臨淮崗工程水閘安全監測現代化改造方案

高明云

（安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局，安徽 霍邱 237484）

1 工程概況

臨淮崗工程具有防洪、航運及生態等綜合效益，建有主壩、南副壩和北副壩等，主壩有船閘、深孔閘、淺孔閘及進洪閘等，南北副壩有小型涵閘、中型閘等建筑物。為監測工程安全運行，臨淮崗工程依托工程建設或除險加固已建一批安全監測設施，包括上下游水位監測、水工建筑物變形及滲流監測、壩體變形監測和壩體滲透壓力監測等。城西湖退水閘埋設有24只測壓管；臨淮崗船閘埋設有6只測壓管；深孔閘埋設有22只測壓管；淺孔閘埋設有37只測壓管；姜唐湖進洪閘埋設有45只安全監測儀器；姜唐湖退水閘埋設有29 只安全監測儀器等。經多年運行，安全監測設施存在測壓管淤堵、設備損壞及儀器不足等問題，已不能滿足監測需求。

2 水閘安全監測設施現狀及效益分析

臨淮崗洪水控制工程是淮河中游防洪體系中一項關鍵性控制工程，安全監測設施作為工程的重要附屬設施，需定期開展安全監測數據的采集，保障樞紐工程安全運用。根據相關規范，水閘工程觀測主要包含垂直位移觀測、水平位移觀測和滲流與揚壓力觀測，經過全面梳理，臨淮崗水利工程所屬6 座水閘已建設人工觀測垂直、水平位移設施，以及滲流與揚壓力自動監測設施。構成閘底板揚壓力監測系統和壩體的滲流壓力以及沉降系統，用于實時監測閘底板揚壓力的實時變化情況和壩體的滲流壓力以及沉降傾斜等情況，數據落地于水閘控制室，現地查看。經現場調研，人工觀測垂直、水平位移設施運行良好，滿足人工觀測需要。滲流與揚壓力自動監測設施均在工程建設或除險加固時一并實施，運行時間接近20年，已出現不同程度的損壞，導致滲壓監測數據不完整，無法完全展示水閘滲流壓力情況。

臨淮崗工程安全監測平臺相關功能的建設完善，強化信息共享、資源整合、應用整合，促進業務協同，對6 座水閘安全運行提供技術支撐，對于防止和減輕洪澇及地質災害，提升在暴雨洪水預報、防汛預警、防洪工程運用、搶險救災等方面管理能力具有重要意義。一是可憑借系統強大的繁雜信息處理、復雜模型計算，及良好的界面展示能力，快速為決策者提供有機信息鏈，大大提高6 座閘門安全運行預警能力，提升臨淮崗工程安全運行決策、管理的科學性、有效性和時效性。二是引入物聯網、云計算、大數據、3S 等先進信息技術，開發臨淮崗工程安全監測平臺，探索工程安全監測信息化應用，滿足科技創興驅動水利發展的需要。三是會明顯提高區域內的經濟效益。改善社會經濟發展布局，有效提高洪澇災害防治監測能力，規避風險，當洪澇災害發生的時候，為民眾轉移重要資產爭取寶貴時間，有效保護農田和基礎設施等。四是提高臨淮崗工程建設維護資金使用效益。通過統籌考慮臨淮崗工程安全監測建設，統籌考慮當前和今后的信息化管理發展，避免了重復建設，提高了資金使用效益。在本次基礎設施建設過程中，整體上提升了滲壓等安全指標監測能力，通過共享數據節省費用，減少了重復勞動。在分析與處理數據時，能夠節省許多不同類型的開發工作及相應工作量，降低了單項應用成本，使應用任務完成得更快、更容易。五是有利于保護生態環境和土地資源，減少洪澇災害發生時導致的水土流失，進而避免由此引發的森林植被、水質和自然景觀被破壞，進一步改善人居環境。隨著社會經濟發展，人們對水環境提出更高的要求，水閘安全監測應從過去的防災減災向以保護水環境為主的綜合治理目標上來，安全監測設施建設應有機結合長期生態環境保護，充分考慮社會長期發展對環境的要求。

3 水閘安全監測設施存在問題原因分析

一是臨淮崗工程安全監測設施運行時間基本已達20 年，遠遠超過常規電子元器件5-10 年的使用壽命，設備老化造成監測設施無法正常工作。二是臨淮崗工程建設期間埋設監測設施未充分考慮后期管理維修問題，部分監測設施全部埋設在混凝土內，致使監測設施損毀后無法維修，如姜唐湖進洪閘、姜唐湖退水閘。三是臨淮崗工程建設期間，安全監測設施由多家單位分別負責安裝，且未完全按照設計要求完成聯合調試，所以監測設施設備安裝后一直未能正常使用，使得監測數據缺失、監測設施設備無法維修。四是部分監測設施施工期間保護不夠及后期維護不到位，造成測壓管堵塞，導致測量困難。如城西湖退水閘、臨淮崗船閘、深孔閘和淺孔閘測壓管長期缺乏清洗疏通維護，測量數據不準確，甚至部分自動化采集儀器、設備損壞導致采集不到數據；淺孔閘在除險加固時測壓管未做保護，有拆棄渣掉入管內，導致管道堵塞，測量困難。五是進洪閘和退水閘在建設閘底板時采用直接安裝埋設揚壓力傳感器代替測壓管，一旦揚壓力傳感器損壞，無法通過人工觀測獲得安全監測數據。以上情況造成臨淮崗水利工程安全監測不能正常使用，無法獲得正常數據，給工程正常運行、維護造成困難。

4 解決方案

《水閘安全監測技術規范》《水閘技術管理規范》等有關規定，為及時掌握水閘工程運行形態和變化情況，檢查校驗水閘、化解安全風險提供依據。臨淮崗洪水控制工程是淮河中游防洪體系中一項關鍵性控制工程，建設的6座水閘是臨淮崗洪水控制工程主要建筑物，安全監測設施是工程的重要附屬設施，對臨淮崗6 座水閘進行滲流壓力等安全監測是管理者了解水閘運行狀態的有效手段。滲流壓力安全監測主要包括對閘墩和翼墻的固定測點進行儀器測量、整編和分析采集數據以及查證原始觀測數據準確性等，為樞紐工程安全運用提供可靠的信息和依據。具體解決問題的措施：一是對城西湖退水閘、臨淮崗船閘、深孔閘、淺孔閘4 座閘門已建測壓管淤堵或完全淤堵的，實施清洗疏通處理并做靈敏度檢測，滿足相關規范要求的測壓管清洗疏通后增加安裝自動化采集儀器、設備，以保證系統工作正常。對于無法疏通或疏通后靈敏度不能滿足規范要求的測壓管，按照不破壞水工建筑物結構的原則，重新選擇合適位置打孔，由于無法確定需要打孔數量，建議相關工作在下一步臨淮崗工程大壩安全監測項目中建設實施，本項目不再重新打孔，相應自動化采集儀器、設備作為備品備件，供其他監測站點使用。二是對城西湖退水閘、臨淮崗船閘2 座閘門兩側翼墻現有滲壓監測無繞滲監測，在左右翼墻合適位置新增打孔安裝測驗管和相應自動化采集儀器、設備，以保證系統工作正常。三是對姜唐湖進洪閘和姜唐湖退水閘采用直接埋設安裝揚壓力傳感器代替測壓管的觀測斷面，由于沒有測壓管，無法進行前端傳感器更換，由于大部分監測點還能夠進行滲壓監測，且鋼筋混凝土結構上打孔難度較大，容易破壞水工建筑物結構，因此進行維修改造時在閘墩上不再重新打孔，利用現有設備進行閘墩滲流監測，在左右翼墻合適位置新增打孔制作測壓管對水閘繞滲進行監測，安裝自動化采集儀器，以保證系統工作正常。四是對于水閘無上下游水位監測的，增加上下游水位監測設備。水閘自動化系統的廣泛運用大大提升水閘管理部門工作效率，水位數據監測能夠為自動化監控系統運行提供基礎保障，結合水位數據能夠掌握水體當前的容量、流量、壓力等指標，并借助信息技術完成數據運算和分析，實現遠程控制，從而確保水閘安全性。通過分析水閘控制運行水位變化對其上下游防洪排澇及工程自身安全等方面的影響，統籌防洪減災與水資源利用，提出適應上下游經濟社會發展的控制運用水位方案，以充分發揮既有水利工程的綜合效益。五是建立測壓管維護制度，測壓管由進水段、孔口裝置、壓力表、滲壓計等組成，日常檢查發現孔口裝置滲水、破損、孔內堵塞等情況應及時進行維護。由于水閘內環境比較潮濕，孔口容易發生銹蝕現象，應定期進行鍍鋅防腐處理。壓力表為易損耗材，應定期進行送檢，及時更換不合格壓力表。不宜將孔口澆筑封閉，不便于運行期維護。測壓管內安裝的滲壓計出現性能下降或損壞應及時更換。工程長期運行后，滲壓計測值往往發生偏差，需定期校驗修正。當測壓管靈敏度下降，應進行掃孔處理。將測壓管靈敏度測試列入年度運維計劃內，確保測壓管或儀器一旦出現問題，及時維護或更換相關設施。

5 結語

數字孿生臨淮崗工程建設重點要構建數字孿生平臺，包括數字底板、模型平臺、知識平臺等建設內容。數據底板為數字臨淮崗提供“算據”支撐，包括水閘、大壩安全監測數據、工程基礎數據、地理空間數據等，數據底板也是智慧水利建設的重中之重。通過對臨淮崗工程水閘安全監測進行智能化改造，實現水閘、大壩、船閘等進行實時安全監測，并將安全監測數據進行統計分析研判，為后續臨淮崗智慧水利建設提供可靠重要的數據支撐。臨淮崗智慧水利建設同時還需要充分運用物聯網、云計算技術、智能應用體系等，完善預報、預警、預案等功能，為水草災害防御、水資源優化配置、工程安全運行管理等賦能。