水下攝像技術(shù)在大河水庫中的應(yīng)用研究

劉慶華，劉力真，董延朋

（1.泰安大河水庫管理局，山東 泰安 271000；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

泰安大河水庫位于泰城西郊距市區(qū)5 km，控制流域面積84.53 km2，大河水庫加固改建工程于2003年開工，2005年主體工程竣工。加固改建后的大河水庫按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000年一遇洪水校核，設(shè)計(jì)水位166.8 m，校核水位167.2 m，興利水位165.0 m，死水位154.0 m，總庫容2 997萬m3，興利庫容2 234萬m3，死庫容204萬m3，屬多年調(diào)節(jié)水庫，其任務(wù)由“灌溉、防洪和工業(yè)用水”調(diào)整為“以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉和工業(yè)用水”。根據(jù)泰安抽水蓄能電站的建設(shè)需要，山東省水利廳及泰安市政府同意大河水庫加固改建后作為泰安抽水蓄能電站的下庫。

2005年加固改建完成后經(jīng)過十多年的運(yùn)行，出現(xiàn)了不少的工程問題，如閘門滲漏、放水洞下游出口變形并滲漏，陸地上可以看到這些問題的表象，而水下部分僅能進(jìn)行推斷，如何實(shí)現(xiàn)水下建筑物的實(shí)景再現(xiàn)成為管理者迫切要求。特別是放水洞附近常年水位較高，放水洞（多年）長期沒于水面以下，從未進(jìn)行過檢修。

隨著水中兵器、水下作業(yè)工具以及各種水下科學(xué)考察、水中試驗(yàn)應(yīng)用的不斷發(fā)展，研制出系列高精度水下高速攝像系統(tǒng)的，大深度、高清晰、緊湊的水下高速攝像系統(tǒng)具有廣闊應(yīng)用市場。該方法也能很好地解決大河水庫的需求。

1 水下攝像技術(shù)的應(yīng)用

水下攝像機(jī)，采用高質(zhì)量電纜作為視頻傳輸控制線，外加控制箱，放線絞架（車）等輔助控制設(shè)備組成的水下攝像系統(tǒng)。高精度水下攝像機(jī)用于捕捉水下目標(biāo)的高速移動(dòng) (動(dòng)作)相關(guān)視頻信號(hào)，完成對(duì)水下目標(biāo)動(dòng)作的監(jiān)控及高速視頻的后處理分析。其主要功能是測量，監(jiān)控，勘探等，多應(yīng)用在海洋石油、深水探測，水下作業(yè)，海洋漁業(yè)等水下領(lǐng)域。

山東省水利科學(xué)研究院自2013年以來積極開展水下檢測技術(shù)研究，先后在南水北調(diào)穿黃河段隧洞、濟(jì)南市臥虎山水庫等地進(jìn)行了多次試驗(yàn)，積累了部分檢測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

2 水下攝像技術(shù)在工程中的試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

大河水庫加固改建工程結(jié)束后運(yùn)行已十余年，為了解水庫現(xiàn)狀，尤其是水下部分的運(yùn)行狀態(tài)，需閘門滲漏、放水洞下游出口變形等工況，山東省水利科學(xué)研究院受泰安市大河水庫管理局委托，開展本次試驗(yàn)研究工作。

利用水下高清攝像進(jìn)行對(duì)針對(duì)放水洞閘門、攔污柵、溢洪閘閘門、護(hù)底詳細(xì)攝像取證，對(duì)所取得資料進(jìn)行分析并提出合理建議。

2.2 水庫水下錄相拍照觀測

2017年9月5日，利用手持式水下錄相設(shè)備通過垂放吊繩牽引，對(duì)水庫北放水洞進(jìn)口和溢洪閘工作門進(jìn)行了觀測錄相。

1）放水洞閘門的觀測。由于放水洞附近常年水位較高，放水洞（多年）長期沒于水面以下，從未進(jìn)行過檢修。且有關(guān)放水洞的可查閱設(shè)計(jì)及施工資料缺失，無法獲取其準(zhǔn)確信息。通過水下觀測錄像可以清晰觀察到放水洞入口現(xiàn)狀情況、放水洞入口處閘門放置顛倒、閘門螺桿繡跡斑斑、缺少檢修閘門、攔污柵格繡蝕、柵格上附著物較多等現(xiàn)象。

圖1 放水洞閘門（背面）

圖2螺桿銹跡斑斑圖

圖1 中閘門橫梁、縱梁清晰可見，根據(jù)水工結(jié)構(gòu)閘門的作用是用來擋水的，顯然擋水面應(yīng)該是光滑的閘門面板，由此推斷此閘門安置顛倒。圖2是水下部分閘門螺桿現(xiàn)狀，從圖像中可以看出螺桿螺紋銹跡斑斑。

圖3 攔污柵格柵斷裂圖

圖4攔污柵附近淤積物較多

圖3 是攔污柵現(xiàn)狀，圖像中顯示攔污柵柵條中間斷開。圖4中攔污柵橫向柵格上淤積物較多。

2）溢洪閘工作閘門的檢測。由于水庫水位較高，又因工程的需要溢洪閘工作閘門可能長時(shí)間無法啟吊檢修，但是又迫切需要了解閘門工作現(xiàn)狀以及水底情況，這時(shí)候，就可以應(yīng)用水下錄相執(zhí)照設(shè)備來完成這一任務(wù)。

圖5是閘門面板現(xiàn)狀，可以清晰地看到閘門面板的蝕坑、銹班。圖6中顯示，閘門底部鋼板銹蝕較嚴(yán)重，表層腐蝕皮面積較大、較厚。圖7是閘門底部現(xiàn)狀，閘底板樹葉堆積，垃圾罐清晰可見。

通過以上錄相拍照可以清楚地摸清、了解水下閘門現(xiàn)狀以及其老化銹蝕狀態(tài)，為工程管理、維修維護(hù)，以及領(lǐng)導(dǎo)決策提供可視化的可靠資料。

水下錄像拍照受到水體混濁度的影響。在水質(zhì)較好、能見度較高的水體內(nèi)，可以很好地得到應(yīng)用，但在混濁水域或能見度較低的水體中卻無法正常拍照錄相。因此，聲吶設(shè)備的引進(jìn)能夠取長補(bǔ)短，解決混濁水域內(nèi)的水下檢測的需要。

圖5 閘門面板現(xiàn)狀圖

圖6 閘門下部銹蝕現(xiàn)狀圖

圖7 閘門底部現(xiàn)狀

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

通過高清水下攝像設(shè)備的觀測情況：

1）放水洞入口處閘門安裝位置顛倒，面板不能擋水；閘門螺桿繡跡斑斑；缺少檢修閘門；攔污柵格繡蝕，附著物較多，局部柵格條斷裂。

2）閘門面板現(xiàn)狀，可以清晰地看到閘門面板的蝕坑、銹班。閘門底部鋼板銹蝕較嚴(yán)重，表層腐蝕、銹泡眾多，面積較大、較厚。閘門底部樹葉堆積，垃圾罐清晰可見。

通過以上錄相拍照可以清楚地摸清、了解水下閘門現(xiàn)狀以及其老化銹蝕狀態(tài)，為工程管理、維修維護(hù)提供可視化的可靠資料。

3.2 建議

水下錄相拍照受到水體混濁度的影響。在水質(zhì)較好、能見度較高的水體內(nèi)，可以很好地得到應(yīng)用，建議定期進(jìn)行觀察，確保工程安全運(yùn)行。

水下工程運(yùn)行情況還可以針對(duì)不同環(huán)境和管理要求，采用聲納技術(shù)分別進(jìn)行水下地形、容積變化及物體識(shí)別等作業(yè)，為水庫安全、合理高效運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。