青山水庫安全監測設計剖析

張 璇，郭 巍

(遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順113007)

1 工程概況

葫蘆島市是以石油化工為龍頭，以冶金、建材、機械、造船等為支柱的門類齊全工業體系，是國家重要工業基地之一。

青山水庫下游有京哈鐵路、公路及綏中縣城等。水庫設計總庫容為6.61億m3。

水庫是六股河流域的控制工程，工程位于六股河干流中游，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧改善城區和六股河流域下游生態環境等綜合利用的大(2)型水利工程，是實現葫蘆島地區水資源合理配置的跨流域調水工程。

水庫樞紐工程主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道等，主要建筑物的級別均為2級。

工程建成后，2020年水平年可向葫蘆島市供水17.10萬t/d，可將綏中縣城的防洪標準提高到50 a一遇，六股河流域下游兩岸農田的防洪標準由不足10 a一遇提高到20 a一遇，并改善了六股河流域下游枯水期及葫蘆島市的生態環境，工程建設將為葫蘆島地區社會經濟可持續發展，提供有力支持。

2 監測設計依據與監測項目

2.1 監測設計依據

《土石壩安全監測技術規范》［1］SL60—94、《土石壩安全監測資料整編規程》［2］(SL169—96)、《水閘設計規范》［3］(SL265—2001)、《溢洪道設計規范》［4］(SL253—2000)、《混凝土大壩安全監測技術規范》［5］(SDJ336—89)、《國家一、二、三等水準測量規范》(GB12897—91)。

2.2 監測項目

監測項目包括變形監測、滲流量與滲壓監測、庫區泥沙淤積監測、上下游水位監測、流量監測、沖刷監測。

3 主壩監測設計

青山水庫主壩為黏土心墻砂礫石壩，屬2級建筑物。為了監測大壩安全運行，根據《土石壩安全監測技術規范(SL60－94)》的要求，對主壩設以下監測項目。

3.1 變形監測

3.1.1 水平位移監測

3.1.1.1 水平位移監測網的建立

在主壩左、右端各建立1個工作基點和2個校核基點，組成四邊形水平位移控制網。用全站儀進行基點的水平坐標定位。監測網由主壩兩端的工作基點及壩上19個水平位移監測點組成。

3.1.1.2 水平位移監測方法

將全站儀布設在某工作基點上，以另一個工作基點為后視方向，儀器按各測點的初始坐標自動尋找目標點，自動進行下一個點的監測及記錄，采集的數據可隨后在計算中心進行后處理從而得到各點的水平位移量［6］。

3.1.2 垂直位移監測

3.1.2.1 垂直位移監測網的建立

垂直位移監測采用三級點位，兩級控制的方法。三級點位即設置水準基點、起測基點、垂直位移標點3種測點。兩級控制既由水準基點校測起測基點，由起測基點監測垂直位移標點。

垂直位移控制網是由主壩左、右兩岸在地基形變范圍以外設置的水準基點及兩壩頭的起測基點組成。垂直位移監測網是由起測基點與壩上位移監測點組成。水準基點以三點為一組，布置成邊長為50 m的等邊三角形。起測基點的引測、校測，可參照國家二等水準測量(GB12897—91)方法進行，但閉合差≤±0.72 mm(n為測站數)。

3.1.2.2 垂直位移監測方法

用數碼水準儀及測尺，沿著壩兩岸起測基點與壩上各位移標點(水平位移標點與垂直位移標點共用一點)組成附合水準路線，按國家三等水準測量(GB12898—91)方法進行監測，閉合差≤±1.4 mm。

3.2 滲流監測

為了監測壩體在上、下游水位差作用下產生的滲流場，設置滲流壓力、滲流量監測。

3.2.1 滲流觀測滲流觀測網是由沿著壩軸線布置6個橫向觀測斷面，每個橫向觀測斷面設2～5條測壓管，在每個測壓管內各設1個測點，安裝弦式滲壓計，每個滲壓計的信號通過4芯屏蔽電纜引致數據采集測控單元(DAU)。共計23個測點。

3.2.2 繞壩滲流

在左、右岸壩肩部位各布置1個監測斷面，每個斷面設置4條監測鉛直線，每條測線上布置1個測點，共計8個測點。

3.2.3 滲流量監測

為觀測滲漏量，在壩下游河床中設測壓管，通過觀測地下水位坡降計算出滲流量。其測壓管布置，順水流方向設2～3根，垂直水流方向與滲流監測斷面相同，共計15個監測點。在下游壩趾附近分3個區設置導滲溝，在各導滲溝出口及總出口設置量水堰測量滲流量，共計4個測點。

3.3 庫區水位觀測

在左岸附近庫區水流平穩處，設置水位計一支監測庫區水位。

3.4 庫區泥沙淤積監測

沿著庫區上游每隔2 km設1個橫斷面，每個斷面在庫區兩邊設控制基點。監測人員坐船根據GPS確定的方向，用數字雙頻測深儀監測庫區泥沙淤積情況。每年監測1次既可。

4 副壩監測設計

青山水庫副壩為粉質黏土均質壩，屬2級建筑物。為了監測大壩安全運行，根據《土石壩安全監測技術規范(SL60—94)》的要求，對副壩設以下監測項目:變形監測、滲流壓力監測。

4.1 表面水平位移與豎向位移觀測

表面水平位移與豎向位移觀測分別采用視準線法和水準法，二者測點共用一個墩子，選擇4個觀測縱斷面進行觀測。它們分別位于壩頂上游側、下游壩肩處、下游壩坡馬道上及下游坡腳處。

4.2 滲流壓力觀測

滲流壓力觀測網是由沿著壩軸線布置1個橫向觀測斷面，橫向觀測斷面設4條測壓管，在每個測壓管內各設一個測點，安裝弦式滲壓計，每個滲壓計的信號通過4芯屏蔽電纜引致數據采集測控單元(DAU)。共計4個測點及1個DAU集線箱組成，形成局部的自動化觀測系統。

5 溢洪道監測設計

青山水庫溢洪道，屬2級建筑物。為了監測其安全運行，根據《溢洪道設計規范(SL253—2000)》的要求，對溢洪道主要設以下監測項目:變形監測、滲流揚壓力、上下游水位及水面線、流量監測、沖刷監測。

5.1 變形監測

水平位移與垂直位移觀測分別采用視準線法和水準法，二者測點共用一個墩子，在每一閘墩及邊墩上設2個測點。

為監測溢洪道橫縫變形，在第二、四孔堰體橫縫處各設3支測縫計，共計6支。

5.2 滲流揚壓力觀測

在平行于堰體軸線的方向設一排滲流揚壓力測點，在每一閘孔中間斷面閘底板處各設一個揚壓力測點，順水流方向，2、4孔設2個觀測斷面，每個斷面各設4個揚壓力測點，共計11個測點。用弦式滲壓計觀測閘基底板滲流揚壓力。

5.3 溢洪道閘門上、下游水位及水面線觀測

在溢洪道閘門上游閘墩及下游翼墻上畫上水尺標志，監測大壩上、下游水位，同時測量溢洪道的水面線，當水尺標志被沖壞時需及時補上。

5.4 流量監測

溢洪道閘門選擇1、3、5孔作為典型率定閘門，在閘室下游墩側壁安裝明渠交叉8聲路超聲波流量計，設置測流斷面，利用超聲波流量計實測不同水位情況的流量。溢洪道閘前水位監測(1處)布置在水面平穩處，監測點設在溢洪道閘上游岸邊。溢洪道閘門選擇1、3、5孔，每孔設一個閘后水位監測點，監測點設在閘后的閘墩上。

各水位、流量監測點經電纜接入設置在啟閉機室的現地單元，再經光纜接入監控主機，通過流量監測系統軟件實現各個閘孔水位、流量數據的采集、處理、計算、數據存儲、數據統計、各種圖象顯示、報表等功能，實現整個系統的流量監測集中管理。

5.5 應力監測

為監測閘墩的應力，分別在中孔二閘墩內，1、5孔堰體內設2支應力計及2支無應力計，共計6支應力計及6支無應力計。為監測閘墩牛腿扇形筋的應力與變形，在每個閘墩牛腿扇形筋上設1支鋼筋計，共計10支。

5.6 溫度監測

為監測閘墩和堰體的溫度，在溢洪道中孔二閘墩及堰體內設6支溫度計，共12支。

5.7 滲流監測

在左、右岸肩部位各布置1個監測斷面，每個斷面設置4條監測鉛直線，每條測線上布置1個測點，共計8個測點。

5.8 沖刷監測

沿著溢洪道下游每隔100 m設一個橫斷面，每個斷面在河道兩邊設控制基點。每次泄洪后，觀測一次河道沖刷情況。

6 輸水洞監測設計

在輸水洞進、出口處，設2個觀測斷面，每個斷面設3支鋼筋計，2支3點位移計。在輸水洞隧洞內每50 m設置1個變形收斂觀測斷面，每個斷面設1支收斂計，共計6支。由于自然因素變化多變，監測儀器布設有限，因此從施工期到運行期都要進行巡視檢查。

7 自動化觀測系統

本監測系統主要由傳感器(滲壓計)、監測分站(DAU)、監測總站(中控觀測室)、光纜及安全監控管理軟件組成，系統采用分布式數據采集方式。

8 結語

通過對青山水庫的安全監測的設計進行了分析和確定的設計方案，提出了水庫安全監測措施，為水庫安全運行提供了重要保障。

［1］中華人民共和國水利部，電力工業部SL60—94.土石壩安全監測技術規范［S］.北京:中國水利水電出版社，1994.

［2］水利部大壩安全管理中心.SL169—96土石壩安全監測資料整編堆積［S］.北京:中國水利水電出版社，1997.

［3］江蘇省水利勘測設計研究院.SL265—2001水閘設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［4］水利部天津水利水電勘測設計研究院.SL253—2000溢洪道設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2000.

［5］混凝土大壩安全監測技術規范編制組.SDJ336—89混凝土大壩安全監測技術規范［S］.北京:中國水利水電出版社，1989.

［6］李劍.石堡子水庫面板堆石壩安全監測設計［J］.甘肅水利水電技術，2011，47(12):34－37.