論漳澤水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)與改造的必要性與可行性

馮文濤

（山西省漳澤水庫管理局 山西長治 046021）

論漳澤水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)與改造的必要性與可行性

馮文濤

（山西省漳澤水庫管理局 山西長治 046021）

從漳澤水庫大壩安全監(jiān)測項(xiàng)目及設(shè)施現(xiàn)狀的運(yùn)行情況中發(fā)現(xiàn)，水庫安全監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間久、設(shè)備設(shè)施損壞嚴(yán)重，已不能滿足工程安全運(yùn)行管理的實(shí)際要求。因此，為保障漳澤水庫大壩安全，改造一套功能完備、性能可靠、技術(shù)先進(jìn)的大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)漳澤水庫大壩安全全天候監(jiān)測自動(dòng)化十分必要。

大壩；安全監(jiān)測；設(shè)施現(xiàn)狀；必要性；可行性

1 漳澤水庫工程概況

漳澤水庫是一座大（2）型多年調(diào)節(jié)水庫，總庫容4.27億m3，屬海河流域上游漳衛(wèi)南運(yùn)河水系，位于山西省長治市北郊濁漳河南源干流上，為濁漳河南源的控制性樞紐工程，干流發(fā)源于長子縣黑虎嶺，至襄垣縣甘村與濁漳河西源匯合，全長104.0 km，流域面積3 580.0 km2。

大壩為均質(zhì)土壩，全長2 514.0 m，分主壩和副壩。主壩位于右岸，樁號0+000～0+874，長874.0 m，最大壩高22.5 m；副壩位于左岸，樁號0+874～2+514，長1 640.0 m，最大壩高17.5 m。壩頂相對高程22.5 m，防浪墻高1.2 m；壩頂寬7.0 m，為混凝土路面。大壩迎水坡相對高程17.5 m馬道寬3.5 m，馬道以下壩坡1∶2.75～1∶3.0，采用漿（干）砌石護(hù)坡；馬道以上壩坡 1∶2.5，采用預(yù)制混凝土六方塊護(hù)坡。大壩背水坡相對高程12.5 m馬道寬2.0 m，馬道以上壩坡1∶2.0，馬道以下主壩壩坡 1∶3.0～1∶4.0、副壩壩坡 1∶4.0～1∶8.0，主要采用預(yù)制混凝土六方塊護(hù)坡，局部采用漿砌塊石護(hù)坡。主壩及副壩典型剖面圖見圖1、圖2。

2 大壩安全監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)狀及運(yùn)行情況

水庫樞紐工程于1989年10月至1995年5月實(shí)施了全面的加固改建。改建后，大壩安全監(jiān)測包括變形監(jiān)測和滲流監(jiān)測兩部分。變形監(jiān)測項(xiàng)目含：①大壩表面豎向位移觀測；②大壩壩體內(nèi)分層水平位移觀測。滲流監(jiān)測項(xiàng)目含：①土壩壩體浸潤線觀測；②大壩壩基滲壓觀測；③大壩壩體滲流量觀測。

圖1 主壩典型剖面圖

圖2 副壩典型剖面圖

截止目前，大壩安全監(jiān)測設(shè)施使用及運(yùn)行情況，如表1所示。

表1 大壩安全監(jiān)測設(shè)施使用及運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)表

壩面豎向位移監(jiān)測點(diǎn)分布在原壩頂P1、新壩頂上游側(cè)P2、新壩頂下游側(cè)P3和下游壩腰P4，共4條平行于壩軸線的測線上，其中P1、P2和P3測線各監(jiān)測點(diǎn)樁號范圍為0+200～0+800，P4測線各監(jiān)測點(diǎn)樁號范圍為0+300～0+800，監(jiān)測點(diǎn)間距為100.0 m。壩面豎向位移監(jiān)測線如圖3，壩體浸潤線監(jiān)點(diǎn)、壩基測壓管水位監(jiān)測點(diǎn)、量水堰分布如圖4。

圖3 壩面豎向位移監(jiān)測線（P1～P4）示意圖

3 監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)與改造的必要性

3.1 保障水庫大壩安全運(yùn)行的需要

大壩建成運(yùn)行已有58年的歷程，距上次改建后，現(xiàn)監(jiān)測設(shè)施也運(yùn)行20多年，完善改造一套功能完備、性能可靠、技術(shù)先進(jìn)的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)漳澤水庫大壩安全自動(dòng)監(jiān)測化十分必要。

第一，就漳澤水庫歷年運(yùn)行水位而言，漳澤水庫建庫以來歷年最高庫水位沒有超過水庫設(shè)計(jì)洪水位（相對高程）16.27 m的記錄。最高庫水位超過正常蓄水位（相對高程）14.9 m的記錄只有15年（年份是1962、1971、1976、1996、1997、2001、2003—2008、2011、2012、2014年）；也就是說，大壩各建筑物還沒有經(jīng)受設(shè)計(jì)洪水位的考驗(yàn)。

第二，運(yùn)行的50多年中，大壩運(yùn)行過程中出現(xiàn)過以下危急狀況，如大壩滑坡，大壩裂縫、滲水，壩身蟻穴、獸洞，溢洪道底板破壞，泄水洞底板裂縫及洞身漏水，七一輸水洞漏水等。但大壩監(jiān)測系統(tǒng)在大壩運(yùn)行或險(xiǎn)情發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮的作用不明顯。為及時(shí)掌握和監(jiān)控大壩工作性態(tài)，應(yīng)當(dāng)建立健全完好的監(jiān)測系統(tǒng)和設(shè)施、開展有效地監(jiān)測。當(dāng)大壩出現(xiàn)異常，而又不被及時(shí)掌握，不能有效判別變化的速率和性質(zhì)，任其發(fā)展，其后果不堪設(shè)想。

圖4 壩體浸潤線監(jiān)點(diǎn)、壩基測壓管水位監(jiān)測點(diǎn)、量水堰分布圖

第三，大壩安全監(jiān)測設(shè)施存在以下幾方面的問題，既不滿足大壩運(yùn)行的需求，也不滿足現(xiàn)行大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范的要求。

1）漳澤水庫大壩軸線長達(dá)2 514.0 m，大壩變形監(jiān)測設(shè)施的設(shè)置和觀測頻次等不滿足現(xiàn)行大壩監(jiān)測技術(shù)規(guī)范要求。

（1）表面垂直位移監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)法觀測，技術(shù)要求高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)時(shí)間長、觀測精度受環(huán)境（氣溫、天氣等）和人為影響突出，觀測質(zhì)量難以保證，成果不及時(shí)；

（2）壩體內(nèi)部分層水平位移監(jiān)測設(shè)施因損壞難以恢復(fù)，功能喪失，停測多年；

（3）缺少壩體表面水平位移和壩體內(nèi)部分層沉降監(jiān)測項(xiàng)目。

2）大壩滲流監(jiān)測設(shè)施布設(shè)少且不規(guī)范，部分設(shè)施損壞嚴(yán)重，不能真實(shí)反映壩體滲流滲壓實(shí)際。

（1）大壩滲壓監(jiān)測斷面僅4個(gè)，測壓管管體生銹，透水段存在被淤積堵塞現(xiàn)象，部分測壓管的功能喪失；

（2）量水堰布設(shè)位置遠(yuǎn)離壩腳排水溝，沿程水路長達(dá)1 km有余，滲流量測值受降雨和周邊滲水影響較大；

（3）滲壓滲流自動(dòng)監(jiān)測采集系統(tǒng)抗雷擊和相關(guān)環(huán)境因素影響能力差，傳感器缺乏校驗(yàn)、故障頻發(fā)等，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失或不連續(xù)；

（4）缺少壩體繞壩滲流監(jiān)測項(xiàng)目。

3）環(huán)境量監(jiān)測項(xiàng)目不全，數(shù)據(jù)收集不及時(shí)。

（1）缺少庫水溫度監(jiān)測設(shè)施；

（2）缺少冰壓力監(jiān)測項(xiàng)目；

（3）氣溫、水位、降水等資料來源于水文站，按年度收集、獲取，不便于及時(shí)分析監(jiān)測成果。

4）大壩變形和滲流監(jiān)測點(diǎn)位置不關(guān)聯(lián)，互相校驗(yàn)差。

5）監(jiān)測方式基本采用人工觀測，測量頻次少，受環(huán)境和人為因素影響突出，如遇暴雨、洪水、地震等突發(fā)情況，無法及時(shí)獲取大壩相關(guān)信息，不滿足大壩運(yùn)行調(diào)度的需求。

對上述漳澤水庫大壩的現(xiàn)狀及問題，如果不及時(shí)進(jìn)行改造或新建，就不能有效開展對大壩工作性態(tài)監(jiān)測。為保障漳澤水庫大壩運(yùn)行安全，改造完善現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)施，使之功能完備、性能可靠、技術(shù)先進(jìn)；實(shí)現(xiàn)漳澤水庫大壩安全自動(dòng)監(jiān)測，是現(xiàn)實(shí)所迫、勢在必行。

3.2 水行政主管部門科學(xué)管理的需要

《水庫大壩安全管理?xiàng)l例》第十九條規(guī)定：“必須按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對大壩進(jìn)行安全監(jiān)測和檢查。對監(jiān)測資料應(yīng)當(dāng)及時(shí)整理分析，隨時(shí)掌握大壩運(yùn)行狀況”，這充分說明了安全監(jiān)測在水庫大壩管理中重要性。建立一套水利現(xiàn)代化的大壩安全自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，及時(shí)準(zhǔn)確獲取其大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息，是水行政管理部門做好水庫安全定期鑒定、水庫大壩安全管理與運(yùn)行調(diào)度等的必要工程措施。應(yīng)當(dāng)從人力、物力、財(cái)力和技術(shù)等方面進(jìn)行籌措與安排。

3.3 提高水庫基層管理能力和水平的需要

漳澤水庫大壩安全監(jiān)測存在設(shè)施陳舊、功能喪失、項(xiàng)目設(shè)置不全等現(xiàn)象與問題，與水利現(xiàn)代化管理要求存在著較大的差距。進(jìn)行漳澤水庫大壩安全自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)改造，既能為及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決水庫大壩安全問題提供有力支持，又可以實(shí)施對基層人員監(jiān)測理論和技能的培養(yǎng)，提高管理素質(zhì)和技術(shù)水平，推動(dòng)水庫管理工作走向即時(shí)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

3.4 促進(jìn)水利信息化建設(shè)的需要

信息技術(shù)是當(dāng)今世界創(chuàng)新速度最快、通用性最好、滲透性最強(qiáng)的高技術(shù)之一。水利信息化就是要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，深入開展和廣泛利用信息資源，促進(jìn)信息交流和資源共享，實(shí)現(xiàn)各類水利信息（如水庫的基本信息、水雨情、安全監(jiān)測、防洪調(diào)度、興利調(diào)度以及安防監(jiān)控等）的綜合管理及其處理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化，全面提升水利為國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)的能力和水平。當(dāng)前，以水利信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化，已是一項(xiàng)事關(guān)水利發(fā)展全局的重大戰(zhàn)略任務(wù)。漳澤大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的建立與健全、監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與提高也是長治市乃至山西省水利信息化建設(shè)的迫切需求。

4 監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)與改造的可行性

安全監(jiān)測作為保障水庫大壩安全最有效的技術(shù)手段，已經(jīng)形成廣泛共識，正成為最活躍、最受關(guān)注、最具有高技術(shù)含量的領(lǐng)域。

在常規(guī)技術(shù)不斷完善的同時(shí)，基于GNSS系統(tǒng)、測量機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)等平臺的智能化監(jiān)測技術(shù)得到迅猛發(fā)展并成熟運(yùn)用于工程實(shí)際。

當(dāng)今的工程安全監(jiān)測技術(shù)正向著監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的高精度、自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化發(fā)展；監(jiān)測設(shè)備向多層次集優(yōu)化發(fā)展；監(jiān)測信息向可視化發(fā)展。采用科技含量高、性能穩(wěn)定的自動(dòng)化采集設(shè)備和系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測自動(dòng)化、可視化和遠(yuǎn)程監(jiān)控的工程不乏成功案例。

就運(yùn)行50多年的漳澤水庫大壩而言，在以往監(jiān)測成果的基礎(chǔ)上建立和完善大壩安全自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，更能做到有的放矢，切實(shí)可行。一個(gè)大壩工程的安全與否，不僅取決于自然條件（大壩自身固有的工程地質(zhì)條件及其所處外部環(huán)境因素）和工程條件（即工程措施，它通過設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行的水平和質(zhì)量來體現(xiàn)）；而且取決于監(jiān)測條件（貫穿于工程設(shè)計(jì)、施工以及整個(gè)工程壽命內(nèi)對其實(shí)際狀況的監(jiān)測）。從某種意義上來講，安全監(jiān)測是大壩運(yùn)行安全的重要保障。

為保障漳澤水庫大壩安全，開展對大壩等水工建筑物結(jié)構(gòu)、工程運(yùn)行管理、工程質(zhì)量等方面的細(xì)致診斷與系統(tǒng)評價(jià)，監(jiān)控大壩運(yùn)行安全，意義十分重大，尤其是在暴雨、洪水、大風(fēng)、地震等惡劣條件下。采用監(jiān)測技術(shù)和措施及時(shí)地發(fā)現(xiàn)隱患，是保障水庫大壩安全最明智的、有效可行的辦法；搭建實(shí)時(shí)診斷與評價(jià)工程安全狀況的技術(shù)平臺，為決策層提供支持，對促進(jìn)長治市社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的作用。

5 結(jié)語

漳澤水庫大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)與改造將把漳澤水庫大壩全面管理工作提升到一個(gè)嶄新高度，其預(yù)期效果將非常顯著。大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)與改造將對水庫安全運(yùn)行管理提供專業(yè)技術(shù)上的支持，也將有效減輕上級決策管理帶來的盲目風(fēng)險(xiǎn)，有利于工程效益的最大化，將有助于提升水庫安全監(jiān)測信息采集、收集的數(shù)字化水平，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測自動(dòng)化、管理信息化、決策科學(xué)化，從而帶動(dòng)水庫大壩安全管理整體工作的優(yōu)化與創(chuàng)新。

Necessity and Feasibility to Construct and Transform the Automatic Safety Monitoring System for Zhangze Reservoir’s Dam

FENG Wen-tao

From the implementing status quo and the operating situation of the safety monitoring items of Zhangze Reservoir’s dam it is discovered that because of long operation time of this safety monitoring system，this system’s equipments have suffered severe damage and can’t meet the actual demand to realize the engineering’s safety operating management.Therefore，in order to ensure the dam safety of Zhangze Reservoir，it is very necessary to construct and trasform a set of automatic dam safety monitoring system，which has complete function，reliable characteristic，and advanced technology to realize dam’s all-weather automatic monitoring

dam；safety monitoring；status quo of equipment；necessity；feasibility

TV698

B

1006-8139（2017）02-083-04

2017-03-02

2017-03-10

馮文濤（1989-），男，2011年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水利水電工程專業(yè)，助理工程師。