水下摄像技术在大河水库中的应用研究

刘庆华，刘力真，董延朋

（1.泰安大河水库管理局，山东 泰安 271000；2.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014）

泰安大河水库位于泰城西郊距市区5 km，控制流域面积84.53 km2，大河水库加固改建工程于2003年开工，2005年主体工程竣工。加固改建后的大河水库按100年一遇洪水设计，1 000年一遇洪水校核，设计水位166.8 m，校核水位167.2 m，兴利水位165.0 m，死水位154.0 m，总库容2 997万m3，兴利库容2 234万m3，死库容204万m3，属多年调节水库，其任务由“灌溉、防洪和工业用水”调整为“以发电为主，兼顾防洪、灌溉和工业用水”。根据泰安抽水蓄能电站的建设需要，山东省水利厅及泰安市政府同意大河水库加固改建后作为泰安抽水蓄能电站的下库。

2005年加固改建完成后经过十多年的运行，出现了不少的工程问题，如闸门渗漏、放水洞下游出口变形并渗漏，陆地上可以看到这些问题的表象，而水下部分仅能进行推断，如何实现水下建筑物的实景再现成为管理者迫切要求。特别是放水洞附近常年水位较高，放水洞（多年）长期没于水面以下，从未进行过检修。

随着水中兵器、水下作业工具以及各种水下科学考察、水中试验应用的不断发展，研制出系列高精度水下高速摄像系统的，大深度、高清晰、紧凑的水下高速摄像系统具有广阔应用市场。该方法也能很好地解决大河水库的需求。

1 水下摄像技术的应用

水下摄像机，采用高质量电缆作为视频传输控制线，外加控制箱，放线绞架（车）等辅助控制设备组成的水下摄像系统。高精度水下摄像机用于捕捉水下目标的高速移动 (动作)相关视频信号，完成对水下目标动作的监控及高速视频的后处理分析。其主要功能是测量，监控，勘探等，多应用在海洋石油、深水探测，水下作业，海洋渔业等水下领域。

山东省水利科学研究院自2013年以来积极开展水下检测技术研究，先后在南水北调穿黄河段隧洞、济南市卧虎山水库等地进行了多次试验，积累了部分检测数据和经验。

2 水下摄像技术在工程中的试验

2.1 试验目的及内容

大河水库加固改建工程结束后运行已十余年，为了解水库现状，尤其是水下部分的运行状态，需闸门渗漏、放水洞下游出口变形等工况，山东省水利科学研究院受泰安市大河水库管理局委托，开展本次试验研究工作。

利用水下高清摄像进行对针对放水洞闸门、拦污栅、溢洪闸闸门、护底详细摄像取证，对所取得资料进行分析并提出合理建议。

2.2 水库水下录相拍照观测

2017年9月5日，利用手持式水下录相设备通过垂放吊绳牵引，对水库北放水洞进口和溢洪闸工作门进行了观测录相。

1）放水洞闸门的观测。由于放水洞附近常年水位较高，放水洞（多年）长期没于水面以下，从未进行过检修。且有关放水洞的可查阅设计及施工资料缺失，无法获取其准确信息。通过水下观测录像可以清晰观察到放水洞入口现状情况、放水洞入口处闸门放置颠倒、闸门螺杆绣迹斑斑、缺少检修闸门、拦污栅格绣蚀、栅格上附着物较多等现象。

图1 放水洞闸门（背面）

图2螺杆锈迹斑斑图

图1 中闸门横梁、纵梁清晰可见，根据水工结构闸门的作用是用来挡水的，显然挡水面应该是光滑的闸门面板，由此推断此闸门安置颠倒。图2是水下部分闸门螺杆现状，从图像中可以看出螺杆螺纹锈迹斑斑。

图3 拦污栅格栅断裂图

图4拦污栅附近淤积物较多

图3 是拦污栅现状，图像中显示拦污栅栅条中间断开。图4中拦污栅横向栅格上淤积物较多。

2）溢洪闸工作闸门的检测。由于水库水位较高，又因工程的需要溢洪闸工作闸门可能长时间无法启吊检修，但是又迫切需要了解闸门工作现状以及水底情况，这时候，就可以应用水下录相执照设备来完成这一任务。

图5是闸门面板现状，可以清晰地看到闸门面板的蚀坑、锈班。图6中显示，闸门底部钢板锈蚀较严重，表层腐蚀皮面积较大、较厚。图7是闸门底部现状，闸底板树叶堆积，垃圾罐清晰可见。

通过以上录相拍照可以清楚地摸清、了解水下闸门现状以及其老化锈蚀状态，为工程管理、维修维护，以及领导决策提供可视化的可靠资料。

水下录像拍照受到水体混浊度的影响。在水质较好、能见度较高的水体内，可以很好地得到应用，但在混浊水域或能见度较低的水体中却无法正常拍照录相。因此，声呐设备的引进能够取长补短，解决混浊水域内的水下检测的需要。

图5 闸门面板现状图

图6 闸门下部锈蚀现状图

图7 闸门底部现状

3 结论与建议

3.1 结论

通过高清水下摄像设备的观测情况：

1）放水洞入口处闸门安装位置颠倒，面板不能挡水；闸门螺杆绣迹斑斑；缺少检修闸门；拦污栅格绣蚀，附着物较多，局部栅格条断裂。

2）闸门面板现状，可以清晰地看到闸门面板的蚀坑、锈班。闸门底部钢板锈蚀较严重，表层腐蚀、锈泡众多，面积较大、较厚。闸门底部树叶堆积，垃圾罐清晰可见。

通过以上录相拍照可以清楚地摸清、了解水下闸门现状以及其老化锈蚀状态，为工程管理、维修维护提供可视化的可靠资料。

3.2 建议

水下录相拍照受到水体混浊度的影响。在水质较好、能见度较高的水体内，可以很好地得到应用，建议定期进行观察，确保工程安全运行。

水下工程运行情况还可以针对不同环境和管理要求，采用声纳技术分别进行水下地形、容积变化及物体识别等作业，为水库安全、合理高效运行提供科学依据。