天福廟水庫大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用管理

趙彬

摘 要：大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是保證大壩安全的重要措施，是水庫安全運(yùn)行的耳目。宜昌市天福廟水庫大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2011年底水庫除險(xiǎn)加固時(shí)安裝調(diào)試完成，2012年初正式投入使用。經(jīng)過4年多的運(yùn)行，目前設(shè)備正常，觀測(cè)資料準(zhǔn)確，為大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)的運(yùn)行管理提供了寶貴的管理經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：天福廟；大壩；自動(dòng)；監(jiān)測(cè)；應(yīng)用；管理

中圖分類號(hào)： TV 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）26-31-2

1 概況

宜昌市天福廟水庫位于長(zhǎng)江北岸支流黃柏河?xùn)|支中上游的遠(yuǎn)安縣荷花鎮(zhèn)境內(nèi)，是黃柏河梯級(jí)開發(fā)的骨干工程之一，距宜昌市城區(qū)80km。1974年12月動(dòng)工興建，1978年元月投入運(yùn)行。水庫大壩由砌石雙曲溢流拱壩和左岸溢流重力壩組成。壩頂高程410.30m，壩頂寬4.2m，壩頂全長(zhǎng)232m，最大壩高63.3m。壩址以上控制流域面積553.6km2。設(shè)計(jì)正常蓄水位409.00m，相應(yīng)庫容6045萬m3，校核洪水位409.51m，總庫容6180萬m3，屬中型水庫。建庫以來，多年平均降水量1100mm，多年平均流量8.51m3/s。水庫下游建有兩級(jí)電站，總裝機(jī)7000kW，一級(jí)電站裝機(jī)3×1400kW，發(fā)電尾水經(jīng)長(zhǎng)達(dá)5km的渠道引向二級(jí)電站；二級(jí)站裝機(jī)3×800+1×400kW。

2 大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器布置

2.1 內(nèi)部監(jiān)測(cè)

裂縫監(jiān)測(cè)，共埋設(shè)測(cè)縫計(jì)8支。其中中間溢洪支墩一支；右壩肩一支；大壩F1、F4斷層6支三相測(cè)縫計(jì)。使用基康BGK-4420型振弦式裂縫計(jì)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

2.2 外部監(jiān)測(cè)

包括壩頂視準(zhǔn)線（水平位移）和正（倒）垂線監(jiān)測(cè)。視準(zhǔn)線監(jiān)測(cè)共建有視準(zhǔn)線7條，監(jiān)測(cè)基點(diǎn)9個(gè)點(diǎn)。使用日本索佳全站儀NETO5對(duì)大壩水平方向利用ATOMS自動(dòng)測(cè)量軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩水平位移的監(jiān)測(cè)。

垂線監(jiān)測(cè)：分別在大壩拱壩段左壩端和右壩端各布置有正垂線一條和倒垂線一條，在冠中處設(shè)正垂線監(jiān)測(cè)線一條，實(shí)行兩點(diǎn)監(jiān)測(cè)。使用基康BGK4805A垂線坐標(biāo)儀進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

2.3 滲流監(jiān)測(cè)

包括揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)、量水堰監(jiān)測(cè)。揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備滲壓計(jì)7支。兩個(gè)量水堰滲壓計(jì)2支。使用基康BGK-4675LV型振弦式精密水位計(jì)（量水堰計(jì)）進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

2.4 水溫監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

壩前安裝1套水溫監(jiān)測(cè)計(jì)，監(jiān)測(cè)壩前表層、中層、深層水溫。

3 大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

3.1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息采集

天福廟大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于局域網(wǎng)，針對(duì)天福廟水庫雙曲拱壩壩體和水庫實(shí)際情況訂制的管理系統(tǒng)。主要功能有對(duì)大壩水平位移、正倒垂、裂縫、斷層、揚(yáng)壓力、水溫等大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接收、處理和存儲(chǔ)，建立工程檔案，并實(shí)現(xiàn)在線處理和離線處理，及時(shí)制成圖表，對(duì)工程性態(tài)進(jìn)行分析和安全評(píng)估。信息采集見天福廟大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D。

大壩水平位移監(jiān)測(cè)：先將全站儀架設(shè)在基站，在信息采集中心計(jì)算機(jī)上通過軟件控制全站儀，全站儀將按照預(yù)先設(shè)定的程序?qū)τ^測(cè)站點(diǎn)逐個(gè)掃描，再將數(shù)據(jù)傳回到計(jì)算機(jī)，自動(dòng)生成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告。

壩基揚(yáng)壓力的監(jiān)測(cè)：壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)壩基揚(yáng)壓力變化。揚(yáng)壓力觀測(cè)采用振弦式滲壓計(jì)觀測(cè)，滲壓計(jì)的傳感元件是一根附在膜上的鋼琴弦，它由繞組磁鐵激勵(lì)作用在膜上的壓力來改變弦的壓力，張力與鋼弦共振或自然頻率成比例，通過頻率信號(hào)測(cè)量再轉(zhuǎn)換成水壓力數(shù)據(jù)量。

3.2 主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目成果分析

壩頂水平位移監(jiān)測(cè)是天福廟水庫大壩外部變形監(jiān)測(cè)中的主要項(xiàng)目，對(duì)掌握大壩的水平變位及其變化規(guī)律有著決定性的作用。根據(jù)人工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)資料分析，變位具有明顯的規(guī)律性，其變化規(guī)律為：庫水位愈低、氣溫愈高，壩體向上游位移量就愈大；水位高、氣溫高，壩體同樣向上游位移；水位高、氣溫低，壩體向下游位移量就愈大，由此說明庫水位對(duì)大壩變位的影響不及溫度影響明顯，上下游方向位移受溫度變化影響為主，水位變化影響次之。但值得注意的是，高溫加低水位是拱壩最不利的運(yùn)行狀態(tài)。

正倒垂人工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)資料分析，拱冠處撓度變化趨勢(shì)與壩頂水平位移變化規(guī)律基本一致，即溫度升高向上游，溫度降低向下游；水位降低向上游，水位上漲向下游，并呈年周期性回歸。

天福廟大壩通過人工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)比來看，大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)兩者的變化規(guī)律是一致的，而且自動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)更時(shí)時(shí)、更精確。

4 大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)存在的問題

4.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備布置不合理

天福廟大壩水平位移自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)施是在原人工監(jiān)測(cè)設(shè)施上進(jìn)行的更新改造，當(dāng)自動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，人工監(jiān)測(cè)也無法進(jìn)行，特別是在汛期水位較高時(shí)不能時(shí)時(shí)掌握大壩變形情況，同時(shí)對(duì)觀測(cè)資料的延續(xù)性極為不利。

4.2 設(shè)備運(yùn)行維護(hù)問題

由于大壩管理人員更換頻繁，新進(jìn)人員對(duì)設(shè)備的性能及使用方法要用很多的時(shí)間來適應(yīng)。加上設(shè)備的自動(dòng)化程度較高，需要專業(yè)人員才能進(jìn)行維護(hù)，每次設(shè)備出現(xiàn)問題后就要等待安裝廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

5 大壩監(jiān)測(cè)工作的改進(jìn)措施

5.1 合理布置監(jiān)測(cè)設(shè)備

天福廟水庫應(yīng)重新建立大壩水平位移自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，并保留原有人工觀測(cè)點(diǎn)，用人工監(jiān)測(cè)方法對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，確保大壩水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)的延續(xù)性和準(zhǔn)確性。

5.2 加強(qiáng)專業(yè)人才的培養(yǎng)

大壩變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及水工、測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)等方面的專業(yè)知識(shí)，為了準(zhǔn)確地進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，應(yīng)重視水工管理人員的隊(duì)伍建設(shè)，加強(qiáng)工程管理人員的培訓(xùn)力度，有針對(duì)性地引進(jìn)專業(yè)人才，提高大壩變形監(jiān)測(cè)人員的整體素質(zhì)。

6 結(jié)語

大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是保證大壩安全的重要措施，是水庫安全運(yùn)行的耳目，要把大壩安全放在首位，在日常管理過程應(yīng)該注重設(shè)備的維護(hù)，確保監(jiān)測(cè)資料的延續(xù)性和可靠性；應(yīng)該利用信息技術(shù)加強(qiáng)對(duì)資料的收集、整理、分析，為大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)的運(yùn)行管理提供可靠的管理經(jīng)驗(yàn)。