趙山渡水庫大壩監(jiān)測系統(tǒng)評價和資料分析

陳培真

(溫州市水利局 325000)

1 概述

1.1 工程概況

趙山渡引水工程是飛云江干流中游河段上的控制水利工程，是珊溪水利樞紐工程的重要組成部分，由引水樞紐工程和輸水渠系工程兩部分組成，引水樞紐工程位于溫州瑞安市龍湖鎮(zhèn)西北的趙山渡，距溫州市87km。閘址以上流域面積2302km2，多年平均流量88.8m3/s;珊溪—趙山渡區(qū)間面積773km2，相應區(qū)間流域多年平均降水量為1869mm，多年平均徑流量8.3億m3。水庫校核洪水位23.37m，設計洪水位和正常蓄水位 22.0m，電站裝機容量 2×10MW，總庫容3414萬m3。工程是以供水、灌溉為主，兼顧發(fā)電、防洪綜合利用的Ⅱ等大(2)型水利工程。

工程由左右岸混凝土重力壩、河床式電站廠房和泄洪閘等組成。泄洪閘位于主河床，最大閘高29.0m，閘頂長367.4m(含重力壩和河床式廠房)，設有16個閘孔，孔寬12m。河床式廠房位于右岸河灘，安裝兩臺單機容量10MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組。泄洪閘地基主要為砂礫卵石，采用混凝土防滲墻進行防滲處理;左右岸混凝土重力壩、廠房地基巖性為角巖化粉砂質(zhì)泥巖，基礎進行了固結灌漿和帷幕灌漿處理。

1.2 大壩監(jiān)測系統(tǒng)布置

該工程等別為Ⅱ等，大壩安全監(jiān)測項目主要是水平位移、垂直位移、上下游水位和降雨等。

1.2.1 水平位移監(jiān)測點布置

在左右岸重力壩、廠房、泄洪閘等壩段壩頂25.5m高程沿0+006.50樁號設置一條視準線，共布置22個測點。測點編號從右岸重力壩至5號泄洪閘孔左邊墩依次為CD1～CD11，從7號泄洪閘孔至左岸重力壩依次為 CD12～CD22。

視準線采用分段觀測，設置3個工作基點，分別位于右岸重力壩，樁號閘右0+093.55，編號GZ1;6號泄洪閘孔左邊墩，樁號閘左0+090.60，編號GZ2;左岸重力壩，樁號閘左0+280.00，編號GZ3。

在右岸視準線延長線上設置一個校核基點，在左岸公路旁視準線上下游側設置兩個校核基點(上游點編號為ZX1，下游點為ZX2)。水平位移采用視準線小角度法施測。

1.2.2 垂直位移監(jiān)測點布置

垂直位移測點與水平位移測點共用。水準基點設在左右岸上壩公路邊，BM1位于右樁號0+011.0、閘右0+094.65處，左岸公路邊水準基點BM2已被破壞，用同等級水準S1替代 BM2，S1位于公路邊樁號0+265.00、閘左0+300.00處。垂直位移按國家四等水準測量要求施測。

1.2.3 環(huán)境量監(jiān)測

上、下游水位采用壓力式自記水位計進行監(jiān)測，上游水位測站設置在上游岸邊，距大壩約1km;下游水位測站設置在右岸下游辦公樓附近。另外還設置水尺可進行人工監(jiān)測。降雨監(jiān)測用的雨量計設置在右岸廠房頂。

1.3 監(jiān)測工作實施情況

a.水平位移采用小角度法施測，角度觀測三測回，儀器為日本賓得R-122全站儀，按下列方式進行觀測:

在GZ1工作基點設站，后視GZ2工作基點，觀測CD2～CD5測點;

在GZ2工作基點設站，后視GZ1工作基點，觀測CD6～CD12測點;

在GZ2工作基點設站，后視GZ3工作基點，觀測CD13～CD17測點;

在GZ3工作基點設站，后視GZ2工作基點，觀測CD18～CD22測點。

b.垂直位移按國家四等水準測量要求實測，水準路線由水準基點 S1、水準工作 GZ2以及位移測點CD1～CD22組成一個閉合環(huán)。

2 監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀運行評價

2.1 變形監(jiān)測評價

a.從現(xiàn)場檢查情況看，對照DL/T 5178—2003《混凝土壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》的要求，主要存在的問題為:?視準線各測點結構不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求;?視準線測點觀測時采用三角架垂球?qū)χ校瑴y點結構對保證滿足規(guī)范要求的監(jiān)測精度不利;?觀測墩頂部設置的對中底盤銹蝕嚴重;?左右壩肩校核基點、工作基點和測點相距太近，屬于同一區(qū)域，如測點發(fā)生位移，校核基點、工作基點也有可能產(chǎn)生不同程度的位移，監(jiān)測數(shù)據(jù)不能正確反映測點的實際位移情況。

b.本工程視準線長達374m，采用小角度法分段觀測的方法是正確的。但由于目前壩頂小角度法觀測時，GZ2作為后視或測站，在計算中沒有考慮到GZ2實際發(fā)生的位移，因此目前計算得到的壩頂各水平位移測值存在著系統(tǒng)差值，且各測點不同。具體演算說明如下:

設GZ2在第j次觀測時相對首次觀測時發(fā)生了位移ε1j，相對2002年3月日觀測時發(fā)生了位移ε3j，并設CD2～CD12至 GZ1距離為 S1i，CD13～CD22至GZ3距離為S3i，GZ1至 GZ2的距離為 S12，GZ3至 GZ2的距離為 S32，各測點目前計算得到的水平位移為δji，各測點實際的位移為Δji(參見示意圖):

測點實際位移Δji計算示意圖

正確的觀測方法是在GZ1和GZ3觀測時，后視點分別選擇GZ3和GZ1，同時均觀測GZ2，取得GZ2的位移值。GZ1觀測得到的 GZ2測值的精度為:，GZ3觀測得到的GZ2測值的精度為:，最終的GZ2測值應該取兩者的加權平均，這樣，將S12=184m、S32=190m代入公式，得到GZ2加權平均測值Xj的精度為±0.67 mαmm。式中mα為測角中誤差，以秒為單位。

計算時，在GZ1、GZ3觀測的各測點的測值為最終測值，在GZ2點觀測時，當后視GZ1時，觀測的各測點的測值應按計算，當后視GZ3時，觀測的各測點的測值應按計算，各測點的位移則為Δ=Y－Y，其中Yjiji0i0i為該點初次測值。

c.目前垂直位移按國家四等水準測量要求實測，每公里偶然中誤差為±5mm，全中誤差為±10mm，不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，應改用一等水準進行觀測。

2.2 環(huán)境量監(jiān)測評價

上下游水位、降雨量監(jiān)測設置實現(xiàn)了自動遙測，能滿足要求，但應增設氣溫監(jiān)測項目，所有環(huán)境量監(jiān)測資料應與變形、滲流等監(jiān)測資料一起長期保存。

3 監(jiān)測資料分析

3.1 水平位移監(jiān)測資料分析

3.1.1 水平位移監(jiān)測資料特征值統(tǒng)計表

根據(jù)實測資料統(tǒng)計分析(見表1)，壩頂水平位移各測點最大值在－0.69～4.04mm之間，最小值在－6.56～0.00mm之間，最大年變幅在1.56～8.81mm之間。

表1 壩頂水平位移特征值統(tǒng)計

3.1.2 壩頂視準線測點水平位移實測過程統(tǒng)計分析(過程線略)

a.各測點的精度較低，水平位移測值規(guī)律性較差。

b.隨著監(jiān)測工作的正常開展，監(jiān)測資料的連續(xù)性，測值精度有所提高。

c.上下游水位對壩頂水平位移的影響較小，其主要原因是上下游水位運行平穩(wěn)，總體水位變幅較小。

d.各測點時效位移不明顯。

3.2 垂直位移監(jiān)測資料分析

3.2.1 特征值統(tǒng)計

根據(jù)實測資料統(tǒng)計分析(見表2)，壩頂垂直位移各測點最大值在14.4～24.5mm之間，最小值在4.5～18mm之間，最大年變幅在2.5～13.9mm之間。泄洪閘壩段的測點測值相對其他壩段較大。

表2 壩頂垂直位移特征值統(tǒng)計

3.2.2 壩頂垂直位移實測過程統(tǒng)計分析(過程線略)

a.隨著測次增加，各測點的位移開始呈明顯的年周期性變化。

b.相鄰壩段測點變化同步性較好，可以判斷相鄰壩段上下的錯動值很小。

c.上下游水位對壩頂垂直位移的影響較小。

d.各測點存在明顯的時效位移。

4 結論與建議

通過對本工程現(xiàn)大壩運行監(jiān)測系統(tǒng)評價及近年來所觀測資料分析，目前大壩監(jiān)控系統(tǒng)存在監(jiān)測點布置、設施不完備，監(jiān)測精度低等諸多問題，已不能滿足現(xiàn)代水利設施運行管理的要求。為了確保工程運行安全，建議對現(xiàn)大壩觀測系統(tǒng)進行更新改造:一是壩頂水平位移采用視準線活動覘牌法監(jiān)測。對現(xiàn)視準線進行更新改造，在現(xiàn)視準線處設置一條視準線，增設1個水平位移校核基點和兩個水平位移工作基點，更新改造原有水平位移工作基點、測點和校核基點;二是垂直位移采用幾何水準測量法監(jiān)測，按國家一等水準測量要求施測。垂直位移監(jiān)測增設兩組基準點。三是在壩頂25.0m高程4號與5號、6號與7號、13號與14號閘室之間閘墩伸縮縫各布置一套三向型板式測縫計，用以監(jiān)測伸縮縫張開、錯動和不均勻沉降三個方向的位移情況;四是在左右岸重力壩段、廠房壩段、泄洪閘閘墩距上游面80cm的位置各布置一個揚壓力監(jiān)測孔，用于監(jiān)測各壩段的揚壓力;五是在左、右岸各布置兩個繞壩滲流監(jiān)測孔，用于監(jiān)測繞壩滲流。