淺談水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)與管理

葉綏鵬

（陜西省桃曲坡水庫(kù)灌溉管理局，陜西 銅川 727031）

桃曲坡水庫(kù)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(kù)，桃曲坡水庫(kù)通過除險(xiǎn)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(shí)施，庫(kù)區(qū)防汛數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)相對(duì)滯后；大壩觀測(cè)設(shè)備還不健全，監(jiān)測(cè)人員只能依靠經(jīng)驗(yàn)，無法得到準(zhǔn)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(kù)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)顯得十分必要而又迫切。

1 建立大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要性

水庫(kù)監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括:水庫(kù)水位、水壓、滲流、流量、電導(dǎo)率、風(fēng)力、相對(duì)濕度、空氣和水的溫度以及大壩壩體地表位移監(jiān)測(cè)。而大壩的監(jiān)測(cè)主要體現(xiàn)在對(duì)壩體，壩基以及壩肩等范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)還需要對(duì)大壩有影響的岸坡、建筑物以及設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。所以說建立大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅可以縮短數(shù)據(jù)的采集周期，提高大壩觀測(cè)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，并能充分利用水庫(kù)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(yàn)證水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)參數(shù)改進(jìn)未來設(shè)計(jì)，對(duì)大壩除險(xiǎn)加固工程施工技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)大壩不安全跡象和險(xiǎn)情診斷并采取措施進(jìn)行加固，同時(shí)它還能運(yùn)用長(zhǎng)期積累的觀測(cè)資料掌握變化規(guī)律，對(duì)大壩未來狀態(tài)做出及時(shí)有效的預(yù)報(bào)，可以看出：安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)從淺層意義來說是為了人們準(zhǔn)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(shí)發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象或工程隱患，指導(dǎo)大壩運(yùn)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(cè)系統(tǒng)運(yùn)行原理

該系統(tǒng)由大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、出口流量觀測(cè)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(cè)工作站作為前端用戶訪問和處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，主要任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水庫(kù)水位、水壓、滲流、流量、揚(yáng)壓力等，用無線傳感網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸，在計(jì)算機(jī)上用數(shù)據(jù)模式或圖形模式反映出來，實(shí)時(shí)掌控整個(gè)水庫(kù)大壩各項(xiàng)變化情況，特殊數(shù)據(jù)實(shí)行聲光報(bào)警；自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)站傳感器數(shù)據(jù)采集儀、庫(kù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)、中控制控制系統(tǒng)；監(jiān)測(cè)中心站分布在大壩右壩頭的水庫(kù)管理站內(nèi)，主要由監(jiān)測(cè)服務(wù)器、監(jiān)測(cè)工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成，所有裝置通過網(wǎng)絡(luò)與水庫(kù)管理站內(nèi)的庫(kù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連，以便中控室對(duì)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，將監(jiān)測(cè)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(kù)中，使數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行在監(jiān)測(cè)服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)資源共享。

3 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

3.1 對(duì)大壩壩坡布設(shè)點(diǎn)進(jìn)行變形觀測(cè)

在大壩壩坡表面進(jìn)行變形觀測(cè)，沿壩軸線布置表面平均分布4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，23個(gè)表面變形標(biāo)點(diǎn)和2個(gè)校核基點(diǎn)，進(jìn)行變形斷面。對(duì)大壩內(nèi)部進(jìn)行變形觀測(cè)，布置4個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)觀測(cè)斷面布置2個(gè)觀測(cè)孔，埋設(shè)沉降（測(cè)斜）管374m，沉降環(huán)75個(gè)。對(duì)溢洪道進(jìn)行變形觀測(cè)，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(diǎn)監(jiān)測(cè)，每個(gè)閘墩和泄槽兩側(cè)以及左岸邊坡各布置1個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)，右岸山體布置觀測(cè)基點(diǎn)2個(gè)。各測(cè)點(diǎn)水平位移和豎向位移觀測(cè)共用，安裝專用基座，采用全站儀進(jìn)行觀測(cè)，沉降采用沉降儀進(jìn)行觀測(cè)，水平位移采用測(cè)斜儀進(jìn)行觀測(cè)。

3.2 對(duì)大壩布設(shè)點(diǎn)進(jìn)行滲透觀測(cè)

對(duì)大壩進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)，布置3個(gè)觀測(cè)斷面，鉆孔11個(gè)，埋設(shè)壓力計(jì)23只，繞壩滲流監(jiān)測(cè)在左右壩肩各布置6個(gè)鉆孔，埋設(shè)滲壓計(jì)12只，大壩滲流在下游壩腳高三角量水堰1座，安裝1臺(tái)堰上水位計(jì)，用以監(jiān)測(cè)壩體滲流壓力、分布及浸潤(rùn)線；五是對(duì)溢洪道進(jìn)行滲流觀測(cè)。沿軸線布置1個(gè)縱斷面，坑試埋設(shè)滲壓計(jì)6只；對(duì)輸水洞、泄洪底洞進(jìn)行滲漏觀測(cè)。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(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔在兩洞附近埋設(shè)滲壓計(jì)1只；七是對(duì)庫(kù)水位與下游進(jìn)行水位觀測(cè)，在泄洪底洞放水塔外設(shè)置豎井，安裝水位計(jì)一套，接入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.3 對(duì)大壩重點(diǎn)部位布設(shè)點(diǎn)進(jìn)行部位觀測(cè)

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

3.4 在壩址布設(shè)點(diǎn)進(jìn)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(tái)，對(duì)水庫(kù)壩面附近情況與輸水洞閘門進(jìn)行圖像視；在水庫(kù)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(cè)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(jī)正常運(yùn)行。

4 大壩安全監(jiān)測(cè)與分析

4.1 做好觀測(cè)資料的整編工作

資料整編是監(jiān)測(cè)工作的一項(xiàng)經(jīng)常性工作，做好平時(shí)資料的整編，重點(diǎn)是查證原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性，在平時(shí)資料整理的基礎(chǔ)上，按規(guī)定時(shí)段對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行全面整理、匯編和分析，并附以簡(jiǎn)要安全分析意見和編印說明后刊印成冊(cè)。在整編中，做好技術(shù)審查的完整性，整編資料的內(nèi)容、項(xiàng)目、測(cè)次等是否齊全，各類圖表的內(nèi)容、規(guī)格、符號(hào)、單位以及標(biāo)注方式和編排順序是不符合規(guī)定要求等；同時(shí)做好技術(shù)審查的連續(xù)性，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)資料整編的時(shí)間與前次整編是否銜接，整編圖所選工程部位、測(cè)點(diǎn)及坐標(biāo)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(cè)物理量的計(jì)（換）算和統(tǒng)計(jì)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(zhǔn)確、清晰，以及工程性態(tài)變化是否符合一簽名冊(cè)規(guī)律。并對(duì)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(xiàng)有無遺漏。

4.2 做好監(jiān)測(cè)資料的分析

原始的監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)中找出關(guān)鍵問題，還必須對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)、剖析、提煉和概括。監(jiān)測(cè)資料的采集和整編，對(duì)監(jiān)測(cè)資料的預(yù)處理，既對(duì)原始資料的可靠性和正確性進(jìn)行檢查，然后對(duì)誤差的剔除或修正、缺測(cè)值的插補(bǔ)、資料的修勻等，所有預(yù)處理工作一般不對(duì)原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；對(duì)監(jiān)測(cè)資料中物理量的換算。監(jiān)測(cè)儀器的原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)只是需要監(jiān)測(cè)的物理量的中間成果，需要根據(jù)臨測(cè)儀器的系數(shù)、計(jì)算方法與儀器的種類、安裝方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿Q算后才能得到需要監(jiān)測(cè)的物理量；通過繪制測(cè)值過程線、繪制測(cè)值分布圖、繪制相關(guān)圖以及影響因素分析等方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)資料的定性分析；通過滲流、變形、應(yīng)力應(yīng)變等方法和步驟對(duì)某一類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)子項(xiàng)目中的物理量進(jìn)行分析；在對(duì)監(jiān)測(cè)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(xué)模型，如統(tǒng)計(jì)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(xué)模型，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控在不同外界條件下，測(cè)值的變化趨勢(shì)和范圍，根據(jù)各物理量實(shí)測(cè)值與模型計(jì)算值的吻合程度，反過來進(jìn)一步修正模型，從而提高模型的精度，以便能更準(zhǔn)確地反映大壩的工況；對(duì)大壩安全進(jìn)行綜合綜合評(píng)估，重點(diǎn)是對(duì)其應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，對(duì)大壩的結(jié)構(gòu)安全和滲流安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

5 結(jié)語

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