鄒城市西葦水庫大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題及對策

張 紅 張建東 張 東

1.鄒城市西葦水庫管理局 山東 鄒城 273500；2.鄒城市水利局機(jī)井隊 山東 鄒城 273500；

3.鄒城市水利工程服務(wù)中心 山東 鄒城 273500

鄒城市西葦水庫位于白馬河支流大沙河中段，屬淮河流域南四湖水系。該水庫于1959年10月動工興建，1960年6月基本竣工，流域面積85.3 k m2，水庫總庫容1.0194億m3，興利庫容0.4111億m3。1984年截遼引河工程完成后，流域面積增加到113.6k m2。2009年實施西葦、莫亭水庫聯(lián)合調(diào)度工程后，又增加流域面積40 k m2，現(xiàn)流域面積達(dá)到153.6 k m2。西葦水庫流域內(nèi)山區(qū)占10%，丘陵占90%。流域形狀為扇形，地勢東高西低，地面高程一般在90～280 m之間，流域內(nèi)多山、多嶺、多溝河，植被稀少，旱季溝河干枯，雨季洪水暴漲暴落。該水庫是一座以防洪為主，兼顧城市及工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉等綜合利用的大(2)型水利樞紐。西葦水庫下游保護(hù)面積為452.3k m2是鄒城市區(qū)、國家重點保護(hù)文物“兩孟”、104國道、京滬鐵路、城西兗礦集團(tuán)九個大型煤礦和兩個電廠(鄒縣電廠、里彥電廠)等工礦重地，地理位置十分重要。

一、現(xiàn)狀監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行情況

水庫除險加固工程完工后，在大壩0+800、0+910、1+150、1+060，1+370，五個斷面共布置28根測壓管，測壓管內(nèi)設(shè)滲壓計，數(shù)據(jù)通過MCU將測得數(shù)據(jù)通過通訊光纜/無線網(wǎng)絡(luò)上傳至水庫中控室，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并繪制大壩滲流浸潤線，展示于中控室計算機(jī)及會商大屏幕上。由于管理局總控室的計算機(jī)終端和溢洪閘、放水洞監(jiān)控、監(jiān)視系統(tǒng)分別由多家施工企業(yè)承包施工，未進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試；導(dǎo)致大壩觀測自動化測報系統(tǒng)，溢洪閘、放水洞自動化調(diào)度及溢洪閘、放水洞監(jiān)視系統(tǒng)不能正常工作，中控室一直未能啟用。放水洞閘門和溢洪閘閘門只能現(xiàn)場啟動，2015年1月，大壩測壓管觀測改為人工觀測。安全監(jiān)測采用自動化和人工相結(jié)合的方式，每天通過自動化監(jiān)測系統(tǒng)采集兩次數(shù)據(jù)，每月進(jìn)行一次人工觀測；每年通過人工進(jìn)行一次監(jiān)測資料的整編分析工作，并出具相關(guān)的分析報告。由于觀測時間較短，庫 水位變化小，且一直在低水位運(yùn)行，缺高水位運(yùn)行下測壓管的觀測資料，難以體現(xiàn)壩體的防滲狀況。依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析可知，壩體一直處于低于正常蓄水位(106.06 m)情況下運(yùn)行。

二、現(xiàn)狀監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行存在的問題

1.多數(shù)斷面出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，測量的水位數(shù)據(jù)偏差較大，部分測壓點已無數(shù)據(jù)上傳。

2.多數(shù)數(shù)據(jù)采集器(MCU)不上傳數(shù)據(jù)。經(jīng)水庫對傳輸終端和供電系統(tǒng)排查，分析認(rèn)為是MCU數(shù)據(jù)采集主板出現(xiàn)故障。

3.滲流數(shù)據(jù)處理分析計算機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障，計算機(jī)是大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)初建時配置的，使用年限長、老化嚴(yán)重造成。

4.大壩安全監(jiān)測軟件功能比較單一，僅僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、報表、曲線等功能，缺少必要的數(shù)據(jù)分析、資料整編等功能，軟件大多基于C/S開發(fā)，只能在特定的電腦進(jìn)行操作，應(yīng)用不便捷。

5.部分(具體)測壓管存在淤積堵塞問題，在一定程度上影響了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6.大壩表面沉降位移監(jiān)測大多基于人工觀測，缺乏必要的自動化觀測設(shè)備，在數(shù)據(jù)觀測的實時性和連續(xù)性方面有所欠缺。

7.運(yùn)維服務(wù)能力不足，缺少運(yùn)維資金及必要的廠家技術(shù)支持。

三、對策及措施

1.建設(shè)大壩安全自動監(jiān)測信息管理系統(tǒng)。合理利用現(xiàn)有硬件平臺，部署新一代大壩安全自動監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對大壩滲流、表面變形數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，預(yù)留環(huán)境量、應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)對大壩安全運(yùn)行全要素的綜合管理。建設(shè)大壩安全自動監(jiān)測信息管理系統(tǒng)可實現(xiàn)對壩體滲流、壩基滲流、繞壩滲流、水平位移、垂直位移關(guān)鍵監(jiān)測點自動監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)報表功能；在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)行擴(kuò)展，具備水庫已建其他監(jiān)測設(shè)備及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接入的能力和人工錄入數(shù)據(jù)能力，可實現(xiàn)庫水位、降雨量等與大壩安全相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)量的融合管理；系統(tǒng)具有功能再升級擴(kuò)展能力，可對大壩安全所有關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，通過對數(shù)據(jù)的綜合管理分析，實現(xiàn)資料整編、大壩安全智能分析，大壩安全預(yù)警預(yù)報，指揮調(diào)度管理等功能?？商岣叽髩斡^測的工作效率，提高水庫基本數(shù)據(jù)監(jiān)測的完整性、統(tǒng)一性和可利用性，充分發(fā)揮和利用好水庫的調(diào)儲能力，使其在防洪和供水等多方面發(fā)揮最大的效益。

2.建設(shè)壩體表面變形監(jiān)測系統(tǒng)。壩體表面變形監(jiān)測內(nèi)容包括壩面的垂直位移和水平位移，部署GNSS位移觀測設(shè)備，實現(xiàn)對大壩表面變形的實時在線監(jiān)測。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，監(jiān)測壩體表面位移和沉降。壩頂位表面變形監(jiān)測主要為壩頂?shù)乃轿灰坪痛怪蔽灰票O(jiān)測。位移是大壩在各種外力作用下的綜合表現(xiàn)，是評價大壩安全的重要指標(biāo)。通過監(jiān)測壩頂水平位移和垂直位移可反映出結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀況。

3.清洗及新建滲壓觀測井。對于已建滲壓觀測井，長時間運(yùn)行存在淤積情況，進(jìn)行清理，保證監(jiān)測設(shè)備有良好的運(yùn)行環(huán)境；前期沒有滲壓觀測井的，需要按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，新建滲壓觀測井，以滿足大壩滲流觀測的需要。

4.建設(shè)大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)。利用原有或者新建大壩滲流觀測井，部署新一代大壩滲流觀測設(shè)備，實現(xiàn)對大壩滲流的實時在線監(jiān)測。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對壩體滲流進(jìn)行監(jiān)測滲流監(jiān)測是大壩安全監(jiān)測的重要項目，土石壩滲流監(jiān)測項目包括:壩體滲流壓力、壩基滲流壓力、繞壩滲流，滲流量監(jiān)測?？刹捎脺y壓管法和埋設(shè)滲壓計法，測壓管法具有可進(jìn)行人工比測、儀器更換方便等優(yōu)點，但是也有容易出現(xiàn)泥沙淤積、孔口破壞和測值滯后等缺點，對于已建滲壓觀測井，長時間運(yùn)行存在淤積情況，進(jìn)行清理，保證監(jiān)測設(shè)備有良好的運(yùn)行環(huán)境；前期沒有滲壓觀測井的，需要按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，新建滲壓觀測井，以滿足大壩滲流觀測的需要。

結(jié)束語

安全監(jiān)測是大壩安全管理的耳目，是判斷水庫能否安全御用充分發(fā)揮效應(yīng)的前提，可及時獲取第一手資料來了解大壩的工作狀態(tài)，可制定適當(dāng)?shù)乃畮炜刂七\(yùn)用及大壩的維護(hù)管理措施來保障大壩安全，也為水庫除險加固設(shè)計和水庫調(diào)度維修養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)；在施工期提高風(fēng)險識別能力，指導(dǎo)施工規(guī)避潛在的安全風(fēng)險；在發(fā)生險情時及時發(fā)布警報減免事故損失。水庫大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，對大壩變形進(jìn)行實時監(jiān)測和預(yù)警就是非常必要的，可以實時動態(tài)的掌握水庫運(yùn)行信息并進(jìn)行預(yù)警，如果水庫的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生異常，水利部門的有關(guān)人員可以及時掌握情況并采取措施進(jìn)行應(yīng)急處理。

總之，大壩安全監(jiān)測是了解大壩安全性、實施科學(xué)管理必不可少的重要手段，是水庫建設(shè)和運(yùn)營管理中不可或缺的工作。