周凌帆

（江西省貴溪市水利局，江西貴溪335400）

水庫工程安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

周凌帆

（江西省貴溪市水利局，江西貴溪335400）

論文以硬石嶺水庫為例，對水庫除險加固中的溢洪道加固、壩體加固等內(nèi)容的安全監(jiān)測方案的設(shè)計進(jìn)行了分析探討，并建立了安全監(jiān)控系統(tǒng)，提高了大壩的安全管理水平。

水庫；除險加固；安全監(jiān)測；自動化

1 水庫除險加固工程安全監(jiān)測的意義及現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)查，當(dāng)前我國大約有3.2萬座水庫屬于病險水庫。到目前為止，其中相繼出現(xiàn)了3549余座潰壩的情況，其中小型水庫占到了97%，嚴(yán)重影響了人們的生命財產(chǎn)安全以及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)建設(shè)。為降低險情的發(fā)生率，保證居民的安全，國家出臺的“全國病險水庫除險加固專項規(guī)劃”對水庫除險加固提出了指導(dǎo)意見和實施措施。在對水庫進(jìn)行加固的具體實施過程中進(jìn)行安全監(jiān)測是一個非常重要的環(huán)節(jié)，通過設(shè)計對水庫進(jìn)行全方位科學(xué)監(jiān)測，掌握壩體、壩基及滲流等重要部位的安全質(zhì)量，這對水庫繼續(xù)投入使用后產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)和社會效益有著重要的意義。然而由于經(jīng)濟(jì)水平的制約，目前很多中小型水庫受到資金短缺、技術(shù)設(shè)備落后等各方面條件的影響發(fā)展較為緩慢，因而很難滿足現(xiàn)代水利工程安全監(jiān)測的要求［1］。加強(qiáng)小型水庫的安全質(zhì)量監(jiān)測尤為重要。

2 工程案例

圖1 水庫主壩斷面圖

硬石嶺水庫為中型水庫，位于貴溪市鴻塘鎮(zhèn)何家村，水庫的集水面積為42萬km2，最大壩高18.5m，壩頂高程55.5m，溢洪道高程47.4m，正常蓄水量為4640萬m3。水庫主壩斷面圖如下圖。硬石嶺水庫現(xiàn)裝有一些壩體安全監(jiān)測儀器，主要對大壩的以下項目進(jìn)行監(jiān)控：壩體水平位移監(jiān)測、垂直位移監(jiān)測、壩體水位線觀測、壩基滲透壓監(jiān)測、大壩排水道和繞壩滲透量的觀測以及溢洪道的相關(guān)安全項目的觀測［2］。

部分監(jiān)測項目的監(jiān)測方法為：采用WI L D T 3經(jīng)緯儀對水平位移進(jìn)行觀測，通過視準(zhǔn)線法進(jìn)行人工監(jiān)測；選擇水準(zhǔn)測量法通過人工觀測實現(xiàn)對垂直位移的記錄；對壩體浸潤線觀測、壩基滲透壓力觀測、大壩排水體和繞壩滲流觀測以及溢洪道堰基滲透壓力觀測選擇測壓管觀測。

通常情況下，水庫各項目監(jiān)測所采用的主要是人工方法進(jìn)行，但由于水庫項目較多，工作量大，數(shù)據(jù)整理工作較為復(fù)雜，采用人工進(jìn)行觀測可能會出現(xiàn)一定的誤差，因此相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用加以輔助可有效的避免人工檢測所存在的弊端，從而使水庫管理工作更為高效化。

3 監(jiān)測項目的設(shè)定

按照水庫除險加固工程項目的相關(guān)規(guī)定，安全監(jiān)測項目應(yīng)包含以下基本內(nèi)容，即工程變形現(xiàn)象的監(jiān)測、滲流現(xiàn)象的監(jiān)測、水位監(jiān)測以及流量監(jiān)測等內(nèi)容。現(xiàn)就硬石嶺水庫除險加固工程項目為例進(jìn)行探究，在資金滿足條件的基礎(chǔ)上，做好壩體、壩基以及滲流等方面的監(jiān)測工作。

3.1 滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測的主要目的是能準(zhǔn)確的監(jiān)測出壩體在上、下游水位差作用下產(chǎn)生的滲流場情況。滲流監(jiān)測的主要內(nèi)容應(yīng)有壩體浸潤線監(jiān)測、繞壩滲流監(jiān)測、基礎(chǔ)滲透壓力監(jiān)測以及繞閘滲流監(jiān)測這四方面。滲流監(jiān)測的主要方法是在監(jiān)測時首先要設(shè)置一定的滲流監(jiān)測區(qū)域，其次在設(shè)計上要在原測點周邊重新鉆側(cè)壓孔，然后安裝測壓孔，最后設(shè)置滲壓計。

3.2 變形監(jiān)測

要使監(jiān)測數(shù)據(jù)保持一定的不間斷性，硬石嶺水庫變形監(jiān)測要遵循一定的原則，即原壩體與溢洪道變形監(jiān)測點要設(shè)置到位。

（1）水平位移監(jiān)測措施。通過全站儀實現(xiàn)對水平位移的監(jiān)測工作，對數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析后可獲得各測點的水平位移量。

（2）垂直位移監(jiān)測措施。使用水準(zhǔn)儀與測尺等測量工具，順著壩兩岸起測基點與壩上各位移標(biāo)點的方向進(jìn)行測量，嚴(yán)格參照國家三等水準(zhǔn)測量方式進(jìn)行監(jiān)測，誤差控制在1.4m m以下。

3.3 溫度監(jiān)測

在對水利項目所監(jiān)測的各項內(nèi)容中，對壩體內(nèi)部溫度的監(jiān)測是不容忽視的一項內(nèi)容。溫度監(jiān)測的方法是分別在壩面內(nèi)側(cè)等周圍設(shè)置幾只溫度計，對壩體表面溫度、壩體自身溫度以及壩基溫度進(jìn)行準(zhǔn)確觀測，可多放置幾只溫度計進(jìn)行測量，以減小測量誤差。以上所列舉的觀測點都應(yīng)接入D A U數(shù)據(jù)采集單元，并歸入自動化監(jiān)測系統(tǒng)中。

3.4 溢洪道閘墩應(yīng)力觀測

為了能夠更為直觀的熟悉與掌握溢洪道閘墩在一側(cè)水壓力以及弧門推力作用下的應(yīng)力分布，觀測人員可在基面閘墩迎水側(cè)的支座下部，分別設(shè)置兩組三向應(yīng)變力，從而可以準(zhǔn)確、快速的了解截面的受力情況。

3.5 溢洪道閘門上、下游水位觀測

溢洪道閘門上、下游水位及水面線內(nèi)容的觀測可在溢洪道閘門上游閘墩及下游翼墻上用相應(yīng)的記號筆做好標(biāo)記，實現(xiàn)對大壩上、下游水位的實時監(jiān)測。

3.6 流量監(jiān)測

為了能夠準(zhǔn)確、有效的監(jiān)測出泄洪流量的多少，觀測人員可在泄洪洞的左、右兩側(cè)各設(shè)置一套八聲路超聲波流量計。

3.7 庫區(qū)水位觀測

在對庫區(qū)水位觀測時，可在監(jiān)測區(qū)域設(shè)置一支水位計，實現(xiàn)監(jiān)測的精準(zhǔn)性與高效性。

4 大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計

4.1 系統(tǒng)主要組成

硬石嶺水庫所采用的除險加固安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要選取的是分層分布式結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)主要由傳感器、監(jiān)測分站、監(jiān)測總站、光纜以及安全監(jiān)測管理軟件組成的一個完整體［3］。在該系統(tǒng)中，監(jiān)測總站主要位于樞紐中控室內(nèi)，監(jiān)測總站由監(jiān)測服務(wù)器、監(jiān)測工作站、打印機(jī)以及電源等設(shè)備組成。監(jiān)測總站的主要職責(zé)是對各分站所獲取的數(shù)據(jù)等進(jìn)行仔細(xì)分析與處理后將其準(zhǔn)確輸出以及進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等，對所獲取的數(shù)據(jù)以及相關(guān)參數(shù)等資料都應(yīng)將其放入指定的數(shù)據(jù)庫中，從而實現(xiàn)資源的全面共享。在這里要強(qiáng)調(diào)的一點是系統(tǒng)管理員自身可對監(jiān)測服務(wù)器上的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與操作，而其他人員只能通過權(quán)限設(shè)置在相關(guān)局域網(wǎng)內(nèi)對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢與監(jiān)視。

4.2 系統(tǒng)主要作用

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的主要作用有：①具有一定的檢測數(shù)據(jù)采集作用；②具有系統(tǒng)操作與顯示作用；③具有數(shù)據(jù)存儲作用；④具有整合信息的作用；⑤可對大壩安全監(jiān)測分析進(jìn)行定性評價；⑥具有一定的系統(tǒng)防護(hù)與自檢作用；⑦具有人工接口的作用。

4.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)具有如下功能：一是可實現(xiàn)自動化反復(fù)測量；二是能夠進(jìn)行自動選點測量；三是人工測量。系統(tǒng)一方面必須對接入數(shù)據(jù)所使用到的全部儀器進(jìn)行系統(tǒng)、全面的測量，另一方面還需對專用接口接入人工測量儀表所專用的某個儀器進(jìn)行全面測量，值得注意的是人工測量與自動化測量應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行［4］。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要形式有三種：一是人工采集；二是半自動化采集；三是自動采集。三種數(shù)據(jù)采集方式的選擇應(yīng)用方法如下：

人工采集：人工采集的主要目標(biāo)是一些采用人工方法或是只能通過人工檢測的項目，通過人工采集這種方式所獲取的數(shù)據(jù)，都應(yīng)該及時輸入相關(guān)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中，以防數(shù)據(jù)丟失。

半自動采集：在施工階段或是自動化運(yùn)行時系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)狀況時，操作人員可通過監(jiān)測儀現(xiàn)場直接進(jìn)行讀數(shù)，待全部數(shù)據(jù)記錄完畢后可轉(zhuǎn)入安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)中。

自動采集：自動采集主要是針對一些可進(jìn)行自動采集的監(jiān)測項目，操作人員只需在監(jiān)測工作站提前將采集參數(shù)設(shè)置到位，然后可通過網(wǎng)絡(luò)媒介等對所取得數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并最后傳輸?shù)奖O(jiān)測中心站的數(shù)據(jù)庫中。

4.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸

大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息主要是通過光纖這一媒介進(jìn)行傳輸?shù)模畔⑼ㄓ嵐芾碇饕怯蔁o線通訊以及局域網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)的，信息通訊管理可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用，可完全實現(xiàn)自動化的管理模式，不需要相關(guān)人員的指導(dǎo)，所有的觀測點都能通過網(wǎng)絡(luò)自動化清楚明了的監(jiān)測。

4.5 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要是把水利專業(yè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形等高科技方式實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、持續(xù)的運(yùn)行。該系統(tǒng)軟件的優(yōu)點是：一是可操作性強(qiáng)；二是安全可靠；三是便于維護(hù)與管理。該系統(tǒng)軟件還具有在線和離線數(shù)據(jù)管理和分析處理的功能，一方面在數(shù)據(jù)的更新、檢索以及打印等方面都

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周凌帆（1979—）女，工程師。