濰坊市高崖水庫工程大壩變形監(jiān)測分析

李邦軍，秦來偉，解慶偉

（濰坊市高崖水庫運營維護中心，山東 濰坊 262402）

濰坊市高崖水庫位于昌樂縣鄌郚鎮(zhèn)高崖村西1 km處，是一座集防洪、供水、生態(tài)保護等綜合利用的大（2）型水庫。由主壩、副壩、溢洪道（閘）、放水洞組成。水庫于1959年10月動工興建，1960年汛期建成蓄水，總庫容1.599 5億m3，興利庫容6 545萬m3，死庫容1 386萬m3，大壩為混凝土防滲墻砂殼壩，壩長1 200 m，最大壩高26.70 m，壩頂寬7.50 m。溢洪道位于大壩南端，為壩肩式，設計最大泄量2 766 m3/s。放水洞位于大壩北端，為壩下埋管式砌石廊道內(nèi)鋼筋混凝土管，設計流量27.90 m3/s。

1 現(xiàn)狀監(jiān)測設施情況

高崖水庫除險加固時按照設計要求，大壩設置5個測壓管斷面（0+151、0+360、0+550、0+650、0+810），其中0+151斷面設壩體管、壩基管各2支，其余各斷面均設置壩體管3支、壩基4支，共32根測壓管（壩基管18根，壩體管14根）。變形觀測分大壩和溢洪閘位移觀測兩部分，大壩共設置沉陷位移標點4個、沉陷基點2個、水平位移標點4個、水平位移基點2個；溢洪閘共設置水平位移基點2個、垂直位移基點2個、水平位移和垂直位移標點10個。

目前，高崖水庫已對大壩滲壓觀測設施進行了維修改造工作。大壩滲壓自動監(jiān)測已全部改造完成，但缺少必要的大壩位移自動監(jiān)測設施，給大壩安全管理帶來安全隱患。因此，建設可靠有效的水庫大壩安全自動化位移監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對大壩位移重要參量的實時監(jiān)測和預警，能及時掌握水庫大壩運行狀況，確保水庫大壩安全。而目前已建的大壩安全自動監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，仍缺少大壩變形監(jiān)測子系統(tǒng)，無法實現(xiàn)大壩位移觀測數(shù)據(jù)的實時采集、存儲以及相關(guān)分析。

2 大壩監(jiān)測方法

目前大壩的表面變形監(jiān)測主要有激光測距儀、變形監(jiān)測傳感器、全站儀和全球定位系統(tǒng)（GNSS）等4種方法，根據(jù)各種方法的建設成本及應用環(huán)境，結(jié)合水庫大壩的實際情況，選用GNSS監(jiān)測方法比較適合。

GNSS監(jiān)測系統(tǒng)主要包括天線、接收機、通訊系統(tǒng)及相關(guān)解算、坐標轉(zhuǎn)換及分析處理軟件等部分組成。GNSS具有速度快、精度高、全天候等優(yōu)點。GNSS用于形變監(jiān)測，監(jiān)測的區(qū)域一般不是很大，但變形監(jiān)測點布設比較密集。當GNSS用于大壩形變監(jiān)測或滑坡監(jiān)測時，往往是對一定范圍內(nèi)具有代表性的區(qū)域建立變形監(jiān)測點，在遠方距離監(jiān)測點合適的位置（如穩(wěn)固的基巖上）建立基準點。在基準點架設GNSS接收機，根據(jù)其高精度的已知的三維坐標，經(jīng)過機器監(jiān)測從而得到變形點坐標（或者基線）的變化量。根據(jù)監(jiān)測點的形變量，建立安全監(jiān)測模型，從而分析滑坡、大壩等的變形規(guī)律并實現(xiàn)及時的反饋。

GNSS技術(shù)具有全天候作業(yè)的特點不但可以自動化采集數(shù)據(jù)，而且可以將GNSS信號傳輸?shù)街行?，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化傳輸，通過監(jiān)測整體的微小變形量，構(gòu)造統(tǒng)計分析模型，預測變形體長期的變化趨勢，為以后的分析決策提供依據(jù)。GNSS系統(tǒng)在不增加建設成本的同時提供垂直位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳至大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)，為水庫關(guān)鍵部位增加預警頻次，補充人工觀測頻次少的缺陷。

3 監(jiān)測點布置

3.1 監(jiān)測點設計

本監(jiān)測區(qū)在監(jiān)測區(qū)附件周邊地質(zhì)條件好的地方建立2個基準點（0+009、溢洪閘南橋頭堡南）。在大壩特殊情況的0+200、0+360、0+500、0+650、0+810五個斷面以及溢洪閘3個中間墩共布設8處位移監(jiān)測點。系統(tǒng)主要由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶部分三部分組成，主要包括天線、接收機、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸通訊系統(tǒng)、坐標轉(zhuǎn)換及分析處理軟件等。在監(jiān)測點設置結(jié)構(gòu)牢固的觀測墩，觀測墩上有強制對中器，固定安裝GNSS接收機，將接收機天線用強制對中基座對中固定安裝在觀測墩上。每個設備增加無線傳輸終端，GNSS信號通過無線遠程終端傳輸?shù)街行摹?/p>

3.2 基準站設計

基準站建立目的是長期連續(xù)跟蹤觀測衛(wèi)星信號，并實時為各測點提供高精度的載波相位差分數(shù)據(jù)及起算坐標。基準站需定期復核，以減小測量誤差。

基準站選擇要求：在大壩變形影響范圍之外，基礎穩(wěn)固；遠離大功率無線電發(fā)射源（如電視臺，電臺，微波站等）和高壓輸電線及微波無線電傳送通道，其距離不小于200 m；接收衛(wèi)星情況良好，多路徑效應不明顯（如強反射面、高大建筑物等），原則上能接收所有監(jiān)測點接收到的衛(wèi)星；接受信號以GPS衛(wèi)星為主?；鶞庶c在0+009處和溢洪閘南橋頭堡南分別布置1處。

3.3 監(jiān)測站設計

監(jiān)測站選擇要求如下：數(shù)據(jù)采集中心宜在基準站和監(jiān)測站斷面中心位置；交通方便、利于供電及維護；盡量選開闊、平敞的場地；利于天線電纜及光纖的鋪設；避開雷擊區(qū)。

在0+200、0+360、0+500、0+650、0+810五個斷面以及溢洪閘3個中間墩分別布置監(jiān)測點，共設置監(jiān)測點8處。

4 監(jiān)測系統(tǒng)解析

4.1 大壩位移趨勢圖

根據(jù)位移測站名稱和時間段條件，分別生成平行壩軸方向位移偏移量和水平位移變化趨勢，垂直壩軸方向偏移量和水位、平位移變化趨勢，沉降位移與水平位移變化趨勢。

4.2 大壩位移分析

包括位移日報表、月報表、年報表。這3種報表按時間分別統(tǒng)計日、月、年均水平位移、（沉降位移平均、最大、最小值，及其發(fā)生時間）、（平行壩軸方向偏移量平均值、最大、最小值，及其發(fā)生時間），并支持查詢、導出。

4.3 大壩位移預警

設置水庫大壩位移平行壩軸方向、垂直壩軸方向、沉降位移、水平位移的限值，作為報警標準，位移數(shù)據(jù)采集入庫時如果超越報警標準，則生成位移預警信息。以列表形式展示，支持查詢。

4.4 數(shù)據(jù)分析

包含一元線性回歸分析、終端報警。一元線性回歸分析，假設兩個物理量之間符合一元線性關(guān)系，根據(jù)兩個物理量的歷史數(shù)據(jù)，計算出符合的模型，并以圖形形式驗證模型。

目前高崖水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運行，對大壩安全進行實時監(jiān)測，確保了水庫的運行安全和周邊居民的生命財產(chǎn)安全，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。