濰坊市高崖水庫(kù)工程大壩變形監(jiān)測(cè)分析

李邦軍，秦來(lái)偉，解慶偉

（濰坊市高崖水庫(kù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)中心，山東 濰坊 262402）

濰坊市高崖水庫(kù)位于昌樂(lè)縣鄌郚鎮(zhèn)高崖村西1 km處，是一座集防洪、供水、生態(tài)保護(hù)等綜合利用的大（2）型水庫(kù)。由主壩、副壩、溢洪道（閘）、放水洞組成。水庫(kù)于1959年10月動(dòng)工興建，1960年汛期建成蓄水，總庫(kù)容1.599 5億m3，興利庫(kù)容6 545萬(wàn)m3，死庫(kù)容1 386萬(wàn)m3，大壩為混凝土防滲墻砂殼壩，壩長(zhǎng)1 200 m，最大壩高26.70 m，壩頂寬7.50 m。溢洪道位于大壩南端，為壩肩式，設(shè)計(jì)最大泄量2 766 m3/s。放水洞位于大壩北端，為壩下埋管式砌石廊道內(nèi)鋼筋混凝土管，設(shè)計(jì)流量27.90 m3/s。

1 現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)設(shè)施情況

高崖水庫(kù)除險(xiǎn)加固時(shí)按照設(shè)計(jì)要求，大壩設(shè)置5個(gè)測(cè)壓管斷面（0+151、0+360、0+550、0+650、0+810），其中0+151斷面設(shè)壩體管、壩基管各2支，其余各斷面均設(shè)置壩體管3支、壩基4支，共32根測(cè)壓管（壩基管18根，壩體管14根）。變形觀測(cè)分大壩和溢洪閘位移觀測(cè)兩部分，大壩共設(shè)置沉陷位移標(biāo)點(diǎn)4個(gè)、沉陷基點(diǎn)2個(gè)、水平位移標(biāo)點(diǎn)4個(gè)、水平位移基點(diǎn)2個(gè)；溢洪閘共設(shè)置水平位移基點(diǎn)2個(gè)、垂直位移基點(diǎn)2個(gè)、水平位移和垂直位移標(biāo)點(diǎn)10個(gè)。

目前，高崖水庫(kù)已對(duì)大壩滲壓觀測(cè)設(shè)施進(jìn)行了維修改造工作。大壩滲壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)已全部改造完成，但缺少必要的大壩位移自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)施，給大壩安全管理帶來(lái)安全隱患。因此，建設(shè)可靠有效的水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩位移重要參量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，能及時(shí)掌握水庫(kù)大壩運(yùn)行狀況，確保水庫(kù)大壩安全。而目前已建的大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)，仍缺少大壩變形監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大壩位移觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)以及相關(guān)分析。

2 大壩監(jiān)測(cè)方法

目前大壩的表面變形監(jiān)測(cè)主要有激光測(cè)距儀、變形監(jiān)測(cè)傳感器、全站儀和全球定位系統(tǒng)（GNSS）等4種方法，根據(jù)各種方法的建設(shè)成本及應(yīng)用環(huán)境，結(jié)合水庫(kù)大壩的實(shí)際情況，選用GNSS監(jiān)測(cè)方法比較適合。

GNSS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括天線(xiàn)、接收機(jī)、通訊系統(tǒng)及相關(guān)解算、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及分析處理軟件等部分組成。GNSS具有速度快、精度高、全天候等優(yōu)點(diǎn)。GNSS用于形變監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的區(qū)域一般不是很大，但變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)比較密集。當(dāng)GNSS用于大壩形變監(jiān)測(cè)或滑坡監(jiān)測(cè)時(shí)，往往是對(duì)一定范圍內(nèi)具有代表性的區(qū)域建立變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在遠(yuǎn)方距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)合適的位置（如穩(wěn)固的基巖上）建立基準(zhǔn)點(diǎn)。在基準(zhǔn)點(diǎn)架設(shè)GNSS接收機(jī)，根據(jù)其高精度的已知的三維坐標(biāo)，經(jīng)過(guò)機(jī)器監(jiān)測(cè)從而得到變形點(diǎn)坐標(biāo)（或者基線(xiàn)）的變化量。根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的形變量，建立安全監(jiān)測(cè)模型，從而分析滑坡、大壩等的變形規(guī)律并實(shí)現(xiàn)及時(shí)的反饋。

GNSS技術(shù)具有全天候作業(yè)的特點(diǎn)不但可以自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)，而且可以將GNSS信號(hào)傳輸?shù)街行模瑢?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化傳輸，通過(guò)監(jiān)測(cè)整體的微小變形量，構(gòu)造統(tǒng)計(jì)分析模型，預(yù)測(cè)變形體長(zhǎng)期的變化趨勢(shì)，為以后的分析決策提供依據(jù)。GNSS系統(tǒng)在不增加建設(shè)成本的同時(shí)提供垂直位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳至大壩安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，為水庫(kù)關(guān)鍵部位增加預(yù)警頻次，補(bǔ)充人工觀測(cè)頻次少的缺陷。

3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)

本監(jiān)測(cè)區(qū)在監(jiān)測(cè)區(qū)附件周邊地質(zhì)條件好的地方建立2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（0+009、溢洪閘南橋頭堡南）。在大壩特殊情況的0+200、0+360、0+500、0+650、0+810五個(gè)斷面以及溢洪閘3個(gè)中間墩共布設(shè)8處位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。系統(tǒng)主要由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶(hù)部分三部分組成，主要包括天線(xiàn)、接收機(jī)、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸通訊系統(tǒng)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及分析處理軟件等。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置結(jié)構(gòu)牢固的觀測(cè)墩，觀測(cè)墩上有強(qiáng)制對(duì)中器，固定安裝GNSS接收機(jī)，將接收機(jī)天線(xiàn)用強(qiáng)制對(duì)中基座對(duì)中固定安裝在觀測(cè)墩上。每個(gè)設(shè)備增加無(wú)線(xiàn)傳輸終端，GNSS信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程終端傳輸?shù)街行摹?/p>

3.2 基準(zhǔn)站設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)站建立目的是長(zhǎng)期連續(xù)跟蹤觀測(cè)衛(wèi)星信號(hào)，并實(shí)時(shí)為各測(cè)點(diǎn)提供高精度的載波相位差分?jǐn)?shù)據(jù)及起算坐標(biāo)。基準(zhǔn)站需定期復(fù)核，以減小測(cè)量誤差。

基準(zhǔn)站選擇要求：在大壩變形影響范圍之外，基礎(chǔ)穩(wěn)固；遠(yuǎn)離大功率無(wú)線(xiàn)電發(fā)射源（如電視臺(tái)，電臺(tái)，微波站等）和高壓輸電線(xiàn)及微波無(wú)線(xiàn)電傳送通道，其距離不小于200 m；接收衛(wèi)星情況良好，多路徑效應(yīng)不明顯（如強(qiáng)反射面、高大建筑物等），原則上能接收所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)接收到的衛(wèi)星；接受信號(hào)以GPS衛(wèi)星為主。基準(zhǔn)點(diǎn)在0+009處和溢洪閘南橋頭堡南分別布置1處。

3.3 監(jiān)測(cè)站設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)站選擇要求如下：數(shù)據(jù)采集中心宜在基準(zhǔn)站和監(jiān)測(cè)站斷面中心位置；交通方便、利于供電及維護(hù)；盡量選開(kāi)闊、平敞的場(chǎng)地；利于天線(xiàn)電纜及光纖的鋪設(shè)；避開(kāi)雷擊區(qū)。

在0+200、0+360、0+500、0+650、0+810五個(gè)斷面以及溢洪閘3個(gè)中間墩分別布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)8處。

4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解析

4.1 大壩位移趨勢(shì)圖

根據(jù)位移測(cè)站名稱(chēng)和時(shí)間段條件，分別生成平行壩軸方向位移偏移量和水平位移變化趨勢(shì)，垂直壩軸方向偏移量和水位、平位移變化趨勢(shì)，沉降位移與水平位移變化趨勢(shì)。

4.2 大壩位移分析

包括位移日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表。這3種報(bào)表按時(shí)間分別統(tǒng)計(jì)日、月、年均水平位移、（沉降位移平均、最大、最小值，及其發(fā)生時(shí)間）、（平行壩軸方向偏移量平均值、最大、最小值，及其發(fā)生時(shí)間），并支持查詢(xún)、導(dǎo)出。

4.3 大壩位移預(yù)警

設(shè)置水庫(kù)大壩位移平行壩軸方向、垂直壩軸方向、沉降位移、水平位移的限值，作為報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，位移數(shù)據(jù)采集入庫(kù)時(shí)如果超越報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，則生成位移預(yù)警信息。以列表形式展示，支持查詢(xún)。

4.4 數(shù)據(jù)分析

包含一元線(xiàn)性回歸分析、終端報(bào)警。一元線(xiàn)性回歸分析，假設(shè)兩個(gè)物理量之間符合一元線(xiàn)性關(guān)系，根據(jù)兩個(gè)物理量的歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算出符合的模型，并以圖形形式驗(yàn)證模型。

目前高崖水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)大壩安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保了水庫(kù)的運(yùn)行安全和周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。