赵山渡水库大坝监测系统评价和资料分析

陈培真

(温州市水利局 325000)

1 概述

1.1 工程概况

赵山渡引水工程是飞云江干流中游河段上的控制水利工程，是珊溪水利枢纽工程的重要组成部分，由引水枢纽工程和输水渠系工程两部分组成，引水枢纽工程位于温州瑞安市龙湖镇西北的赵山渡，距温州市87km。闸址以上流域面积2302km2，多年平均流量88.8m3/s;珊溪—赵山渡区间面积773km2，相应区间流域多年平均降水量为1869mm，多年平均径流量8.3亿m3。水库校核洪水位23.37m，设计洪水位和正常蓄水位 22.0m，电站装机容量 2×10MW，总库容3414万m3。工程是以供水、灌溉为主，兼顾发电、防洪综合利用的Ⅱ等大(2)型水利工程。

工程由左右岸混凝土重力坝、河床式电站厂房和泄洪闸等组成。泄洪闸位于主河床，最大闸高29.0m，闸顶长367.4m(含重力坝和河床式厂房)，设有16个闸孔，孔宽12m。河床式厂房位于右岸河滩，安装两台单机容量10MW的灯泡贯流式水轮发电机组。泄洪闸地基主要为砂砾卵石，采用混凝土防渗墙进行防渗处理;左右岸混凝土重力坝、厂房地基岩性为角岩化粉砂质泥岩，基础进行了固结灌浆和帷幕灌浆处理。

1.2 大坝监测系统布置

该工程等别为Ⅱ等，大坝安全监测项目主要是水平位移、垂直位移、上下游水位和降雨等。

1.2.1 水平位移监测点布置

在左右岸重力坝、厂房、泄洪闸等坝段坝顶25.5m高程沿0+006.50桩号设置一条视准线，共布置22个测点。测点编号从右岸重力坝至5号泄洪闸孔左边墩依次为CD1～CD11，从7号泄洪闸孔至左岸重力坝依次为 CD12～CD22。

视准线采用分段观测，设置3个工作基点，分别位于右岸重力坝，桩号闸右0+093.55，编号GZ1;6号泄洪闸孔左边墩，桩号闸左0+090.60，编号GZ2;左岸重力坝，桩号闸左0+280.00，编号GZ3。

在右岸视准线延长线上设置一个校核基点，在左岸公路旁视准线上下游侧设置两个校核基点(上游点编号为ZX1，下游点为ZX2)。水平位移采用视准线小角度法施测。

1.2.2 垂直位移监测点布置

垂直位移测点与水平位移测点共用。水准基点设在左右岸上坝公路边，BM1位于右桩号0+011.0、闸右0+094.65处，左岸公路边水准基点BM2已被破坏，用同等级水准S1替代 BM2，S1位于公路边桩号0+265.00、闸左0+300.00处。垂直位移按国家四等水准测量要求施测。

1.2.3 环境量监测

上、下游水位采用压力式自记水位计进行监测，上游水位测站设置在上游岸边，距大坝约1km;下游水位测站设置在右岸下游办公楼附近。另外还设置水尺可进行人工监测。降雨监测用的雨量计设置在右岸厂房顶。

1.3 监测工作实施情况

a.水平位移采用小角度法施测，角度观测三测回，仪器为日本宾得R-122全站仪，按下列方式进行观测:

在GZ1工作基点设站，后视GZ2工作基点，观测CD2～CD5测点;

在GZ2工作基点设站，后视GZ1工作基点，观测CD6～CD12测点;

在GZ2工作基点设站，后视GZ3工作基点，观测CD13～CD17测点;

在GZ3工作基点设站，后视GZ2工作基点，观测CD18～CD22测点。

b.垂直位移按国家四等水准测量要求实测，水准路线由水准基点 S1、水准工作 GZ2以及位移测点CD1～CD22组成一个闭合环。

2 监测系统现状运行评价

2.1 变形监测评价

a.从现场检查情况看，对照DL/T 5178—2003《混凝土坝安全监测技术规范》的要求，主要存在的问题为:ⓐ视准线各测点结构不能满足现行规范要求;ⓑ视准线测点观测时采用三角架垂球对中，测点结构对保证满足规范要求的监测精度不利;ⓒ观测墩顶部设置的对中底盘锈蚀严重;ⓓ左右坝肩校核基点、工作基点和测点相距太近，属于同一区域，如测点发生位移，校核基点、工作基点也有可能产生不同程度的位移，监测数据不能正确反映测点的实际位移情况。

b.本工程视准线长达374m，采用小角度法分段观测的方法是正确的。但由于目前坝顶小角度法观测时，GZ2作为后视或测站，在计算中没有考虑到GZ2实际发生的位移，因此目前计算得到的坝顶各水平位移测值存在着系统差值，且各测点不同。具体演算说明如下:

设GZ2在第j次观测时相对首次观测时发生了位移ε1j，相对2002年3月日观测时发生了位移ε3j，并设CD2～CD12至 GZ1距离为 S1i，CD13～CD22至GZ3距离为S3i，GZ1至 GZ2的距离为 S12，GZ3至 GZ2的距离为 S32，各测点目前计算得到的水平位移为δji，各测点实际的位移为Δji(参见示意图):

测点实际位移Δji计算示意图

正确的观测方法是在GZ1和GZ3观测时，后视点分别选择GZ3和GZ1，同时均观测GZ2，取得GZ2的位移值。GZ1观测得到的 GZ2测值的精度为:，GZ3观测得到的GZ2测值的精度为:，最终的GZ2测值应该取两者的加权平均，这样，将S12=184m、S32=190m代入公式，得到GZ2加权平均测值Xj的精度为±0.67 mαmm。式中mα为测角中误差，以秒为单位。

计算时，在GZ1、GZ3观测的各测点的测值为最终测值，在GZ2点观测时，当后视GZ1时，观测的各测点的测值应按计算，当后视GZ3时，观测的各测点的测值应按计算，各测点的位移则为Δ=Y－Y，其中Yjiji0i0i为该点初次测值。

c.目前垂直位移按国家四等水准测量要求实测，每公里偶然中误差为±5mm，全中误差为±10mm，不能满足现行规范要求，应改用一等水准进行观测。

2.2 环境量监测评价

上下游水位、降雨量监测设置实现了自动遥测，能满足要求，但应增设气温监测项目，所有环境量监测资料应与变形、渗流等监测资料一起长期保存。

3 监测资料分析

3.1 水平位移监测资料分析

3.1.1 水平位移监测资料特征值统计表

根据实测资料统计分析(见表1)，坝顶水平位移各测点最大值在－0.69～4.04mm之间，最小值在－6.56～0.00mm之间，最大年变幅在1.56～8.81mm之间。

表1 坝顶水平位移特征值统计

3.1.2 坝顶视准线测点水平位移实测过程统计分析(过程线略)

a.各测点的精度较低，水平位移测值规律性较差。

b.随着监测工作的正常开展，监测资料的连续性，测值精度有所提高。

c.上下游水位对坝顶水平位移的影响较小，其主要原因是上下游水位运行平稳，总体水位变幅较小。

d.各测点时效位移不明显。

3.2 垂直位移监测资料分析

3.2.1 特征值统计

根据实测资料统计分析(见表2)，坝顶垂直位移各测点最大值在14.4～24.5mm之间，最小值在4.5～18mm之间，最大年变幅在2.5～13.9mm之间。泄洪闸坝段的测点测值相对其他坝段较大。

表2 坝顶垂直位移特征值统计

3.2.2 坝顶垂直位移实测过程统计分析(过程线略)

a.随着测次增加，各测点的位移开始呈明显的年周期性变化。

b.相邻坝段测点变化同步性较好，可以判断相邻坝段上下的错动值很小。

c.上下游水位对坝顶垂直位移的影响较小。

d.各测点存在明显的时效位移。

4 结论与建议

通过对本工程现大坝运行监测系统评价及近年来所观测资料分析，目前大坝监控系统存在监测点布置、设施不完备，监测精度低等诸多问题，已不能满足现代水利设施运行管理的要求。为了确保工程运行安全，建议对现大坝观测系统进行更新改造:一是坝顶水平位移采用视准线活动觇牌法监测。对现视准线进行更新改造，在现视准线处设置一条视准线，增设1个水平位移校核基点和两个水平位移工作基点，更新改造原有水平位移工作基点、测点和校核基点;二是垂直位移采用几何水准测量法监测，按国家一等水准测量要求施测。垂直位移监测增设两组基准点。三是在坝顶25.0m高程4号与5号、6号与7号、13号与14号闸室之间闸墩伸缩缝各布置一套三向型板式测缝计，用以监测伸缩缝张开、错动和不均匀沉降三个方向的位移情况;四是在左右岸重力坝段、厂房坝段、泄洪闸闸墩距上游面80cm的位置各布置一个扬压力监测孔，用于监测各坝段的扬压力;五是在左、右岸各布置两个绕坝渗流监测孔，用于监测绕坝渗流。