水庫工程安全監測系統設計

周凌帆

（江西省貴溪市水利局，江西貴溪335400）

水庫工程安全監測系統設計

周凌帆

（江西省貴溪市水利局，江西貴溪335400）

論文以硬石嶺水庫為例，對水庫除險加固中的溢洪道加固、壩體加固等內容的安全監測方案的設計進行了分析探討，并建立了安全監控系統，提高了大壩的安全管理水平。

水庫；除險加固；安全監測；自動化

1 水庫除險加固工程安全監測的意義及現狀

經調查，當前我國大約有3.2萬座水庫屬于病險水庫。到目前為止，其中相繼出現了3549余座潰壩的情況，其中小型水庫占到了97%，嚴重影響了人們的生命財產安全以及當地的經濟建設。為降低險情的發生率，保證居民的安全，國家出臺的“全國病險水庫除險加固專項規劃”對水庫除險加固提出了指導意見和實施措施。在對水庫進行加固的具體實施過程中進行安全監測是一個非常重要的環節，通過設計對水庫進行全方位科學監測，掌握壩體、壩基及滲流等重要部位的安全質量，這對水庫繼續投入使用后產生經濟和社會效益有著重要的意義。然而由于經濟水平的制約，目前很多中小型水庫受到資金短缺、技術設備落后等各方面條件的影響發展較為緩慢，因而很難滿足現代水利工程安全監測的要求［1］。加強小型水庫的安全質量監測尤為重要。

2 工程案例

圖1 水庫主壩斷面圖

硬石嶺水庫為中型水庫，位于貴溪市鴻塘鎮何家村，水庫的集水面積為42萬km2，最大壩高18.5m，壩頂高程55.5m，溢洪道高程47.4m，正常蓄水量為4640萬m3。水庫主壩斷面圖如下圖。硬石嶺水庫現裝有一些壩體安全監測儀器，主要對大壩的以下項目進行監控：壩體水平位移監測、垂直位移監測、壩體水位線觀測、壩基滲透壓監測、大壩排水道和繞壩滲透量的觀測以及溢洪道的相關安全項目的觀測［2］。

部分監測項目的監測方法為：采用WI L D T 3經緯儀對水平位移進行觀測，通過視準線法進行人工監測；選擇水準測量法通過人工觀測實現對垂直位移的記錄；對壩體浸潤線觀測、壩基滲透壓力觀測、大壩排水體和繞壩滲流觀測以及溢洪道堰基滲透壓力觀測選擇測壓管觀測。

通常情況下，水庫各項目監測所采用的主要是人工方法進行，但由于水庫項目較多，工作量大，數據整理工作較為復雜，采用人工進行觀測可能會出現一定的誤差，因此相應的網絡技術的應用加以輔助可有效的避免人工檢測所存在的弊端，從而使水庫管理工作更為高效化。

3 監測項目的設定

按照水庫除險加固工程項目的相關規定，安全監測項目應包含以下基本內容，即工程變形現象的監測、滲流現象的監測、水位監測以及流量監測等內容。現就硬石嶺水庫除險加固工程項目為例進行探究，在資金滿足條件的基礎上，做好壩體、壩基以及滲流等方面的監測工作。

3.1 滲流監測

滲流監測的主要目的是能準確的監測出壩體在上、下游水位差作用下產生的滲流場情況。滲流監測的主要內容應有壩體浸潤線監測、繞壩滲流監測、基礎滲透壓力監測以及繞閘滲流監測這四方面。滲流監測的主要方法是在監測時首先要設置一定的滲流監測區域，其次在設計上要在原測點周邊重新鉆側壓孔，然后安裝測壓孔，最后設置滲壓計。

3.2 變形監測

要使監測數據保持一定的不間斷性，硬石嶺水庫變形監測要遵循一定的原則，即原壩體與溢洪道變形監測點要設置到位。

（1）水平位移監測措施。通過全站儀實現對水平位移的監測工作，對數據進行全面的分析后可獲得各測點的水平位移量。

（2）垂直位移監測措施。使用水準儀與測尺等測量工具，順著壩兩岸起測基點與壩上各位移標點的方向進行測量，嚴格參照國家三等水準測量方式進行監測，誤差控制在1.4m m以下。

3.3 溫度監測

在對水利項目所監測的各項內容中，對壩體內部溫度的監測是不容忽視的一項內容。溫度監測的方法是分別在壩面內側等周圍設置幾只溫度計，對壩體表面溫度、壩體自身溫度以及壩基溫度進行準確觀測，可多放置幾只溫度計進行測量，以減小測量誤差。以上所列舉的觀測點都應接入D A U數據采集單元，并歸入自動化監測系統中。

3.4 溢洪道閘墩應力觀測

為了能夠更為直觀的熟悉與掌握溢洪道閘墩在一側水壓力以及弧門推力作用下的應力分布，觀測人員可在基面閘墩迎水側的支座下部，分別設置兩組三向應變力，從而可以準確、快速的了解截面的受力情況。

3.5 溢洪道閘門上、下游水位觀測

溢洪道閘門上、下游水位及水面線內容的觀測可在溢洪道閘門上游閘墩及下游翼墻上用相應的記號筆做好標記，實現對大壩上、下游水位的實時監測。

3.6 流量監測

為了能夠準確、有效的監測出泄洪流量的多少，觀測人員可在泄洪洞的左、右兩側各設置一套八聲路超聲波流量計。

3.7 庫區水位觀測

在對庫區水位觀測時，可在監測區域設置一支水位計，實現監測的精準性與高效性。

4 大壩安全監測自動化系統設計

4.1 系統主要組成

硬石嶺水庫所采用的除險加固安全監測自動化系統結構主要選取的是分層分布式結構。該系統主要由傳感器、監測分站、監測總站、光纜以及安全監測管理軟件組成的一個完整體［3］。在該系統中，監測總站主要位于樞紐中控室內，監測總站由監測服務器、監測工作站、打印機以及電源等設備組成。監測總站的主要職責是對各分站所獲取的數據等進行仔細分析與處理后將其準確輸出以及進行網絡發布等，對所獲取的數據以及相關參數等資料都應將其放入指定的數據庫中，從而實現資源的全面共享。在這里要強調的一點是系統管理員自身可對監測服務器上的相關參數進行設置與操作，而其他人員只能通過權限設置在相關局域網內對所獲取的數據進行查詢與監視。

4.2 系統主要作用

大壩安全監測自動化系統的主要作用有：①具有一定的檢測數據采集作用；②具有系統操作與顯示作用；③具有數據存儲作用；④具有整合信息的作用；⑤可對大壩安全監測分析進行定性評價；⑥具有一定的系統防護與自檢作用；⑦具有人工接口的作用。

4.3 系統數據采集

大壩安全監測自動化系統采集的數據具有如下功能：一是可實現自動化反復測量；二是能夠進行自動選點測量；三是人工測量。系統一方面必須對接入數據所使用到的全部儀器進行系統、全面的測量，另一方面還需對專用接口接入人工測量儀表所專用的某個儀器進行全面測量，值得注意的是人工測量與自動化測量應獨立進行［4］。

系統數據采集的主要形式有三種：一是人工采集；二是半自動化采集；三是自動采集。三種數據采集方式的選擇應用方法如下：

人工采集：人工采集的主要目標是一些采用人工方法或是只能通過人工檢測的項目，通過人工采集這種方式所獲取的數據，都應該及時輸入相關安全監測數據庫中，以防數據丟失。

半自動采集：在施工階段或是自動化運行時系統出現突發狀況時，操作人員可通過監測儀現場直接進行讀數，待全部數據記錄完畢后可轉入安全監測自動化系統的相關數據中。

自動采集：自動采集主要是針對一些可進行自動采集的監測項目，操作人員只需在監測工作站提前將采集參數設置到位，然后可通過網絡媒介等對所取得數據進行采集并最后傳輸到監測中心站的數據庫中。

4.4 系統數據傳輸

大壩安全自動化監測系統內的數據信息主要是通過光纖這一媒介進行傳輸的，而信息通訊管理主要是由無線通訊以及局域網系統實現的，信息通訊管理可實現遠程監控的作用，可完全實現自動化的管理模式，不需要相關人員的指導，所有的觀測點都能通過網絡自動化清楚明了的監測。

4.5 系統軟件

系統軟件主要是把水利專業技術的廣泛應用，通過網絡技術、圖形等高科技方式實現系統穩定、持續的運行。該系統軟件的優點是：一是可操作性強；二是安全可靠；三是便于維護與管理。該系統軟件還具有在線和離線數據管理和分析處理的功能，一方面在數據的更新、檢索以及打印等方面都

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10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.09.035

周凌帆（1979—）女，工程師。