平原水库大坝安全监测

赵玉芹，贾忠清 ，黄九权，赵玉亭

（1．天津市引滦工程尔王庄管理处，天津 301802；2．天津普泽工程咨询有限责任公司，天津 300204）

平原水库大坝安全监测

赵玉芹1，贾忠清1，黄九权1，赵玉亭2

（1．天津市引滦工程尔王庄管理处，天津 301802；2．天津普泽工程咨询有限责任公司，天津 300204）

做好水库大坝安全监测工作是确保水库大坝安全运行的重要措施，通过对平原水库基本特征的描述，总结了平原水库大坝安全监测工作应注意的几方面问题、项目设置原则。探讨了平原水库自动化监测系统组成、原理。

平原水库；大坝；安全监测

对大坝进行安全监测可以及时地掌握大坝的工作性态，为评价大坝安全状况提供依据，从而制定适当的水库控制运用计划及大坝维护措施以保障大坝安全，在发生险情时还可以发布警报以减免事故损失。因此，大坝安全监测是保证大坝安全的重要措施，同时还具有校核设计和改进施工的作用。

平原水库系在平原地区的河道、湖泊、洼淀的出口处修建的蓄水工程，由于平原水库自身的特征，平原水库大坝安全监测工作必须根据平原水库的特征和实际情况，按照确保水库大坝安全运行的原则确立监测项目开展安全监测工作。

1 平原水库的基本特征

平原水库是相对于山丘区水库而言的，一般位于大江、大河下游冲击平原地区。平原水库相对于山丘区水库有其独有的特征。由于没有有利的地形条件可利用，需要沿水库四周修筑一个封闭的土坝，因此坝轴线很长，相对于山谷水库来说，一般平原水库坝长约10～50km，而山谷水库坝长一般约0．08～0．2km，相差50～500倍。

由于坝线较长，占地面积大，水面吹程长，造成的风浪爬坡引起的越浪 （风浪顺迎水坡爬升挑起越过坝顶落在背水坡的现象）问题难以解决，因而一般坝高为2～8m，超过10m坝高的平原水库工程很少见。平原水库大多坐落在滨海或低洼沼泽且缺少砾石料地区，所修筑的土坝一般为土坝，迎水坡坡比一般在1∶2．5～1∶3．0，土坝断面较大。 平原水库表层的黏土及亚黏土较薄，下部一般为渗透系数较大的粉细砂，其物理力学性质指标不满足筑坝要求。远距离取土花费很大，同时，由于基础存在的渗漏问题而不能把坝筑得过高，而且还要防止周围地区次生盐渍化。平原水库一般没有发电任务。

平原水库大坝的基本特征决定了平原水库大坝与山区水库大坝安全监测有很大不同，大坝安全管理的首要任务必须确保大坝安全，对平原水库出现的隐患，采取必要的补救措施。

2 平原水库监测项目的设置

由于平原水库的特点是坝体特别长，而坝体高度又不大，因此监测项目的设置必然有其特点，我们要按照确保水库大坝安全的基本原则，根据水库工程的实际情况设置适合工程实际的监测项目，为水库安全管理工作服务。

大坝安全监测实际上包含巡视检查和仪器观测。

2．1 巡视检查

对于平原水库来说，由于坝体（或称围堤）很长，坝体又不高，而库容相对较小，受资金和观测条件等因素的限制，单靠仪器观测是不现实的，况且仪器监测也有一定的局限性和缺陷，而水库安全管理又要求水库安全不能出现任何溃坝事故。因此，重视和加强巡视检查工作，是弥补仪器监测不足不可替代的重要手段，通过不断巡视检查逐步了解好发现坝体存在缺陷或隐患的部位和地点，进而有针对性地开展专题分析研究，及时采取有效措施，避免隐患的发展和扩大，确保大坝安全。

巡视检查是平原水库安全监测最好、最有效的监测方式，采用这种方式所产生的效果全面、直观、及时、可靠。

巡视检查是通过常规方法和特殊方法对工程进行检查，常规方法是通过眼看、耳听、手摸、鼻嗅、脚踩等直观方法，或辅以锤、钎、钢卷尺、放大镜、石蕊试纸等简单工具对工程表面和异常现象进行检查；特殊方法是采用开挖探坑 （或槽）、探井、钻孔取样或孔内电视、向孔内注水试验、投放化学试剂、潜水员探摸或水下电视、水下摄影或录像等方法，对工程内部、水下部位或坝基进行检查。巡视检查必须是由熟悉水库大坝情况、相对稳定的管理人员参加。

2．2 仪器观测

2．2．1 变形

平原水库水平位移监测应根据现场实际情况确定监测项目，由于平原水库大坝许多都高出库区周围其他地面参照物，并且坝轴线长，库区周围几乎没有能利用的地形，也很少或没有建筑物，视准线和参考基点一般都面临一定困难，采用视准线法和前方交汇法开展水平位移监测面临一定困难。

全站仪、航空摄影测量、全球定位系统（GPS）对于平原水库大坝水平位移观测来说都是可供选择的仪器设备和监测手段，但是这些仪器受自身精度条件的限制及平原水库过长堤坝因素的影响，其观测精度距离大坝安全监测要求还有一定差距，监测结果仅供参考。

在平原水库设置水平位移观测项目也可采用相对方式进行，即以某段（但不能太长）认为有必要进行水平位移观测的作为观测段，以其他坝段或周围其他参照物作为基点或基线，对该坝段进行水平位移观测，这样取得的观测成果也能间接反映坝体位移状况。

2．2．2 渗流

渗流问题是影响土坝安全的最主要问题，因此对于平原水库来说渗流监测特别重要。渗流监测主要包括渗流量、坝基渗流压力、坝体渗流压力、绕坝渗流等内容。

（1）渗流量。反映整个水库或某一坝段的渗透流量，是整个水库或某一坝段渗流状况的综合反映，因此对它的观测最能反映坝体渗流安全状况。但是由于平原水库的特殊性，其下游大多是截渗沟之类的排水设施，这些截渗沟又有许多是与当地农田沟道相通，截渗沟水量来源受多方面因素影响，包括当地地下水位补充、水库大坝渗水、当地农田沟道排水等，对截渗沟水量进行观测很难反映水库渗水实际情况，所以一些平原水库渗流量监测面临一定困难。平原水库渗流量监测应根据工程实际情况进行布置，在布置过程中应充分利用已有的工程设施，选择坝趾排水等工程设施，尽可能排除当地排水、地下水补充的干扰，合理设计和布置渗流量监测。

（2）坝基渗流压力和坝体渗流压力。反映坝基或坝体某一点或某一观测断面的渗流状况，它是局部、片面的。对于平原水库来说，坝基渗流压力和坝体渗流压力容易布置。在布置渗流压力和体渗流压力观测断面时应根据平原水库实际状况合理确定观测断面数量，尽可能将观测断面布置在坝体最需要的位置。

（3）绕坝渗流。对于平原水库来说，绕坝渗流一般是指混凝土等刚性建筑物与土石坝的接触面，布置测点时应在接触轮廓线的控制处设置观测铅直线，沿接触面不同高程布设观测点，以确保观测能够反映实际渗流安全状况。

2．2．3 压力（应力）

土石坝压力观测包括：孔隙水压力、土压力（应力）、接触土压力、混凝土面板应力等内容，它是对坝体或坝基某一点压力的测量，通过对压力变化的观测，可以反映坝体某一部位的安全监测，进而判断坝体安全状况。对于平原水库来说由于坝体太长，一般很少布置，实际应用中，应根据平原水库安全监测需要加以布置。

2．2．4 水文、气象

水文、气象观测是平原水库进行的观测项目。水文观测包括进库流量、流速、水库上下游水位、水温、波浪等；气象观测包括降雨量、气温、风向风速、湿度、蒸发等，通过水文、气象观测可以全面了解水库水文、气象状况，进而为水库安全管理、提高科学管理水平提供服务。

2．2．5 其他

包括地震、水流等。这些项目的确立要根据平原水库工程所在的位置，工程设施的工作状况，按照《土石坝安全监测技术规范》要求进行布置。

3 平原水库自动化监测

大坝安全自动化监测系统是针对水库大坝的变形、位移、渗压、温度等进行数据采集、数据管理、分析处理，系统所采集的数据经过处理后，既可为用户在线分析提供决策依据，也可提交给有关的上层结构分析软件做进一步处理。

平原水库自动化监测设计要充分考虑到平原水库的特殊性，因地制宜，充分利用已有的科技手段，合理确定观测项目和观测仪器布置。

3．1 自动化监测系统

自动化监测系统主要由传感器、电缆、监测分站、光纤、监测总站、网络通讯连接和安全监测系统软、硬件组成。传感器（即压阻式高精度扬压力计）通过信号电缆与扬压力数据采集单元（监测分站）相连，光纤将数据采集单元所采集的信号传输到监控管理中心（监测总站），从而实现大坝安全自动化监测。

自动化监测分站主要设有数据采集单元（DAU），每一个数据采集单元的布置是根据其监控渗流测点数量多少和距离确定的。每一个数据采集单元对所辖监测仪器按工控机的命令或设定的时间自动进行监测，并转化为数字量，暂存在数据采集单元中。各个数据采集单元中的数字量由光端机通过光纤并根据工控机的命令向主机传送所测数据。

自动化监测总站主要包括服务器、微机工作站、工控机、不间断电源、防雷净化电源、调制解调器（MODEM）和安全监测管理系统等。监测总站负责同现场数据采集单元和远端上级主管部门进行数据通讯，并负责数据处理及系统的安全管理工作。

大坝自动化监测的内容和测点布置可根据平原水库所在地的情况及水库大坝的具体条件确定。

3．2 数据处理系统

3．2．1 在线分析系统

这一部分的功能可以镶嵌在实时监测系统当中。在在线分析系统中，可以利用原始的监测数据建立回归模型，对大坝的情况进行快速评估和预报。这一系统建立的意义主要在于可以最快的速度了解大坝目前的安全状况，对一些特殊的演变和变化现象进行及时的跟踪分析。

3．2．2 数据库系统

大坝安全监测数据库的作用是对所采集到的数据进行详细地分析和处理。这一部分包括：①数据可靠性验证，对采集到的数据进行验证，剔除异常数据，保证用于分析计算的数据的可靠性；②数据的整理和图形绘制，包括过程线和库水位的绘制。③回归模型库，用户只要通过选择相应的测点和时间段，系统就会根据要求进行多元回归运算，得到多元回归模型。可以根据用户对模型的满意程度与否来选择是否保存模型进入模型库。这一系统建立的意义在于对采集到的数据进行归纳整理，为大坝的安全评估和进一步的科学研究提供依据。

［1］SL 60—94，土石坝安全监测技术规范［S］．

［2］刘大义，胡建忠．工程安全监测技术［M］．北京：水利水电出版社，2007．

［3］谢云敏．水电站计算机监控技术［M］．北京：水利水电出版社，2006．

［4］世界水坝委员会报告．水坝与发展［M］．北京：中国环境科学出版社，2005．

［5］吴世勇，陈建康，邓建辉．水电工程安全监测与管理［M］．北京：水利水电出版社，2009．

［6］赵志仁．大坝安全监测设计［M］．郑州：黄河水利出版社，2003．

［7］中国水利水电出版社．水库大坝安全评价导则［M］．北京：中国水利水电出版社，2007．

［8］陈生水，霍家平．新疆引额济乌工程500水库大坝施工期原型观测及资料分析［R］．南京水利科学研究院，2005．

Safety monitoring in the Plain reservoir dam

ZHAO Yu－qin1，JIA Zhong－qing1，HUANG Jiu－quan1，ZHAO Yu－ting2
（1．Luan River to Tianjin Project Management Office Erwangzhuang，Tianjin301802，China；2．Tianjin Fusawa Engineering Consulting Co．，Ltd．Tianjin300204，China）

The well reservoir dam safety monitoring is an important measure to ensure the safe operation of dam reservoir，By describing the basic features of plain reservoir，summed up several aspects of problems and the principles of project setting the plain reservoir dam safety monitoring should pay attention to．Discusses the composition and principle of automatic monitoring system in plain reservoir.

Plain reservoir；dam；safety monitoring

TV697．1

A

1672-9900（2010）05-0076-03

2010－08－13

赵玉芹（1979－），女（汉族），天津宝坻人，工程师，主要从事工程管理工作，（Tel）13821754821。