水下攝像技術(shù)在大河水庫(kù)中的應(yīng)用研究

劉慶華，劉力真，董延朋

（1.泰安大河水庫(kù)管理局，山東 泰安 271000；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

泰安大河水庫(kù)位于泰城西郊距市區(qū)5 km，控制流域面積84.53 km2，大河水庫(kù)加固改建工程于2003年開(kāi)工，2005年主體工程竣工。加固改建后的大河水庫(kù)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000年一遇洪水校核，設(shè)計(jì)水位166.8 m，校核水位167.2 m，興利水位165.0 m，死水位154.0 m，總庫(kù)容2 997萬(wàn)m3，興利庫(kù)容2 234萬(wàn)m3，死庫(kù)容204萬(wàn)m3，屬多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，其任務(wù)由“灌溉、防洪和工業(yè)用水”調(diào)整為“以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉和工業(yè)用水”。根據(jù)泰安抽水蓄能電站的建設(shè)需要，山東省水利廳及泰安市政府同意大河水庫(kù)加固改建后作為泰安抽水蓄能電站的下庫(kù)。

2005年加固改建完成后經(jīng)過(guò)十多年的運(yùn)行，出現(xiàn)了不少的工程問(wèn)題，如閘門滲漏、放水洞下游出口變形并滲漏，陸地上可以看到這些問(wèn)題的表象，而水下部分僅能進(jìn)行推斷，如何實(shí)現(xiàn)水下建筑物的實(shí)景再現(xiàn)成為管理者迫切要求。特別是放水洞附近常年水位較高，放水洞（多年）長(zhǎng)期沒(méi)于水面以下，從未進(jìn)行過(guò)檢修。

隨著水中兵器、水下作業(yè)工具以及各種水下科學(xué)考察、水中試驗(yàn)應(yīng)用的不斷發(fā)展，研制出系列高精度水下高速攝像系統(tǒng)的，大深度、高清晰、緊湊的水下高速攝像系統(tǒng)具有廣闊應(yīng)用市場(chǎng)。該方法也能很好地解決大河水庫(kù)的需求。

1 水下攝像技術(shù)的應(yīng)用

水下攝像機(jī)，采用高質(zhì)量電纜作為視頻傳輸控制線，外加控制箱，放線絞架（車）等輔助控制設(shè)備組成的水下攝像系統(tǒng)。高精度水下攝像機(jī)用于捕捉水下目標(biāo)的高速移動(dòng) (動(dòng)作)相關(guān)視頻信號(hào)，完成對(duì)水下目標(biāo)動(dòng)作的監(jiān)控及高速視頻的后處理分析。其主要功能是測(cè)量，監(jiān)控，勘探等，多應(yīng)用在海洋石油、深水探測(cè)，水下作業(yè)，海洋漁業(yè)等水下領(lǐng)域。

山東省水利科學(xué)研究院自2013年以來(lái)積極開(kāi)展水下檢測(cè)技術(shù)研究，先后在南水北調(diào)穿黃河段隧洞、濟(jì)南市臥虎山水庫(kù)等地進(jìn)行了多次試驗(yàn)，積累了部分檢測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

2 水下攝像技術(shù)在工程中的試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

大河水庫(kù)加固改建工程結(jié)束后運(yùn)行已十余年，為了解水庫(kù)現(xiàn)狀，尤其是水下部分的運(yùn)行狀態(tài)，需閘門滲漏、放水洞下游出口變形等工況，山東省水利科學(xué)研究院受泰安市大河水庫(kù)管理局委托，開(kāi)展本次試驗(yàn)研究工作。

利用水下高清攝像進(jìn)行對(duì)針對(duì)放水洞閘門、攔污柵、溢洪閘閘門、護(hù)底詳細(xì)攝像取證，對(duì)所取得資料進(jìn)行分析并提出合理建議。

2.2 水庫(kù)水下錄相拍照觀測(cè)

2017年9月5日，利用手持式水下錄相設(shè)備通過(guò)垂放吊繩牽引，對(duì)水庫(kù)北放水洞進(jìn)口和溢洪閘工作門進(jìn)行了觀測(cè)錄相。

1）放水洞閘門的觀測(cè)。由于放水洞附近常年水位較高，放水洞（多年）長(zhǎng)期沒(méi)于水面以下，從未進(jìn)行過(guò)檢修。且有關(guān)放水洞的可查閱設(shè)計(jì)及施工資料缺失，無(wú)法獲取其準(zhǔn)確信息。通過(guò)水下觀測(cè)錄像可以清晰觀察到放水洞入口現(xiàn)狀情況、放水洞入口處閘門放置顛倒、閘門螺桿繡跡斑斑、缺少檢修閘門、攔污柵格繡蝕、柵格上附著物較多等現(xiàn)象。

圖1 放水洞閘門（背面）

圖2螺桿銹跡斑斑圖

圖1 中閘門橫梁、縱梁清晰可見(jiàn)，根據(jù)水工結(jié)構(gòu)閘門的作用是用來(lái)?yè)跛模@然擋水面應(yīng)該是光滑的閘門面板，由此推斷此閘門安置顛倒。圖2是水下部分閘門螺桿現(xiàn)狀，從圖像中可以看出螺桿螺紋銹跡斑斑。

圖3 攔污柵格柵斷裂圖

圖4攔污柵附近淤積物較多

圖3 是攔污柵現(xiàn)狀，圖像中顯示攔污柵柵條中間斷開(kāi)。圖4中攔污柵橫向柵格上淤積物較多。

2）溢洪閘工作閘門的檢測(cè)。由于水庫(kù)水位較高，又因工程的需要溢洪閘工作閘門可能長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法啟吊檢修，但是又迫切需要了解閘門工作現(xiàn)狀以及水底情況，這時(shí)候，就可以應(yīng)用水下錄相執(zhí)照設(shè)備來(lái)完成這一任務(wù)。

圖5是閘門面板現(xiàn)狀，可以清晰地看到閘門面板的蝕坑、銹班。圖6中顯示，閘門底部鋼板銹蝕較嚴(yán)重，表層腐蝕皮面積較大、較厚。圖7是閘門底部現(xiàn)狀，閘底板樹(shù)葉堆積，垃圾罐清晰可見(jiàn)。

通過(guò)以上錄相拍照可以清楚地摸清、了解水下閘門現(xiàn)狀以及其老化銹蝕狀態(tài)，為工程管理、維修維護(hù)，以及領(lǐng)導(dǎo)決策提供可視化的可靠資料。

水下錄像拍照受到水體混濁度的影響。在水質(zhì)較好、能見(jiàn)度較高的水體內(nèi)，可以很好地得到應(yīng)用，但在混濁水域或能見(jiàn)度較低的水體中卻無(wú)法正常拍照錄相。因此，聲吶設(shè)備的引進(jìn)能夠取長(zhǎng)補(bǔ)短，解決混濁水域內(nèi)的水下檢測(cè)的需要。

圖5 閘門面板現(xiàn)狀圖

圖6 閘門下部銹蝕現(xiàn)狀圖

圖7 閘門底部現(xiàn)狀

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

通過(guò)高清水下攝像設(shè)備的觀測(cè)情況：

1）放水洞入口處閘門安裝位置顛倒，面板不能擋水；閘門螺桿繡跡斑斑；缺少檢修閘門；攔污柵格繡蝕，附著物較多，局部柵格條斷裂。

2）閘門面板現(xiàn)狀，可以清晰地看到閘門面板的蝕坑、銹班。閘門底部鋼板銹蝕較嚴(yán)重，表層腐蝕、銹泡眾多，面積較大、較厚。閘門底部樹(shù)葉堆積，垃圾罐清晰可見(jiàn)。

通過(guò)以上錄相拍照可以清楚地摸清、了解水下閘門現(xiàn)狀以及其老化銹蝕狀態(tài)，為工程管理、維修維護(hù)提供可視化的可靠資料。

3.2 建議

水下錄相拍照受到水體混濁度的影響。在水質(zhì)較好、能見(jiàn)度較高的水體內(nèi)，可以很好地得到應(yīng)用，建議定期進(jìn)行觀察，確保工程安全運(yùn)行。

水下工程運(yùn)行情況還可以針對(duì)不同環(huán)境和管理要求，采用聲納技術(shù)分別進(jìn)行水下地形、容積變化及物體識(shí)別等作業(yè)，為水庫(kù)安全、合理高效運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。