淺談水庫大壩安全監測系統建設與管理

葉綏鵬

（陜西省桃曲坡水庫灌溉管理局，陜西 銅川 727031）

桃曲坡水庫是一座以農業灌溉為主、兼有防洪、水產養殖、城鄉供水、水利旅游等多功能的中型水庫，桃曲坡水庫通過除險加固，防洪保安能力雖然得到提高，由于灌區信息化沒有全面實施，庫區防汛數據庫建設相對滯后；大壩觀測設備還不健全，監測人員只能依靠經驗，無法得到準確資料；防汛設備陳舊，在汛期故障頻繁，數據信息傳遞速度緩慢，無法滿足防汛工作的要求，建設水庫安全監測自動化系統顯得十分必要而又迫切。

1 建立大壩安全監測系統的重要性

水庫監測的主要內容包括:水庫水位、水壓、滲流、流量、電導率、風力、相對濕度、空氣和水的溫度以及大壩壩體地表位移監測。而大壩的監測主要體現在對壩體，壩基以及壩肩等范圍內的監測，同時還需要對大壩有影響的岸坡、建筑物以及設備進行監測。所以說建立大壩安全監測系統，不僅可以縮短數據的采集周期，提高大壩觀測效率，減輕勞動強度，并能充分利用水庫調蓄能力，使其在防洪和供水發揮最大效益，還有通過驗證水庫大壩設計參數改進未來設計，對大壩除險加固工程施工技術進行改進，對大壩不安全跡象和險情診斷并采取措施進行加固，同時它還能運用長期積累的觀測資料掌握變化規律，對大壩未來狀態做出及時有效的預報，可以看出：安全監測系統建設從淺層意義來說是為了人們準確掌握大壩工作性態，從深層意義則是為了更好掌握大壩變化規律，及時發現異常現象或工程隱患，指導大壩運行安全管理工作，發揮工程效益，節約工程投資。

2 大壩安全監測系統運行原理

該系統由大壩安全監測系統、出口流量觀測系統和壩址電視監控系統組成，其通訊協議為TCP/IP，即通用的LonWorks，方式采用支持分布式控制，監測工作站作為前端用戶訪問和處理數據庫中的數據，主要任務是實時監測各個監測點水庫水位、水壓、滲流、流量、揚壓力等，用無線傳感網絡完成數據傳輸，在計算機上用數據模式或圖形模式反映出來，實時掌控整個水庫大壩各項變化情況，特殊數據實行聲光報警；自動化數據采集系統包括監測站傳感器數據采集儀、庫區網絡、中控制控制系統；監測中心站分布在大壩右壩頭的水庫管理站內，主要由監測服務器、監測工作站、網絡交換機組成，所有裝置通過網絡與水庫管理站內的庫區網絡節點相連，以便中控室對安全監測系統進行控制，將監測數據、系統參數和其它信息資料存放在數據庫中，使數據庫運行在監測服務器上，實現資源共享。

3 大壩安全監測系統建設

3.1 對大壩壩坡布設點進行變形觀測

在大壩壩坡表面進行變形觀測，沿壩軸線布置表面平均分布4個觀測點，23個表面變形標點和2個校核基點，進行變形斷面。對大壩內部進行變形觀測，布置4個觀測斷面，每個觀測斷面布置2個觀測孔，埋設沉降（測斜）管374m，沉降環75個。對溢洪道進行變形觀測，由于溢洪道穿越塬上黃土山梁，開挖深度大，兩岸高邊坡變形需重點監測，每個閘墩和泄槽兩側以及左岸邊坡各布置1個變形觀測點，右岸山體布置觀測基點2個。各測點水平位移和豎向位移觀測共用，安裝專用基座，采用全站儀進行觀測，沉降采用沉降儀進行觀測，水平位移采用測斜儀進行觀測。

3.2 對大壩布設點進行滲透觀測

對大壩進行壓力監測，布置3個觀測斷面，鉆孔11個，埋設壓力計23只，繞壩滲流監測在左右壩肩各布置6個鉆孔，埋設滲壓計12只，大壩滲流在下游壩腳高三角量水堰1座，安裝1臺堰上水位計，用以監測壩體滲流壓力、分布及浸潤線；五是對溢洪道進行滲流觀測。沿軸線布置1個縱斷面，坑試埋設滲壓計6只；對輸水洞、泄洪底洞進行滲漏觀測。沿泄洪底洞、輸水洞軸線靠大壩一側離開外壁1~2m處各布設2~3個鉆孔，每個鉆孔在兩洞附近埋設滲壓計1只；七是對庫水位與下游進行水位觀測，在泄洪底洞放水塔外設置豎井，安裝水位計一套，接入自動化監測系統。

3.3 對大壩重點部位布設點進行部位觀測

在溢泄道每扇閘門以及泄烘洞、輸水洞、泄洪底洞進水口處各設閘位計1套，用以觀測出庫流量和泄洪流量；對水庫周邊環境進行量觀測，在壩右MUC房頂設置雨量計1只進行降雨量觀測，觀測資料納入大壩安全監測系統數據庫，在壩右MUC房頂設置氣壓計1只和氣溫計1只，用于觀測壩址大氣壓力和溫度。

3.4 在壩址布設點進行監控系統建設

在大壩左右岸、輸水洞閘室各布置1處圖像監視云臺，對水庫壩面附近情況與輸水洞閘門進行圖像視；在水庫管理站建設MCU房和監控主房，在大壩左右岸各高約為10m2的大壩測控單元，監控主站設在大壩左岸渠首管理站內，配備220V50Hz交流穩壓電流，配備空氣調節和防塵設施，確保系統主機正常運行。

4 大壩安全監測與分析

4.1 做好觀測資料的整編工作

資料整編是監測工作的一項經常性工作，做好平時資料的整編，重點是查證原始監測數據的可靠性與準確性，在平時資料整理的基礎上，按規定時段對監測資料進行全面整理、匯編和分析，并附以簡要安全分析意見和編印說明后刊印成冊。在整編中，做好技術審查的完整性，整編資料的內容、項目、測次等是否齊全，各類圖表的內容、規格、符號、單位以及標注方式和編排順序是不符合規定要求等；同時做好技術審查的連續性，各項監測資料整編的時間與前次整編是否銜接，整編圖所選工程部位、測點及坐標系統與歷次整編是否一致；使資料技術的合理性。各監測物理量的計（換）算和統計是否正確、合理、特征值數據有無遺漏、謬誤，有關圖件是否準確、清晰，以及工程性態變化是否符合一簽名冊規律。并對做好資料整編說明的審查，主要審查整編說明是否符合規定內容，尤其是注重工程存在的問題、分析意見和處理措施是否正確，以其說明其他事項有無遺漏。

4.2 做好監測資料的分析

原始的監測成果只展示大壩的直觀表象，深刻揭示規律和做出判斷，從繁多的監測數據中找出關鍵問題，還必須對監測數據進行檢驗、剖析、提煉和概括。監測資料的采集和整編，對監測資料的預處理，既對原始資料的可靠性和正確性進行檢查，然后對誤差的剔除或修正、缺測值的插補、資料的修勻等，所有預處理工作一般不對原始監測數據進行修改；對監測資料中物理量的換算。監測儀器的原始監測數據只是需要監測的物理量的中間成果，需要根據臨測儀器的系數、計算方法與儀器的種類、安裝方法進行適當的換算后才能得到需要監測的物理量；通過繪制測值過程線、繪制測值分布圖、繪制相關圖以及影響因素分析等方法進行監測資料的定性分析；通過滲流、變形、應力應變等方法和步驟對某一類監測數據子項目中的物理量進行分析；在對監測數據初步分析和影響因素分析的基礎上，建立各種數學模型，如統計模型、確定性模型、混合性模型和分布模型等，根據建立的各種數學模型，可以實時監控在不同外界條件下，測值的變化趨勢和范圍，根據各物理量實測值與模型計算值的吻合程度，反過來進一步修正模型，從而提高模型的精度，以便能更準確地反映大壩的工況；對大壩安全進行綜合綜合評估，重點是對其應力、變形及穩定性進行分析，對大壩的結構安全和滲流安全進行綜合評價。

5 結語

桃曲坡大壩安全監測系統投入運行后，進入汛期后，水庫利用安全監測系統，根據雨情、水情，對入庫洪水分步驟進行合理調節，使大壩壩面合理受水,同時在水庫洪水調度中，由于利用安全監測系統，可以二十四小時對大壩安全狀況進行全方位監測，減少了管理人員對壩體巡查，節省管理經費，提高大壩自身的安全系數。