喬 立

（山西水務(wù)投資集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

后灣水庫位于襄垣縣后灣村，是海河流域濁漳河西源的控制性工程，控制流域面積1 300 km2，是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水的大（二）型多年調(diào)節(jié)水庫。水庫于1959—1960年建成，之后進(jìn)行了5次改擴(kuò)建，現(xiàn)狀總庫容1.3億m3，樞紐主要建筑物包括大壩、溢洪道、輸水洞及壩后發(fā)電站。

水庫大壩為均質(zhì)碾壓土壩，最大壩高26 m，壩頂寬8 m，壩長(zhǎng)300 m。建庫以來，大壩曾出現(xiàn)過裂縫，雖經(jīng)幾次加高培厚，仍存在局部壩體質(zhì)量較差、壩體滲透性差異較大、浸潤(rùn)線較高、集中滲漏等問題，2002年9月經(jīng)山西省水利廳及水利部大壩安全管理中心審、核查，同意后灣水庫大壩安全鑒定結(jié)論為三類壩。后灣水庫除險(xiǎn)加固防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，2 000年一遇洪水校核。工程等別為Ⅱ等，工程設(shè)防烈度為Ⅶ度。

2 監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀及存在問題

大壩作為攔蓄水的巨大能量的建筑物，從勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、投入運(yùn)行直至廢棄都有一定的生命周期，后灣水庫大壩建成至今已有50年之久，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，其安全問題尤為重要，因此實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與分析意義重大。

后灣水庫監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀包括水文氣象觀測(cè)、大壩浸潤(rùn)線及滲漏量觀測(cè)，分別由后灣水庫水文站、后灣水庫灌區(qū)管理局負(fù)責(zé)。大壩浸潤(rùn)線觀測(cè)孔位于大壩上下游壩面，為1980年12月鑿孔埋設(shè)，1981年9月開始觀測(cè)，1998年7月因全部損壞而停止觀測(cè)，歷史觀測(cè)資料有1981年10月—1995年2月實(shí)測(cè)原始記錄。目前，大壩浸潤(rùn)線觀測(cè)設(shè)施因老化失修，無法使用。大壩滲漏量觀測(cè)設(shè)施位于下游壩腳處，分別為壩后集中滲漏、黃土臺(tái)地滲漏觀測(cè)，歷史觀測(cè)資料有2004年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。目前，大壩滲漏量觀測(cè)設(shè)施簡(jiǎn)陋且已損壞，無法進(jìn)行正常觀測(cè)。另外，還存在觀測(cè)項(xiàng)目不完善等問題。

3 觀測(cè)項(xiàng)目設(shè)置

后灣水庫大壩等級(jí)為2級(jí)，按照《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的要求，結(jié)合本次水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，對(duì)觀測(cè)設(shè)施、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行更新改造及完善，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。觀測(cè)項(xiàng)目主要包括大壩表面變形觀測(cè)、大壩滲流壓力觀測(cè)、滲流量觀測(cè)、水位觀測(cè)、降水量與氣溫觀測(cè)等。

3.1 大壩表面變形觀測(cè)

新建大壩表面變形觀測(cè)包括壩面水平觀測(cè)和壩面沉降觀測(cè)。根據(jù)壩體地形情況，大壩表面變形觀測(cè)布置4個(gè)橫斷面、5個(gè)縱斷面。4個(gè)觀測(cè)橫斷面樁號(hào)分別為壩 0+050、壩 0+100、壩 0+150、壩 0+200，間距50 m，其中壩0+050、壩0+100為最大斷面，壩0+200為左側(cè)壩體（黃土臺(tái)地）斷面；5個(gè)觀測(cè)縱斷面為壩軸線上游側(cè)設(shè)置1個(gè)（距離壩軸線10.0 m），壩軸線下游側(cè)設(shè)置4個(gè)（分別距離壩軸線6.0 m，16.0 m，28.4 m，46.0 m）。壩 0+050、壩 0+100、壩 0+150處觀測(cè)橫斷面均布置5個(gè)（上游壩坡1個(gè)、下游壩坡4個(gè)）壩體測(cè)點(diǎn)，壩0+200處下游為電站管理區(qū)，因此觀測(cè)橫斷面布置3個(gè)（上游壩坡1個(gè)、下游壩坡2個(gè)）壩體測(cè)點(diǎn)。大壩兩岸每排測(cè)點(diǎn)的延長(zhǎng)線上各布置1個(gè)工作基點(diǎn)、一個(gè)校核基點(diǎn)，在大壩下游約1 km處選擇堅(jiān)實(shí)地基分別布設(shè)2個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)。本次觀測(cè)設(shè)計(jì)大壩表面變形觀測(cè)共設(shè)壩體測(cè)點(diǎn)18個(gè)、工作基點(diǎn)10個(gè)、校核基點(diǎn)10個(gè)、水準(zhǔn)基點(diǎn)2個(gè)。壩體測(cè)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)監(jiān)測(cè)水平及沉降位移，水準(zhǔn)基點(diǎn)只測(cè)沉降位移。沉降位移采用精密水準(zhǔn)法測(cè)量，水平位移包括橫向和縱向水平位移，橫向水平位移采用視準(zhǔn)線法測(cè)量，縱向水平位移采用鋼尺測(cè)量。

3.2 大壩滲流壓力觀測(cè)

根據(jù)大壩滲流壓力觀測(cè)設(shè)施現(xiàn)狀及現(xiàn)有歷史觀測(cè)資料情況，考慮與歷史觀測(cè)資料相銜接，使新舊觀測(cè)資料能夠相互比較、統(tǒng)一分析，本次觀測(cè)設(shè)計(jì)將滲流壓力觀測(cè)位置盡量布置在原觀測(cè)斷面周圍，保留原觀測(cè)項(xiàng)目，重建觀測(cè)設(shè)施。

大壩滲流壓力觀測(cè)包括壩體、壩基滲流壓力觀測(cè)。壩體滲流壓力觀測(cè)是為了確定壩體觀測(cè)斷面上的滲透壓力分布和浸潤(rùn)線的位置，壩基滲流壓力觀測(cè)是為了確定壩基觀測(cè)斷面上的滲透壓力分布。在原有壩體、壩基觀測(cè)孔西南向約2 m處重新并排布置壩體、壩基滲流壓力觀測(cè)孔，孔距2.0 m。

根據(jù)大壩特點(diǎn)及地質(zhì)條件，大壩滲流壓力觀測(cè)布置6個(gè)橫斷面、4個(gè)縱斷面。壩體3個(gè)觀測(cè)橫斷面樁號(hào)分別為壩0+041、壩0+075、壩0+135，壩基3個(gè)觀測(cè)橫斷面樁號(hào)分別為壩0+043、壩0+077、壩0+137；壩體、壩基4個(gè)觀測(cè)縱斷面為壩軸線上游側(cè)設(shè)置1個(gè)（距離壩軸線10.0 m），壩軸線下游側(cè)設(shè)置3個(gè)（分別距離壩軸線6.0 m，28.4 m，46.0 m）。本次觀測(cè)設(shè)計(jì)大壩滲流壓力觀測(cè)孔共設(shè)24個(gè)，壩體滲流壓力、壩基滲流壓力觀測(cè)孔各12個(gè)。滲流壓力采用振弦式測(cè)壓計(jì)進(jìn)行觀測(cè)，振弦式測(cè)壓計(jì)測(cè)頭放入各測(cè)孔，測(cè)頭引出信號(hào)接入DAU觀測(cè)站房?jī)?nèi)的振弦采集儀，通過電纜與設(shè)置在水庫監(jiān)控中心的電子計(jì)算機(jī)連接組成自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)。振弦式測(cè)壓計(jì)外部采用直徑為50 mm的透水花管（鍍鋅無縫鋼管制作）、銅絲網(wǎng)、棕皮、麻布等防護(hù)。

3.3 滲流量與水位觀測(cè)

為準(zhǔn)確觀測(cè)大壩滲漏量，需在樁號(hào)壩0+070處、大壩下游坡腳重新設(shè)置三角量水堰，采用量水堰測(cè)量?jī)x對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)量包括壩后集中滲漏和黃土臺(tái)地滲漏在內(nèi)的壩體、壩基滲流量。目前水庫通過水尺進(jìn)行庫水位觀測(cè)，本次設(shè)計(jì)將其更新為超聲波水位計(jì)，在庫區(qū)左側(cè)距壩軸線147.45 m處、溢洪道引渠段入口前側(cè)、下游量水堰處分別設(shè)置3個(gè)超聲波水位計(jì)。通過電纜接入水庫監(jiān)控中心的振弦采集儀，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換納入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)上下游水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為樞紐運(yùn)行提供參考。

另外，由于水庫現(xiàn)有降雨量與氣溫觀測(cè)由后灣水庫水文站負(fù)責(zé)，目前運(yùn)行正常，本次設(shè)計(jì)不予考慮。

4 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

大壩表面變形觀測(cè)需按照“土石壩安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目測(cè)次表”人工進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其余均可利用大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括兩方面內(nèi)容：一是實(shí)現(xiàn)各觀測(cè)項(xiàng)目中監(jiān)測(cè)儀器的自動(dòng)化測(cè)量和數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集；二是實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的集中處理和用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理分析。由于大壩監(jiān)測(cè)點(diǎn)較分散，為保證自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，采用抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、故障率低、擴(kuò)展方便、易于維護(hù)的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。即采集裝置分散地布置在靠近測(cè)點(diǎn)頭儀器的地方，獨(dú)立對(duì)所轄測(cè)點(diǎn)完成控制測(cè)量后，形成測(cè)量控制單元，采用A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)暫存和數(shù)據(jù)傳輸功能，通過電纜將各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入水庫監(jiān)控中心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置時(shí)，根據(jù)大壩測(cè)點(diǎn)的分布情況，在大壩下游壩面設(shè)DAU觀測(cè)站房，作為測(cè)量控制單元，負(fù)責(zé)采集大壩6個(gè)滲流觀測(cè)橫斷面上24個(gè)測(cè)壓計(jì)的原始數(shù)據(jù)。觀測(cè)站房位于大壩下游馬道高程918.00 m、中心線樁號(hào)壩0+100處，面朝下游馬道布置，長(zhǎng)2.67 m（垂直馬道方向）、寬2.64 m（順馬道方向），高2.80 m。水庫監(jiān)控中心設(shè)在水庫管理站院內(nèi)，包括相應(yīng)監(jiān)控設(shè)備及一面水測(cè)屏，負(fù)責(zé)對(duì)滲流壓力、滲流量、上下游水位、輸水洞供水量觀測(cè)等的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、分析、處理及查詢，掌握水庫大壩的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，結(jié)合大壩表面變形觀測(cè)、降雨量與氣溫觀測(cè)結(jié)果，為水庫大壩的安全決策提供依據(jù)。觀測(cè)點(diǎn)至DAU站房、DAU站房至水庫監(jiān)控中心、觀測(cè)點(diǎn)至水庫監(jiān)控中心的電源、數(shù)據(jù)信號(hào)電纜分別采用穿鋼管地埋方式敷設(shè)。

5 結(jié)語

后灣水庫除險(xiǎn)加固工程于2009年12月底通過竣工驗(yàn)收，目前，觀測(cè)項(xiàng)目基本投入使用，大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。隨著定期巡視檢查和觀測(cè)工作的展開，從各觀測(cè)點(diǎn)到水庫監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采集、集中處理和實(shí)時(shí)分析，確保了大壩的安全。