浅谈水库大坝安全监测系统建设与管理

2017-04-07叶绥鹏

陕西水利 2017年6期

叶绥鹏

（陕西省桃曲坡水库灌溉管理局，陕西铜川 727031）

桃曲坡水库是一座以农业灌溉为主、兼有防洪、水产养殖、城乡供水、水利旅游等多功能的中型水库，桃曲坡水库通过除险加固，防洪保安能力虽然得到提高，由于灌区信息化没有全面实施，库区防汛数据库建设相对滞后；大坝观测设备还不健全，监测人员只能依靠经验，无法得到准确资料；防汛设备陈旧，在汛期故障频繁，数据信息传递速度缓慢，无法满足防汛工作的要求，建设水库安全监测自动化系统显得十分必要而又迫切。

1 建立大坝安全监测系统的重要性

水库监测的主要内容包括:水库水位、水压、渗流、流量、电导率、风力、相对湿度、空气和水的温度以及大坝坝体地表位移监测。而大坝的监测主要体现在对坝体，坝基以及坝肩等范围内的监测，同时还需要对大坝有影响的岸坡、建筑物以及设备进行监测。所以说建立大坝安全监测系统，不仅可以缩短数据的采集周期，提高大坝观测效率，减轻劳动强度，并能充分利用水库调蓄能力，使其在防洪和供水发挥最大效益，还有通过验证水库大坝设计参数改进未来设计，对大坝除险加固工程施工技术进行改进，对大坝不安全迹象和险情诊断并采取措施进行加固，同时它还能运用长期积累的观测资料掌握变化规律，对大坝未来状态做出及时有效的预报，可以看出：安全监测系统建设从浅层意义来说是为了人们准确掌握大坝工作性态，从深层意义则是为了更好掌握大坝变化规律，及时发现异常现象或工程隐患，指导大坝运行安全管理工作，发挥工程效益，节约工程投资。

2 大坝安全监测系统运行原理

该系统由大坝安全监测系统、出口流量观测系统和坝址电视监控系统组成，其通讯协议为TCP/IP，即通用的LonWorks，方式采用支持分布式控制，监测工作站作为前端用户访问和处理数据库中的数据，主要任务是实时监测各个监测点水库水位、水压、渗流、流量、扬压力等，用无线传感网络完成数据传输，在计算机上用数据模式或图形模式反映出来，实时掌控整个水库大坝各项变化情况，特殊数据实行声光报警；自动化数据采集系统包括监测站传感器数据采集仪、库区网络、中控制控制系统；监测中心站分布在大坝右坝头的水库管理站内，主要由监测服务器、监测工作站、网络交换机组成，所有装置通过网络与水库管理站内的库区网络节点相连，以便中控室对安全监测系统进行控制，将监测数据、系统参数和其它信息资料存放在数据库中，使数据库运行在监测服务器上，实现资源共享。

3 大坝安全监测系统建设

3.1 对大坝坝坡布设点进行变形观测

在大坝坝坡表面进行变形观测，沿坝轴线布置表面平均分布4个观测点，23个表面变形标点和2个校核基点，进行变形断面。对大坝内部进行变形观测，布置4个观测断面，每个观测断面布置2个观测孔，埋设沉降（测斜）管374m，沉降环75个。对溢洪道进行变形观测，由于溢洪道穿越塬上黄土山梁，开挖深度大，两岸高边坡变形需重点监测，每个闸墩和泄槽两侧以及左岸边坡各布置1个变形观测点，右岸山体布置观测基点2个。各测点水平位移和竖向位移观测共用，安装专用基座，采用全站仪进行观测，沉降采用沉降仪进行观测，水平位移采用测斜仪进行观测。

3.2 对大坝布设点进行渗透观测

对大坝进行压力监测，布置3个观测断面，钻孔11个，埋设压力计23只，绕坝渗流监测在左右坝肩各布置6个钻孔，埋设渗压计12只，大坝渗流在下游坝脚高三角量水堰1座，安装1台堰上水位计，用以监测坝体渗流压力、分布及浸润线；五是对溢洪道进行渗流观测。沿轴线布置1个纵断面，坑试埋设渗压计6只；对输水洞、泄洪底洞进行渗漏观测。沿泄洪底洞、输水洞轴线靠大坝一侧离开外壁1~2m处各布设2~3个钻孔，每个钻孔在两洞附近埋设渗压计1只；七是对库水位与下游进行水位观测，在泄洪底洞放水塔外设置竖井，安装水位计一套，接入自动化监测系统。

3.3 对大坝重点部位布设点进行部位观测

在溢泄道每扇闸门以及泄烘洞、输水洞、泄洪底洞进水口处各设闸位计1套，用以观测出库流量和泄洪流量；对水库周边环境进行量观测，在坝右MUC房顶设置雨量计1只进行降雨量观测，观测资料纳入大坝安全监测系统数据库，在坝右MUC房顶设置气压计1只和气温计1只，用于观测坝址大气压力和温度。

3.4 在坝址布设点进行监控系统建设

在大坝左右岸、输水洞闸室各布置1处图像监视云台，对水库坝面附近情况与输水洞闸门进行图像视；在水库管理站建设MCU房和监控主房，在大坝左右岸各高约为10m2的大坝测控单元，监控主站设在大坝左岸渠首管理站内，配备220V50Hz交流稳压电流，配备空气调节和防尘设施，确保系统主机正常运行。

4 大坝安全监测与分析

4.1 做好观测资料的整编工作

资料整编是监测工作的一项经常性工作，做好平时资料的整编，重点是查证原始监测数据的可靠性与准确性，在平时资料整理的基础上，按规定时段对监测资料进行全面整理、汇编和分析，并附以简要安全分析意见和编印说明后刊印成册。在整编中，做好技术审查的完整性，整编资料的内容、项目、测次等是否齐全，各类图表的内容、规格、符号、单位以及标注方式和编排顺序是不符合规定要求等；同时做好技术审查的连续性，各项监测资料整编的时间与前次整编是否衔接，整编图所选工程部位、测点及坐标系统与历次整编是否一致；使资料技术的合理性。各监测物理量的计（换）算和统计是否正确、合理、特征值数据有无遗漏、谬误，有关图件是否准确、清晰，以及工程性态变化是否符合一签名册规律。并对做好资料整编说明的审查，主要审查整编说明是否符合规定内容，尤其是注重工程存在的问题、分析意见和处理措施是否正确，以其说明其他事项有无遗漏。

4.2 做好监测资料的分析

原始的监测成果只展示大坝的直观表象，深刻揭示规律和做出判断，从繁多的监测数据中找出关键问题，还必须对监测数据进行检验、剖析、提炼和概括。监测资料的采集和整编，对监测资料的预处理，既对原始资料的可靠性和正确性进行检查，然后对误差的剔除或修正、缺测值的插补、资料的修匀等，所有预处理工作一般不对原始监测数据进行修改；对监测资料中物理量的换算。监测仪器的原始监测数据只是需要监测的物理量的中间成果，需要根据临测仪器的系数、计算方法与仪器的种类、安装方法进行适当的换算后才能得到需要监测的物理量；通过绘制测值过程线、绘制测值分布图、绘制相关图以及影响因素分析等方法进行监测资料的定性分析；通过渗流、变形、应力应变等方法和步骤对某一类监测数据子项目中的物理量进行分析；在对监测数据初步分析和影响因素分析的基础上，建立各种数学模型，如统计模型、确定性模型、混合性模型和分布模型等，根据建立的各种数学模型，可以实时监控在不同外界条件下，测值的变化趋势和范围，根据各物理量实测值与模型计算值的吻合程度，反过来进一步修正模型，从而提高模型的精度，以便能更准确地反映大坝的工况；对大坝安全进行综合综合评估，重点是对其应力、变形及稳定性进行分析，对大坝的结构安全和渗流安全进行综合评价。