對水庫除險加固工程中安全監測設計的幾點認識

曹林順

（甘肅省水利水電勘測設計研究院 甘肅 蘭州 730000）

1 引言

近年來，中央提出了對全國的大中型和重點小型病險水庫除險加固的目標任務，甘肅省貫徹落實中央的決策部署，按照病險水庫加固工作要求，將省內被國家列入規劃的病險水庫進行安全鑒定，然后開展除險加固工程的設計、施工及驗收工作。筆者作為一名水利工程師，有幸負責了河西地區鸚鴿嘴水庫和大靖峽水庫除險加固的監測設計，主要對水庫工程的安全監測設施進行了改造和補充完善，通過改造設計，對水庫除險加固工程中安全監測有了一定的認識，積累了一些的經驗，下面結合這兩個工程談談我對加固工程中安全監測設計的認識。

2 除險加固工程監測設計

2.1 工程概況

（1）鸚鴿嘴水庫

鸚鴿嘴水庫位于梨園河中游祁連山境內的“駱駝脖子”，距張掖市臨澤縣城41km，交通方便。水庫由大壩、溢洪道、泄洪洞及輸水洞組成。鸚鴿嘴水庫于1971年開工興建，1975年竣工蓄水。1982年10月對該水庫實施擴建，1989年10月竣工，擴建后的鸚鴿嘴水庫最大壩高46.2 m，總庫容為2500萬m3，為中型三等工程，防洪標準按100年一遇設計，1000年一遇校核，地震設防烈度為7度。

（2）大靖峽水庫

大靖峽水庫位于甘肅省武威市古浪縣境內的大靖河峽口上游5km處，距大靖鎮15km，距古浪縣城75km，是一座以防洪、灌溉為主的年調節中型水庫。該水庫始建于1959年1月，1960年6月竣工。水庫主要建筑物由大壩、輸水洞和溢洪道組成，水庫興利庫容507萬m3，調洪庫容720萬m3，總庫容1226萬m3。防洪標準按100年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核。

2.2 工程存在的問題

鸚鴿嘴水庫于2007年10月，由臨澤縣水務局組織，甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院承擔，張掖市水務局審定，對鸚鴿嘴水庫進行了大壩安全鑒定。2007年12月，水利部大壩安全中心通過核查，大壩安全類別綜合評定為三類壩，應進行除險加固。

大靖峽水庫于2009年12月，由古浪縣水務局組織，甘肅省水利水電勘測設計研究院承擔。武威市水務局邀請有關專家在武威市對大靖峽水庫進行了安全鑒定。2010年5月，經水利部大壩安全中心核查，大壩安全類別綜合評定為三類壩，應進行除險加固。

兩座水庫在工程安全監測方面存在的問題如下：

(1)安全監測設施不完善；

(2)安全監測設施老化、損毀嚴重；

(3)監測手段落后，不能滿足現代工程運行管理的要求。

2.3 安全監測設計

2.3.1 監測設計的原則

(1)大壩安全監測的項目的布設遵循國家或行業技術標準的要求。

(2)監測系統具有先進性，要在技術性能上達到國內領先的水平，運行應穩定、可靠、簡便、實用。

(3)應采用故障率低、可靠性好，并經過長期現場考驗的監測系統及儀器設備。大壩安全監測和管理達到自動化。

(4)在大壩原有安全監測設施基礎上更新改造，系統經濟、合理、實用，滿足水庫大壩安全監測的要求。

2.3.2 監測設計內容

由于這兩座水庫工程大壩均為土石壩，除了鸚鴿嘴水庫庫區有右岸滑坡體外，水庫工程的建筑物布置很相似，因此監測內容很接近。監測設計內容主要包括：變形監測、滲流監測及其他監測項目。

(1)變形監測

變形監測主要包括壩體表面變形監測、滑坡體的表面變形和深層變形監測。

對兩座水庫現場勘察后發現，壩體表面位移監測設施已被破壞和滑坡體表面無監測設施，因此，在兩座水庫上下游壩坡分別重新布設表面位移監測點11個和8個，在壩體以外分別布設工作基點4個和3個，以監測壩體的表面變形；滑坡體表面布置6個位移監測點，納入壩體監測控制網內。水平位移監測采用三角網法，儀器采用經緯儀或全站儀；垂直位移監測采用水準法，水準等級為Ⅲ等。

根據《水電水利工程邊坡設計規范》（DL/T5353-2006）滑坡體深層監測的規定及鸚鴿嘴水庫滑坡的滑動狀態，在滑坡體的前沿約2000 m高程附近布置6個測斜孔，儀器采用活動式測斜儀。

圖1 鸚鴿嘴水庫滲流及變形監測典型剖面

(2)滲流監測

滲流監測對于壩體而言是必設項目，現有滲流監測設施老化破損嚴重，本次針對壩體運行的現狀，在壩體重新布設滲流的監測斷面。

對于鸚鴿嘴水庫，在壩橫0+023.40、0+073.40、0+123.40這3個斷面各布設3根測壓管，管內安設1支滲壓計，共9支。

對于大靖峽水庫，在壩橫0+041.40、0+066.40、0+092.40這3個斷面各布設3根測壓管，管內安設1支滲壓計，共9支。鸚鴿嘴水庫滲流及變形監測典型剖面（圖1）。

(3)其他監測項目

其他的監測項目主要包括對水位監測、滲流量監測、流量監測、氣象監測。

對于鸚鴿嘴水庫，分別在水庫上游壩坡和溢洪道進口閘墩布設2支滲壓計以監測水庫水位；利用在壩下游已設置的滲水井監測滲流量，井內增加1套自記水位計；為了改善壩址區的水文氣象站的監測條件，在原氣象站中增設1套翻斗式雨量計和1支電子溫度計。

對于大靖峽水庫，分別在水庫的溢洪道進口和輸水隧洞進口閘墩布設2支滲壓計以監測水庫水位；在輸水隧洞進水閘后洞壁側面布設1套電磁流量計以監測輸水流量。

(4)水庫的自動化監測

水庫建設年代較早，監測手段落后，本次工程加固設計列入了監測自動化的內容，主要是在增設的監測項目中將自動化監測的項目全部納入，儀器的電纜線引至壩頂適當位置設置集線箱集中采集數據，然后將信息通過通訊光纜輸出，傳至管理站計算機進行分析處理。

本次設計中鸚鴿嘴水庫的監測設備滿足自動化監測的要求，由于資金的原因自動化設計被取消，監測儀器在集線箱集中，人工利用讀數儀采集數據；大靖峽水庫監測儀器接入了自動化系統。

水庫監測儀器數量統計表如表1示。

3 對除險加固工程安全監測設計的認識

無論改建加固的水庫工程是土壩或砼壩，只是監測的具體內容有所不同，監測設計的思路、理念和目的性是相同的，結合以上兩個工程監測設計，談談筆者個人的幾點認識：

表1 水庫除險加固安全監測儀器統計表

（1）結合加固工程的運行實際和工程存在的問題進行監測設計。需加固處理的工程一般建設年代較早，由于設計技術落后、建設標準較低等各方面的原因，監測設施或無、或者不完善、或損毀。加固監測需結合工程的具體功能、加固工程的設計方案、安全鑒定意見進行設計，同時還需要參照現行的有關監測設計規范規定，對相應等級的工程進行監測項目的布設。由于加固工程的設計是在已建的工程上進行的，對于現狀工程能夠利用的監測設施要充分利用，能維修改造的進行維修改造，無法維修改造的進行重新設計，只有這樣加固工程的設計才能做到有的放矢。

（2）加固工程設計需突出重點監測項目設計。變形和滲流監測是壩體的基本監測項目，也是重點監測項目，具體設計中需核對原工程變形及滲流監測的已有項目，按照現行規范的設計要求進行補充完善。對于加固工程壩體變形監測，由于工程已運行多年壩體內部變形已穩定，變形監測主要是完善表面變形監測的測點、工作及校核基點，使工程區形成完善的平面和垂直位移監測網，以滿足工程加固后運行的常規和特殊情況下的監測需要。滲流及水位監測需結合工程區壩體滲流計算進行儀器布設，監測儀器建議采用進口滲壓計，以保證儀器監測數據的可靠性。儀器的量程需結合工程規模及計算數據選取，其他環境量等監測項目根據工程的實際情況選擇布設。

（3）手段先進，符合現代水利工程管理的需求。選擇的儀器成熟可靠，監測設計最大程度實現監測自動化。加固后的工程，為了實時掌握工程的運行工況，滿足現代水利水電工程運行管理的要求，結合工程監測布置和所選用監測傳感器的實際情況，在加固設計的同時，利用先進的計算機技術和軟件技術，配套建設監測數據自動采集系統，對工程布設的監測項目盡最大可能的使其接入自動系統中。自動化系統的實現有利于監測數據及時的整理、提高分析和應用能力，同時也有助于運行管理水平的提高。自動化監測設備的選擇需遵循以下兩個原則：①符合本工程的需求，即將本工程的儀器實現自動化采集；②性價比最優，即所選擇的自動化設備與所接入的儀器最匹配，同時其設備功能簡潔、投資最節省；③運行維護成本最低、操作簡便，即自動化設備通用性強，備用備件最少。

（4）監測工作要做到儀器監測和人工巡視檢查的并重。儀器的監測對工程的運行固然重要，但也不能忽視巡視檢查這個重要環節，巡視檢查分為日常巡視檢查和年度巡視檢查。日常巡視檢查按照工程的實際情況，劃分為若干個巡視檢查責任區。每個責任區建立由專人負責的巡查小組，按照制訂的日常巡視檢查程序，對大壩安全檢測范圍進行例行檢查。年度巡視檢查應在每年汛前、汛后及高水位、低氣溫時，按規定的檢查項目，對整個樞紐工程進行較為全面的檢查。施工期應按建筑物的施工情況進行重點檢查。檢查的時間和次數按照規范規定進行制定，如遇工程區地震等特殊情況需加強儀器監測和巡視檢查次數。

（5）做到監測數據的及時整理、分析及整編。監測儀器和巡視監測的布設和監測時間安排已經完成了監測設計中最重要的兩步驟，監測的數據需要及時的進行整理、分析和整編。只有這樣，整個的監測才能對加固后工程運行起到保障作用。資料的整理分析和整編是一項瑣碎但很重要的工作，需安排固定人員來完成。

4 結語

安全監測設計已經成為了水利工程設計中不可或缺的一部分，在加固工程中的監測設計只有注重與工程實際相結合、監測重點突出、提高自動化程度、儀器監測與巡視檢查并重以及資料的及時整理分析整編這幾個方面，才能使監測設施為加固后工程安全運行起到保障作用。為了使監測設施的作用得以發揮，建議工程運行管理單位提高對于監測項目在工程運行中重要性的認識，結合工程實際，培養監測運行專業技術班組，以便更好地實施監測運行管理工作。