals and measures in solving the objective problems existance in project management and security monitoring.

dam monitoring；safe operation；monitoring equipment；mathematical model

TV697

B

1672-9900（2013）01-0085-03

2012-01-13

董文鵬（1982-），男（漢族），河北石家莊人，助理工程師，主要從事水庫大壩安全監(jiān)測(cè)工作，（Tel）13930136565。