(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

1 概述

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，下距蒼溪縣城約15km，是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程。該工程以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)，并具有攔沙減淤等效益。水庫正常蓄水位458m，死水位438m，設(shè)計(jì)洪水位461.3m，校核洪水位463.07m，總庫容40.67億m3。水庫預(yù)留防洪庫容10.6億m3(非常運(yùn)用時(shí)為14.4億m3)，可灌溉農(nóng)田19.48萬hm2，電站裝機(jī)1100MW，通航建筑物為2×500t級(jí)。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，本工程工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(Ⅰ)型。據(jù)亭子口站1954～2006年53年徑流系列統(tǒng)計(jì)，多年平均流量598m3/s，平均徑流量189億m3，年平均徑流深為309mm，汛期為5～10月，占全年水量的79.8%，以7～9月更為集中，占全年水量的51.9%；非汛期11月～翌年4月，僅占年水量的20.2%。觀測(cè)方法上世紀(jì)50～60年代基本是用視準(zhǔn)線量測(cè)水平位移，用精密水準(zhǔn)法測(cè)垂直位移，用正倒垂線測(cè)壩體和壩基的相對(duì)變形及絕對(duì)變形；上世紀(jì)70年代開始采用引張線等，上世紀(jì)80年代變形觀測(cè)發(fā)展很快，出現(xiàn)了垂線及引張線遙測(cè)坐標(biāo)儀、真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)、遙測(cè)靜力水準(zhǔn)儀等，對(duì)水工建筑物的監(jiān)測(cè)也從壩體和壩基擴(kuò)展到壩基深處、壩肩及近壩庫岸邊坡等；上世紀(jì)90年代我國變形監(jiān)測(cè)開始進(jìn)入自動(dòng)化階段，采用了先進(jìn)儀器和自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，含有專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)一定成分的大壩監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)，正在一些大壩開展并實(shí)現(xiàn)，有的已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了多座大壩的安全監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)。

2 大壩變形監(jiān)測(cè)范圍

壩體：壩頂、迎水坡、背水坡及壩址。

壩基和壩區(qū)：壩基、壩端、壩址近區(qū)、壩端岸坡、上游鋪蓋。

溢洪道：進(jìn)水段(引渠)、堰頂或閘室、閘墩、邊墻、胸墻、溢流面、底板、工作橋。

輸、泄水洞：引水段、豎井、洞身、工作橋、出口。

閘門及啟閉機(jī)：閘門及其開度指示器、門槽、止水、啟閉機(jī)及備用電源。

觀測(cè)及通訊設(shè)備：觀測(cè)設(shè)備、通訊設(shè)施、照明及交通設(shè)施。

大壩變形監(jiān)測(cè)方法與周期見表1。

表1 一級(jí)電站大壩人工儀器監(jiān)測(cè)方法與周期

序號(hào)名 稱測(cè)量方法測(cè)量周期1壩頂垂直位移水準(zhǔn)測(cè)量每月應(yīng)最少2次2壩頂水平位移活動(dòng)占牌法每月應(yīng)最少2次3測(cè)縫計(jì)讀數(shù)儀每月應(yīng)最少2次4三向應(yīng)變計(jì)讀數(shù)儀每月應(yīng)最少2次5無應(yīng)力計(jì)讀數(shù)儀每月應(yīng)最少2次6溫度計(jì)每月應(yīng)最少2次7水位人工比測(cè)水位計(jì)、水尺每周應(yīng)最少2次

3 大壩變形測(cè)量方法

3.1 視準(zhǔn)線法

通過視準(zhǔn)線或經(jīng)緯儀建立一個(gè)平行或通過壩軸線的鉛直平面作為基準(zhǔn)面，定期觀測(cè)壩上測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)面之間偏離值的大小，即為該點(diǎn)的水平位移，適用于直線形混凝土閘壩頂部和土石壩壩面的水平位移觀測(cè)。當(dāng)采用這一方法時(shí)，主要要求它們的端點(diǎn)穩(wěn)定，所以必須要作適當(dāng)?shù)牟贾?，只能定期地測(cè)定端點(diǎn)的位移值，而將觀測(cè)值加以改正。視準(zhǔn)線觀測(cè)方法具有速度快、精度較高、原理簡單、方法實(shí)用、實(shí)施簡便、投資較少的特點(diǎn)，在水平位移觀測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。不足的是對(duì)較長的視準(zhǔn)線而言，由于視線長，使照準(zhǔn)誤差增大，甚至可能造成成照困難。當(dāng)視準(zhǔn)線太長時(shí)，目標(biāo)模糊，照準(zhǔn)精度太差且后視點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)距離相差太遠(yuǎn)，望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦誤差較大，無疑對(duì)觀測(cè)成果有較大影響。

3.2 引張線法

利用張緊在兩工作基點(diǎn)之間的不銹鋼絲作為基準(zhǔn)線，測(cè)量沿線測(cè)點(diǎn)和鋼絲之間的相對(duì)位移，以確定該點(diǎn)的水平位移，適用于大型直線形混凝土的廊道內(nèi)測(cè)點(diǎn)的水平位移觀測(cè)，主要用于測(cè)定混凝土建筑物垂直于軸線方向的(順?biāo)鞣较?水平位移。

3.3 激光準(zhǔn)直法

利用激光束代替視線進(jìn)行照準(zhǔn)的準(zhǔn)直方法，使用的儀器有激光準(zhǔn)直儀、波帶板激光準(zhǔn)直系統(tǒng)和真空管道激光準(zhǔn)直系統(tǒng)等，適用于大型直線形混凝土壩觀測(cè)。對(duì)于布設(shè)在直線型的土石壩或混凝土壩頂上觀測(cè)點(diǎn)的水平位移，主要是采用視準(zhǔn)線法和激光準(zhǔn)直方法觀測(cè)。因?yàn)樗鼈兯俣瓤?，精度較高，計(jì)算工作也較簡單。當(dāng)采用這一方法時(shí)，主要要求它們的端點(diǎn)穩(wěn)定，必須作適當(dāng)?shù)牟贾茫捎眠m當(dāng)?shù)姆椒▉頇z核這一要求是否滿足。

3.4 垂線法

以壩體或壩基的鉛垂線作為基準(zhǔn)線，采用坐標(biāo)儀測(cè)定沿線點(diǎn)位和鉛垂線之間的相對(duì)水平位移。這種方法適用于各種形式的混凝土壩。垂線由不銹鋼絲制成，鋼絲下部吊重錘，懸掛點(diǎn)在上部的稱為正垂線；錨固點(diǎn)在基巖深處，依靠頂部浮筒的浮力將鋼絲張緊的稱為倒垂線。前者可測(cè)相對(duì)于懸掛點(diǎn)的相對(duì)水平位移，后者可測(cè)相對(duì)于錨固點(diǎn)的絕對(duì)水平位移.

3.5 交會(huì)法

利用三角網(wǎng)或?qū)Ь€測(cè)定兩個(gè)或三個(gè)固定基點(diǎn)的坐標(biāo)，通過基點(diǎn)測(cè)定閘壩上位移標(biāo)點(diǎn)的水平位移，適用于長度超過500m的混凝土重力壩和土石壩的水平位移觀測(cè)，也可用于混凝土拱壩壩頂和下游面的水平位移觀測(cè)。對(duì)于混凝土壩下游面上的觀測(cè)點(diǎn)以及對(duì)于拱壩的觀測(cè)，常采用前方交會(huì)法。這時(shí)系以壩下游地區(qū)的控制點(diǎn)為測(cè)站，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行前方交會(huì)，從而求得其位移值。用前方交會(huì)法則可求得位移值的總量，這是該法的優(yōu)點(diǎn)。基點(diǎn)布置有較大靈活性，能同時(shí)觀測(cè)2個(gè)方向的位移，觀測(cè)耗時(shí)少。當(dāng)測(cè)點(diǎn)較多，并分布在多條直線上時(shí)，交會(huì)法的耗時(shí)較視準(zhǔn)線等方法少。不足的是，前方交會(huì)法由于受測(cè)角誤差、測(cè)邊誤差、交會(huì)角及圖形結(jié)構(gòu)、基線長度、外界條件的變化等因素影響，精度較低。另外，其觀測(cè)工作量較大，計(jì)算過程較復(fù)雜，故不單獨(dú)使用，而是常作為備用手段或配合其他方法使用。

3.6 導(dǎo)線法

在混凝土拱壩廊道內(nèi)布置折線形導(dǎo)線，以導(dǎo)線端點(diǎn)的倒垂線作基準(zhǔn)，用以測(cè)量壩內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)的水平位移，只適用于大型混凝土厚拱壩或曲線形重力壩。如重力拱壩、曲線型橋梁以及一些高層建筑物的位移觀測(cè)，就不如導(dǎo)線測(cè)量法、前方交會(huì)法以及地面攝影等方法有利。這些方法可以同時(shí)測(cè)定建筑物上某觀測(cè)點(diǎn)在兩個(gè)方向的位移(即在水平面內(nèi)的位移)。與一般測(cè)量工作相比，由于變形觀測(cè)是通過重復(fù)觀測(cè)，由不同周期觀測(cè)成果的比較中確定觀測(cè)點(diǎn)的位移，因此這種導(dǎo)線在布設(shè)、觀測(cè)以及計(jì)算諸方面都具有自身的特點(diǎn)。

3.7 幾何水準(zhǔn)測(cè)量法

利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺從水準(zhǔn)基點(diǎn)開始測(cè)量各點(diǎn)位高程，通過各點(diǎn)位高程變化求得其垂直位移，適用于混凝土閘壩和土石壩垂直位移觀測(cè)。目前沉陷觀測(cè)中最常采用的是水準(zhǔn)測(cè)量方法，對(duì)于中、小型廠房和土工建筑物沉陷觀測(cè)可采用普通水準(zhǔn)測(cè)量；而對(duì)于高大重要的混凝土建筑物，例如大型工業(yè)廠房、高層建筑物以及混凝土壩，要求其沉陷觀測(cè)的中誤差大于1mm，因而就得采用精密水準(zhǔn)測(cè)量的方法。

3.8 三角高程測(cè)量

三角高程測(cè)量往往在一些進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量比較困難，監(jiān)測(cè)精度相對(duì)較低的外部變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中使用，精確量取棱鏡高、測(cè)站一起高，控制最大視線長度，氣象條件觀測(cè)，必須進(jìn)行地球曲率和大氣折光差改正。

3.9 液體靜力水準(zhǔn)法

該法是利用連通管原理測(cè)量各點(diǎn)位容器內(nèi)液面高差，以測(cè)定各點(diǎn)垂直位移的觀測(cè)方法，適用于混凝土閘壩基礎(chǔ)廊道和土石壩表面垂直位移觀測(cè)。由于用液體靜力水準(zhǔn)儀作業(yè)時(shí)，一定要在液面平衡后才進(jìn)行讀數(shù)，因而作業(yè)效率就比較低。應(yīng)用液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量，兩點(diǎn)不需要通視，精度高，對(duì)于解決所提出的任務(wù)，不僅能對(duì)設(shè)備位置進(jìn)行遙測(cè)，而且還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。為保證對(duì)建筑物上觀測(cè)點(diǎn)位置的長期觀測(cè)，應(yīng)用固定設(shè)置的液體靜力水準(zhǔn)儀是合適的。

4 結(jié)語

亭子口水利樞紐大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)分析，大壩變形參數(shù)均在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。通過對(duì)大壩變形的監(jiān)測(cè)，有以下體會(huì)：

在大壩變形監(jiān)測(cè)中，環(huán)境潮濕、設(shè)備受各種外界條件干擾、折光影響、測(cè)點(diǎn)變形、蓄水期前很少測(cè)得大壩監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)值等問題相當(dāng)普遍。實(shí)踐證明，對(duì)這些問題解決好的，其變形觀測(cè)工作就開展得正常。否則，不但監(jiān)測(cè)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)不了，就是人工觀測(cè)也難以順利進(jìn)行，在資料整理和分析中，遇到的問題就更多。因此，大壩監(jiān)測(cè)的各個(gè)環(huán)節(jié)均應(yīng)十分重視，以保證使大壩監(jiān)測(cè)工作發(fā)揮出更大的作用。

〔1〕張正祿，張松林，黃全義，王瀛勇.大壩安全監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)報(bào)的發(fā)展綜述[J].大壩與安全，2002，(05).

〔2〕欒元重.大壩變形的時(shí)空模型及參數(shù)反演理論[J].大壩觀測(cè)與土工測(cè)試，1998，(02).