白沙水庫大壩表面變形觀測現狀

尹洪雨

摘 要：本文以白沙水庫大壩表面變形觀測為例，介紹了大壩表面變形觀測的一些方法，重點旨在與時俱進，交流、探討、改進大壩表面變形觀測的方法，提高大壩表面變形觀測工作的效率。

關鍵詞：水庫大壩;變形觀測;水平位移;豎向位移

中圖分類號：TV64文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0073-03

Abstract： Taking the observation of dam surface deformation of Baisha Reservoir as an example， this paper introduced some observation methods of dam surface deformation. The main purpose is to keep pace with the times， exchange， discuss and improve the method of dam surface deformation observation， and improve the efficiency of dam surface deformation observation.

Keywords： Reservoir Dam;deformation observation;horizontal displacement;vertical displacement

水庫作為重要的水利基礎設施，在防洪、供水、灌溉等方面發揮著巨大作用。水庫建成以后，大壩在承受水負荷作用的同時，也會受到地質結構變動和風吹日曬雨淋等其他外界因素影響，產生壩體沉降和傾斜等變形現象。這種變形在一定限度之內是正常的，但如果超過了規定的限度，就會影響大壩的正常使用，形成安全隱患。如果不能及時發現和處理大壩存在的隱患，就會直接影響大壩安全，甚至演變成潰壩的災難性事故。預防事故發生或減小事故損失是水庫進行大壩變形觀測的主要任務之一。本文以白沙水庫安全監測工作為例，探討水庫大壩變形觀測的方法。

1 白沙水庫工程概況

白沙水庫是河南省治淮早期動工興建的大型水庫之一，水庫控制流域面積為985 km2，以防洪為主，是兼顧城鎮居民生活用水、工業供水、農業供水、水產養殖、旅游開發等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。水庫位于淮河流域沙潁河水系潁河上游，壩址坐落在禹州市與登封市交界處，因大壩緊靠禹州市白沙村而得名。樞紐建筑物主要由主壩、溢洪道、輸水洞、堵壩、東副壩、西副壩等工程組成。水庫于1951年4月開工興建，1953年8月基本建成，1956年至1957年進行擴建，2003年至2006年進行除險加固。白沙水庫在沙潁河流域防洪調度中起著重要作用，防洪保護區內有禹州、許昌、襄城、臨潁、郾城等市、縣（或縣級市）重要城鎮以及京廣鐵路、107國道和京港澳高速等國家重要的交通干線設施以及國家戰略工程南水北調的中線工程[1-2]。

2 白沙水庫大壩安全監測情況

白沙水庫監測管理項目主要包括表面變形監測、滲流監測、庫水位監測等，其中滲流監測、庫水位監測的儀器已接入自動化監測系統。水庫表面變形觀測項目，縱向多以100～200 m為間距布置若干個觀測橫斷面;橫向則應選擇有代表性的斷面進行觀測標點埋設，如上游壩肩、壩頂、防浪墻、下游壩肩和各個平臺等;在大壩上、下游側兩岸邊坡上設置工作基點[3-5]。

2.1 水平位移

大壩原水平位移監測沿壩軸線方向布設在0+279.5、0+575、0+925等3個斷面，每個斷面設6個測點，即N13.3、S2.8、S11.1、S24.7、S40.7和S56.7（N代表壩軸線上游，S代表壩軸線下游）。水平位移觀測從1954年開始，采用視準線觀測。從多年觀測資料來看，測值呈上、下擺動變化，總體向下游位移，基本處于穩定狀態。大壩1954—1988年運行35年來，水平位移變化不大，總體處于穩定狀態，1988年停測。

2.2 豎向位移

大壩原豎向位移監測沿壩軸線方向布設在0+125、0+225、0+279.5、0+375、0+430、0+475、0+575、0+675、0+775、0+875、0+925、1+000等12個斷面，每個斷面設6個測點，即N13.3、S2.8、S11.1、S24.7、S40.7和S56.7。豎向位移觀測從1954年5月開始，至1955年底，每半月或一月觀測一次?？紤]原有測點較多，1956年重新布點，測次由1957年每月一次改為1958年、1959年這兩年兩個月一次，1960年后減為每季度一次，1986—1988年每半年一次，1989年一年一次，1990年停測。

2.3 水庫表面變形觀測現狀

由于以上水平位移和豎向位移多年未進行觀測，大部分觀測點已損壞，按照《土石壩安全監測技術規范》（SL 551—2012）要求，故2016年重新埋設了大壩表面變形觀測點和工作基點。按照《土石壩安全監測技術規范》（SL 551—2012）要求，大（2）型水庫土石壩的表面變形監測在水庫運行期間每年監測不少于2次。根據《白沙水庫除險加固初步設計報告》（2002年5月出版）、《河南省白沙水庫大壩安全評價材料匯編》（2013年10月出版），結合水庫管理局于2018年召開的水庫安全監測工作會議紀要，確定對主壩基準點、工作基點每4年進行1次校核;每年春季（3月）、秋季（10月）各進行一次壩體表面位移觀測，汛后水位高于230.00 m時加測。

3 變形觀測點的布設

根據白沙水庫設計要求，大壩變形監測點采用7個斷面布設，樁號分別為0+126、0+282、0+431、0+576、0+776、0+926、0+1001，每個斷面設置5個變形點，在壩體上共設置35個變形點，進行垂直位移監測和水平位移監測。混凝土建筑物表面變形觀測，基準點、工作基點均要求設置在穩定邊坡上，在滿足通視條件下，其位置可據實際地形、地質條件進行適當調整，并至少應在施工前進行設置，使其基墩具有一定的穩定期，同時有利于保證觀測精度?；鶞庶c、工作基點和測點觀測墩的結構必須堅固可靠，并應采取適當措施防止地表水沖刷、護坡擠壓和人為碰撞等，同時應盡可能做到美觀、實用。在基點、測點觀測墩頂部設置強制對中基座。表面變形觀測點布設詳見圖1，表面變形觀測數據詳見表1。

4 白沙水庫變形觀測起算數據的來源

為確保水庫大壩安全，白沙水庫建立了變形觀測系統，變形點的平面坐標系統為2000國家大地坐標系，并根據其相對于大壩原點的位置關系將其橫坐標和縱坐標轉換樁號和軸距，觀測高程系統采用1985國家高程基準。目前，利用水庫壩區內已有河南省水利勘測院于2013年對水庫進行測量淤積期間所測的兩個平面控制點DBS01和DBS02作為水平位移監測和垂直位移監測的起算數據。

5 大壩變形觀測方法

水庫大壩表面變形觀測主要包括垂直位移觀測和水平位移觀測，其中水平位移觀測包括垂直于壩軸線的橫向水平位移觀測和平行于壩軸線的縱向水平位移觀測。垂直位移觀測方法有水準測量法、標桿法、液體靜力法等。水平位移觀測方法有視準線法、小角度法、前方交會法、引張線法、垂線法、激光準直法、精密導線法等。

5.1 白沙水庫大壩垂直位移觀測

白沙水庫大壩垂直位移觀測一直采用的是水準測量的方法。在2015年以前儀器一直采用精密水準儀（蔡司

Ni-004），2018年開始采用萊卡DNA03數字水準儀測量。采用徠卡DNA03數字水準儀進行測量，總的測站數必須是偶數，按照奇數站“后前前后”偶數站“前后后前”的觀測順序，采用雙轉點閉合環線法進行水準測量，精度要求為±4[L]mm，L為閉合環線長度（單位為千米），同時應檢驗測點兩次所測高程不超過±2 mm，否則重測。如果測量累積誤差在允許的限差范圍之內，可將測量累積誤差按測段距離與閉合環線總長度的占比進行分配。視線長度小于50 m，前后視距盡量相等，其差小于1 m;前后視距累計差不大于3 m。當溫度較高、地氣較大時，采用縮短視距的辦法觀測;具體觀測時間段避開中午前后，選在氣象條件比較好的上午前半段和下午的后半段。

5.2 白沙水庫大壩水平位移觀測

白沙水庫大壩水平位移觀測在2015年以前一直使用威特3號經緯儀測量，采用的是視準線法測量。測區內由2個基準點（DBS01、DBS02）、4個工作基點（G1、G2、G3、G4）和35個壩體變形監測點組成水平位移監測網。監測網工作基點G1、G2、G3、G4都在兩壩肩基礎相對穩定、視野比較開闊、方便監測的地方，以滿足監測點對監測控制的需要。2018年開始使用徠卡TS11全站儀極坐標法測量，利用2個基準點（DBS01、DBS02）作為已知點。變形觀測具有目標多、測回數多、精度要求高等特點，傳統人工觀測費時費力，作業效率難以提高。徠卡TS11全站儀配合機載軟件多測回測角軟件很好地解決了這一問題，不僅提供了高效、便捷的自動化測量，大大提高了工作效率，降低了勞動強度，同時還滿足了內、外業數據一體化、規范化的作業要求。

6 大壩變形觀測的主要意義

大壩變形觀測，是一項長期而細致的工作，只有通過多年的測量數據分析，才能準確掌握大壩變形規律。水庫大壩安全監測是大壩安全的“耳目”、隱患事故的“哨兵”，因此做好大壩表面變形觀測工作顯得尤為重要。當然先進的監測技術和監測方法也至關重要，我們一定要與時俱進，及時更新大壩變形觀測技術和監測方法。

參考文獻：

[1]中華人民共和國水利部.土石壩安全監測技術規范：SL 60—94[S].北京：中國標準出版社，1994.

[2]中華人民共和國建設部.工程測量規范：GB 50026—2007[S].北京：中國標準出版社，2007.

[3]李青岳.工程測量學[M].北京：測繪出版社，1984.

[4]任權.大壩變形觀測[M].南京：河海大學出版社，1989.

[5]中華人民共和國水利部.土石壩安全監測技術規范：SL 551—2012[S].北京：中國水利水電出版社，2012.