高廣合

(遼寧省白石水庫管理局有限責(zé)任公司， 遼寧 朝陽 122000)

1 工程概況及監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

白石水庫位于遼寧省北票市上園鎮(zhèn)附近的大凌河干流上，水庫控制面積為17649km2。大壩壩型為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程134.3m，最大壩高50.3m,壩頂長513 m，全壩分為32個(gè)壩段，編號(hào)0#-31#號(hào)壩段，水庫正常高水位127m，死水位108m。

真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)由發(fā)射端、真空管道、測(cè)點(diǎn)箱、接收端、數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)等組成，具有抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、數(shù)據(jù)采集連續(xù)穩(wěn)定的特點(diǎn)。白石水庫壩頂真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)共有傳感器30個(gè)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)DJ01-DJ30，用于監(jiān)測(cè)壩頂1#-30#壩段相對(duì)于0#以及31#壩段的水平位移。

2 監(jiān)測(cè)模型

結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定性分析各監(jiān)測(cè)量的變化規(guī)律[1-3]，根據(jù)水壓、溫度和時(shí)效等因子建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)影響大壩壩體變形的各因子進(jìn)行計(jì)算分析，按以下形式構(gòu)造監(jiān)測(cè)模型。

(1)

式中：YH為水壓分量，即：

(2)

YT為溫度分量，即：

(3)

為時(shí)效分量，即：

(4)

式中：H為上游水位；fk(s)為溫度周期函數(shù)，取觀測(cè)日當(dāng)天值、前15d、前30d、前60d、前90d值的氣溫平均值；fk(t)為時(shí)效函數(shù)；B0為常數(shù)項(xiàng)；S為剩余標(biāo)準(zhǔn)差。

3 監(jiān)測(cè)成果分析

為便于分析研究白石水庫真空激光準(zhǔn)直監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，選取2015年7月-2019年6月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)典型測(cè)點(diǎn)JD14、JD20、JD24壩頂?shù)乃?X向)位移進(jìn)行分析比較，JD14、JD20、JD24水平位移過程線見圖1。

分析結(jié)果如下：

1) 溫度因子是影響大壩水平位移的主要因子，測(cè)點(diǎn)JD14、JD20、JD24溫度分量占總量的比例分別為75.6%、64.60%、68.2%；其次為時(shí)效因子占比分別為18.46%、19.23%、21.55%；水壓因子對(duì)水平變形的影響最小。

2)測(cè)點(diǎn)JD14水平位移在-8.21-6.19mm之間，變幅14.40mm；測(cè)點(diǎn)JD20水平位移在-3.24-6.10mm之間，變幅9.34mm；測(cè)點(diǎn)JD24水平位移在-5.39-7.55mm之間，變幅12.94mm。

3)測(cè)點(diǎn)JD14、JD20、JD24壩頂?shù)乃轿灰谱兓厔?shì)相同，各測(cè)點(diǎn)每年相同時(shí)段位移變化量不大。

4)由圖1可知，壩頂水平位移受庫水位變化的影響較小，受環(huán)境溫度的影響較為顯著，主要表現(xiàn)為在高溫季節(jié)向上游移動(dòng)，在低溫季節(jié)向下游移動(dòng)，隨溫度的升降呈周期性變化。壩頂水平位移量與環(huán)境溫度的變化成正比，環(huán)境溫度變化越大，水平位移量也相應(yīng)的增大[4-7]。

圖1 JD14、JD20、JD24水平位移過程線

4 系統(tǒng)可靠性分析

自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性可用平均無故障時(shí)間進(jìn)行考核，平均無故障時(shí)間(MTBF)是指兩次相鄰故障間的正常工作時(shí)間，計(jì)算公式如下：

平均無故障時(shí)間計(jì)算公式：

(5)

式中:ti為監(jiān)測(cè)期內(nèi)，第i臺(tái)設(shè)備工作時(shí)數(shù)；ri為監(jiān)測(cè)期內(nèi)，第i臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)的故障次數(shù)；n為系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備總數(shù)。

經(jīng)計(jì)算白石水庫真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)平均無故障時(shí)間為6480h(≥6300h)，滿足規(guī)范要求。

數(shù)據(jù)采集缺失率是指在考核期內(nèi)未能測(cè)得的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)與應(yīng)測(cè)得的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)之比，即

η=ρ/ω×100%

其中η為數(shù)據(jù)采集缺失率；ρ為未能測(cè)得的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；ω為應(yīng)測(cè)得的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)光路在真空管道中傳輸，受外界環(huán)境的影響較小，但是由于白石水庫大壩壩體防雷存在設(shè)計(jì)缺陷，2015年7月-2019年6月期間發(fā)生幾次雷擊事故，造成真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的采取存在缺失的情況，后加強(qiáng)防雷管護(hù)，重新設(shè)計(jì)安裝了防雷設(shè)施，現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定可靠。真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)較多，僅統(tǒng)計(jì)2018年7月至2019年6月一年的數(shù)據(jù)缺失率，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集總?cè)笔蕿?.423%，各測(cè)點(diǎn)缺失率及總?cè)笔示?3%，未超過規(guī)范規(guī)定，符合規(guī)范要求。

表1 測(cè)點(diǎn)缺失率統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié) 論

通過對(duì)白石水庫真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)的研究分析，可以得出以下結(jié)論：

1)測(cè)點(diǎn)JD14、JD20、JD24水平位移變化呈現(xiàn)規(guī)律性，變化趨勢(shì)相同，受溫度的影響最大，高溫季節(jié)向上游變化，低溫季節(jié)向下游變化。

2)白石水庫真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)大壩壩體變形量符合大壩變形規(guī)律，數(shù)據(jù)穩(wěn)定連續(xù)，觀測(cè)精度高，維護(hù)方便，自動(dòng)化程度非常高，節(jié)約了大量的工作時(shí)間，大大提高了工作效率，在大壩壩體變形監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著極其重要的作用。

3)真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，特別注意防雷及真空激光發(fā)射端操作井積水現(xiàn)象，確保系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行。