天福庙水库大坝自动监测系统的应用管理

赵彬

摘 要：大坝监测系统是保证大坝安全的重要措施，是水库安全运行的耳目。宜昌市天福庙水库大坝自动监测系统于2011年底水库除险加固时安装调试完成，2012年初正式投入使用。经过4年多的运行，目前设备正常，观测资料准确，为大坝自动监测的运行管理提供了宝贵的管理经验。

关键词：天福庙；大坝；自动；监测；应用；管理

中图分类号： TV 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-31-2

1 概况

宜昌市天福庙水库位于长江北岸支流黄柏河东支中上游的远安县荷花镇境内，是黄柏河梯级开发的骨干工程之一，距宜昌市城区80km。1974年12月动工兴建，1978年元月投入运行。水库大坝由砌石双曲溢流拱坝和左岸溢流重力坝组成。坝顶高程410.30m，坝顶宽4.2m，坝顶全长232m，最大坝高63.3m。坝址以上控制流域面积553.6km2。设计正常蓄水位409.00m，相应库容6045万m3，校核洪水位409.51m，总库容6180万m3，属中型水库。建库以来，多年平均降水量1100mm，多年平均流量8.51m3/s。水库下游建有两级电站，总装机7000kW，一级电站装机3×1400kW，发电尾水经长达5km的渠道引向二级电站；二级站装机3×800+1×400kW。

2 大坝自动监测仪器布置

2.1 内部监测

裂缝监测，共埋设测缝计8支。其中中间溢洪支墩一支；右坝肩一支；大坝F1、F4断层6支三相测缝计。使用基康BGK-4420型振弦式裂缝计进行自动化监测。

2.2 外部监测

包括坝顶视准线（水平位移）和正（倒）垂线监测。视准线监测共建有视准线7条，监测基点9个点。使用日本索佳全站仪NETO5对大坝水平方向利用ATOMS自动测量软件实现对大坝水平位移的监测。

垂线监测：分别在大坝拱坝段左坝端和右坝端各布置有正垂线一条和倒垂线一条，在冠中处设正垂线监测线一条，实行两点监测。使用基康BGK4805A垂线坐标仪进行自动化监测。

2.3 渗流监测

包括扬压力监测、量水堰监测。扬压力监测设备渗压计7支。两个量水堰渗压计2支。使用基康BGK-4675LV型振弦式精密水位计（量水堰计）进行自动化监测。

2.4 水温监测项目

坝前安装1套水温监测计，监测坝前表层、中层、深层水温。

3 大坝自动监测的应用

3.1 自动监测信息采集

天福庙大坝自动监测系统是基于局域网，针对天福庙水库双曲拱坝坝体和水库实际情况订制的管理系统。主要功能有对大坝水平位移、正倒垂、裂缝、断层、扬压力、水温等大坝监测数据的接收、处理和存储，建立工程档案，并实现在线处理和离线处理，及时制成图表，对工程性态进行分析和安全评估。信息采集见天福庙大坝自动监测系统拓扑图。

大坝水平位移监测：先将全站仪架设在基站，在信息采集中心计算机上通过软件控制全站仪，全站仪将按照预先设定的程序对观测站点逐个扫描，再将数据传回到计算机，自动生成监测数据报告。

坝基扬压力的监测：坝基扬压力监测，主要监测坝基扬压力变化。扬压力观测采用振弦式渗压计观测，渗压计的传感元件是一根附在膜上的钢琴弦，它由绕组磁铁激励作用在膜上的压力来改变弦的压力，张力与钢弦共振或自然频率成比例，通过频率信号测量再转换成水压力数据量。

3.2 主要监测项目成果分析

坝顶水平位移监测是天福庙水库大坝外部变形监测中的主要项目，对掌握大坝的水平变位及其变化规律有着决定性的作用。根据人工监测和自动监测资料分析，变位具有明显的规律性，其变化规律为：库水位愈低、气温愈高，坝体向上游位移量就愈大；水位高、气温高，坝体同样向上游位移；水位高、气温低，坝体向下游位移量就愈大，由此说明库水位对大坝变位的影响不及温度影响明显，上下游方向位移受温度变化影响为主，水位变化影响次之。但值得注意的是，高温加低水位是拱坝最不利的运行状态。

正倒垂人工监测和自动监测资料分析，拱冠处挠度变化趋势与坝顶水平位移变化规律基本一致，即温度升高向上游，温度降低向下游；水位降低向上游，水位上涨向下游，并呈年周期性回归。

天福庙大坝通过人工监测和自动监测的数据对比来看，大坝监测数据两者的变化规律是一致的，而且自动监测的数据更时时、更精确。

4 大坝自动监测存在的问题

4.1 监测设备布置不合理

天福庙大坝水平位移自动监测设施是在原人工监测设施上进行的更新改造，当自动设备出现故障时，人工监测也无法进行，特别是在汛期水位较高时不能时时掌握大坝变形情况，同时对观测资料的延续性极为不利。

4.2 设备运行维护问题

由于大坝管理人员更换频繁，新进人员对设备的性能及使用方法要用很多的时间来适应。加上设备的自动化程度较高，需要专业人员才能进行维护，每次设备出现问题后就要等待安装厂家技术人员到现场指导。

5 大坝监测工作的改进措施

5.1 合理布置监测设备

天福庙水库应重新建立大坝水平位移自动观测系统，并保留原有人工观测点，用人工监测方法对自动监测数据进行校核，确保大坝水平位移观测数据的延续性和准确性。

5.2 加强专业人才的培养

大坝变形自动监测项目是一项系统工程，涉及水工、测量、网络、计算机等方面的专业知识，为了准确地进行变形监测，应重视水工管理人员的队伍建设，加强工程管理人员的培训力度，有针对性地引进专业人才，提高大坝变形监测人员的整体素质。

6 结语

大坝监测系统是保证大坝安全的重要措施，是水库安全运行的耳目，要把大坝安全放在首位，在日常管理过程应该注重设备的维护，确保监测资料的延续性和可靠性；应该利用信息技术加强对资料的收集、整理、分析，为大坝自动监测的运行管理提供可靠的管理经验。