臨淮崗洪水控制工程主壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行管理問題與對(duì)策探討

程家寧，張進(jìn)

（安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局，安徽 合肥 237400）

1 工程概況

臨淮崗洪水控制工程為Ⅰ等大（1）型工程，是把淮河中游主要防洪保護(hù)區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到100 年一遇的關(guān)鍵性工程。工程由主壩、南北副壩、深孔閘、淺孔閘、姜唐湖進(jìn)洪閘、船閘及上、下游引河等組成。

臨淮崗主壩為碾壓式均質(zhì)土壩，總長(zhǎng)8545m，扣除建筑物部分后凈長(zhǎng)7019m，其中，加固部分凈長(zhǎng)3895m，新建部分凈長(zhǎng)3124m。壩頂高程31.9～32.1m，壩頂寬度10m，上設(shè)1.2m 高漿砌石防浪墻及鋪裝瀝青公路。主壩壩高一般12～13m 左右，最大壩高18.5m。工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)壩段情況、堤身填筑質(zhì)量、土料性質(zhì)、滲透系數(shù)及壩體加固方案等進(jìn)行設(shè)計(jì)。臨淮崗主壩建設(shè)期間及完工后同步開展了巡視檢查、變形、滲流、環(huán)境量（水位、降雨量、流量）等監(jiān)測(cè)。

2 主壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其運(yùn)行現(xiàn)狀

2.1 主壩已建安全監(jiān)測(cè)設(shè)施

主壩被深孔閘、淺孔閘、姜唐湖進(jìn)洪閘、老淮河等自南向北分隔成5 個(gè)壩段，分別為連接段、姜南段、姜北段、淮河主槽段、淮北段。工程安全監(jiān)測(cè)分壩段進(jìn)行。已建安全監(jiān)測(cè)設(shè)施主要包括：主壩變形、滲流安全監(jiān)測(cè)設(shè)施和環(huán)境量監(jiān)測(cè)設(shè)施。

主壩變形、滲流安全監(jiān)測(cè)設(shè)施主要包括：壩體表面及內(nèi)部水平位移、垂直位移監(jiān)測(cè)；壩體、壩基滲流壓力監(jiān)測(cè)等。設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)斷面22 個(gè)，壩體內(nèi)部監(jiān)測(cè)斷面共18 個(gè)。各監(jiān)測(cè)斷面共布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)374 個(gè)，主壩沿線共建設(shè)6 個(gè)MCU 監(jiān)測(cè)房。各監(jiān)測(cè)斷面壩體內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)儀器，均通過電纜匯集至監(jiān)測(cè)房?jī)?nèi)，接入MCU 后經(jīng)過光纜將信號(hào)傳輸至中央控制室。

主壩環(huán)境量監(jiān)測(cè)設(shè)施主要包括：深孔閘和淺孔閘之間建設(shè)的臨淮崗雨量站，以及在深孔閘上下游建設(shè)的水位監(jiān)測(cè)站，數(shù)據(jù)落地安徽省水信息網(wǎng)；在臨淮崗船閘、姜唐湖進(jìn)洪閘上游建設(shè)的水位監(jiān)測(cè)站，數(shù)據(jù)落地臨淮崗工程水閘安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。

2.2 主壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施運(yùn)行現(xiàn)狀

2.2.1 主壩表面變形監(jiān)測(cè)設(shè)施運(yùn)行正常

主壩設(shè)置102 個(gè)表面位移測(cè)點(diǎn)，平面基準(zhǔn)控制網(wǎng)完善。管理單位定期組織工程技術(shù)人員進(jìn)行人工觀測(cè)，目前監(jiān)測(cè)頻次正常，通過對(duì)多年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主壩水平位移、垂直位移累計(jì)變化較小且趨于穩(wěn)定，滿足規(guī)范要求，顯示主壩運(yùn)行性態(tài)穩(wěn)定良好。

2.2.2 主壩大水年份無滲流現(xiàn)象發(fā)生

主壩分別于2007 年、2020 年經(jīng)歷淮河流域性較大洪水，通過對(duì)主壩高水位運(yùn)行期間的日常巡視檢查及大水之后的特別檢查結(jié)果分析判斷，主壩無滲流現(xiàn)象。

2.2.3 主壩環(huán)境量監(jiān)測(cè)設(shè)施運(yùn)行正常

主壩沿線的環(huán)境量監(jiān)測(cè)設(shè)施均有專人負(fù)責(zé)日常管理和定期維護(hù)，設(shè)施設(shè)備運(yùn)行正常，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目正常開展，能夠滿足工程運(yùn)行管理需要。

3 主壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行管理存在的主要問題

3.1 安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案需優(yōu)化調(diào)整

臨淮崗老壩于1958 年開工建設(shè)，姜南段和姜北段是老壩加固段，老壩體運(yùn)行至今已經(jīng)60 多年，壩體壩基基本固結(jié)完成?；春又鞑鄱魏突幢倍问切陆▔味危?001 年開工建設(shè)，建成至今已運(yùn)行20 多年。經(jīng)過連續(xù)多年的表面變形監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)成果顯示大壩沉降基本完成，運(yùn)行工況良好，由于補(bǔ)做壩體內(nèi)部沉降儀存在一定困難，加之可以利用表面變形成果監(jiān)測(cè)壩體沉降，故已無實(shí)施必要。鑒于相同原因，主壩內(nèi)部變形（測(cè)斜儀）可不設(shè)，或選擇在重要壩段、關(guān)鍵斷面設(shè)置。

3.2 安全監(jiān)測(cè)設(shè)施元器件老化失修

主壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施2006 年建成，至今已運(yùn)行近20 年，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，遠(yuǎn)超電子儀器正常使用壽命周期。通過委托專業(yè)單位檢測(cè)，主壩各監(jiān)測(cè)房共22個(gè)MCU 采集單元設(shè)備均無法正常工作。272 支主壩內(nèi)部沉降、傾斜監(jiān)測(cè)儀器及壩體、壩基滲流監(jiān)測(cè)儀器中僅有24 支運(yùn)行正常，占比很少且分布在4 個(gè)壩段14 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面之上，無法展示單個(gè)監(jiān)測(cè)斷面運(yùn)行狀態(tài)。由于主壩監(jiān)測(cè)采集儀器設(shè)計(jì)為直埋式，均于主壩施工期間埋設(shè)在壩體內(nèi)部或壩基，現(xiàn)已很難更換無法正確讀取數(shù)據(jù)的儀器，也難以對(duì)24 支運(yùn)行正常的監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行相關(guān)系數(shù)率定和校核，無法實(shí)現(xiàn)主壩內(nèi)部變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)功能。

3.3 通信網(wǎng)絡(luò)傳輸保障程度不高

主壩核心區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)于2006 年建設(shè)，采用環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，由1 根8 芯光纜連接至管理局機(jī)房，工程核心區(qū)約200 個(gè)視頻點(diǎn)、水閘安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及正在建設(shè)的姜唐湖進(jìn)洪閘和城西湖退水閘視頻會(huì)商系統(tǒng)均依靠此光纖傳輸，另外尚需負(fù)責(zé)淮委視頻點(diǎn)的傳輸任務(wù)。由于建設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)，缺少統(tǒng)一規(guī)劃，加之復(fù)線船閘施工造成光纖中斷，致使視頻信號(hào)傳輸卡頓問題或網(wǎng)絡(luò)掉線故障經(jīng)常出現(xiàn)。

3.4 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化管理平臺(tái)亟待建設(shè)

主壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)斷面和監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多，涉及視頻監(jiān)視、內(nèi)部變形、滲流等大量的數(shù)據(jù)信息處理和分析。工程建設(shè)期間各壩段監(jiān)測(cè)設(shè)施分別由多家施工單位負(fù)責(zé)，沒有建設(shè)統(tǒng)一的一體化管理平臺(tái)，無法自動(dòng)完成信息采集、整編、管理和分析等基本功能，給管理使用帶來極大不便。

3.5 安全監(jiān)測(cè)人才隊(duì)伍建設(shè)有短板

安全監(jiān)測(cè)具有跨學(xué)科、多專業(yè)交叉、周期性、連續(xù)性等特點(diǎn)，對(duì)從事該項(xiàng)工作的人員業(yè)務(wù)素質(zhì)要求較高。由于管理單位缺少測(cè)繪工程、電子信息工程等專業(yè)人才，對(duì)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備及系統(tǒng)的管理維護(hù)往往依賴第三方運(yùn)維單位，時(shí)常因設(shè)施設(shè)備維修不及時(shí)、養(yǎng)護(hù)不到位而造成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無法正常使用。另一方面，沒有一支相對(duì)穩(wěn)定、技術(shù)水平較高的安全監(jiān)測(cè)隊(duì)伍，存在觀測(cè)人員不固定、監(jiān)測(cè)作業(yè)開展不規(guī)范、資料整編分析不深入不系統(tǒng)等問題。

4 優(yōu)化提升主壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的對(duì)策建議

4.1 優(yōu)化主壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案

4.1.1 優(yōu)化主壩內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

鑒于主壩沉降已經(jīng)穩(wěn)定，累計(jì)沉降在規(guī)范允許范圍內(nèi)，壩體內(nèi)部不再考慮安裝沉降儀作為垂直位移監(jiān)測(cè)儀器。淮河主槽段為新建壩段，壩基采用截滲墻處理，最大壩高18.5m，是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面。姜北段為老壩加固，壩基壩體采用截滲墻處理，是膨脹土段?？煽紤]分別在淮河主槽段和姜北段布置一個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)斷面，采用測(cè)斜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.1.2 調(diào)整主壩滲流監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置

由于主壩連接段壩體壩基固結(jié)基本完成，壩體沉降基本穩(wěn)定，最不利工況下水頭差較小，無滲流隱患，工況比較安全，且該壩段深孔閘、淺孔閘等大型水閘已建有揚(yáng)壓力和滲流監(jiān)測(cè)設(shè)施，故可考慮取消連接段監(jiān)測(cè)斷面。滲流監(jiān)測(cè)斷面調(diào)整為15 個(gè)，數(shù)量及位置分布與原設(shè)計(jì)基本一致。

4.1.3 采用開敞式測(cè)壓管監(jiān)測(cè)方式

主壩原采用直埋式滲壓計(jì)進(jìn)行滲流監(jiān)測(cè)，儀器埋在土中，一旦損壞不便于更換，只能重新布設(shè)，而采用測(cè)壓管進(jìn)行滲流監(jiān)測(cè)，滲壓計(jì)放置在測(cè)壓管內(nèi)，損壞后方便更換。故采用測(cè)壓管方式布置壩體、壩基測(cè)壓管進(jìn)行滲流監(jiān)測(cè)，便于滲壓計(jì)更換和調(diào)試比對(duì)。同時(shí)增設(shè)大氣壓力監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，安裝氣壓計(jì)為開敞式測(cè)壓管監(jiān)測(cè)方式提供氣壓補(bǔ)償參數(shù)。

4.2 實(shí)施安全監(jiān)測(cè)設(shè)施更新改造

在優(yōu)化安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，對(duì)壩體內(nèi)部監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行更換。在淮河主槽段、姜北段2 個(gè)內(nèi)部水平位移監(jiān)測(cè)斷面安裝測(cè)斜儀，在15 個(gè)滲流監(jiān)測(cè)斷面打孔安裝測(cè)壓管及滲壓計(jì)，恢復(fù)壩體傾斜、滲流壓力等內(nèi)部監(jiān)測(cè)功能。配置MCU 等數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)壩體內(nèi)部安全運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

4.3 新建專用光纜通信網(wǎng)絡(luò)

隨著工程信息化數(shù)據(jù)采集需求不斷加大，現(xiàn)有8 芯光纜已無法滿足需要，考慮本次新建工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)施和視頻監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的通信需求，結(jié)合管理局未來信息數(shù)據(jù)傳輸需求，考慮新建1 條48 芯光纜，從管理局二樓機(jī)房敷設(shè)至主壩各監(jiān)測(cè)房，并接入沿途各水閘，以保證各類數(shù)據(jù)采集傳輸及時(shí)、穩(wěn)定、可靠。

4.4 開發(fā)建設(shè)安全監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)

根據(jù)土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范和大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)要求，以實(shí)現(xiàn)“無人值班、少人值守”為目標(biāo)，開發(fā)建設(shè)配套的安全監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)。整合管理單位已建水閘安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，滿足水閘、主壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)加入，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、統(tǒng)計(jì)分析、圖表制作、可視化展示、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，并可根據(jù)需要支持臨淮崗樞紐工程運(yùn)行管理信息化平臺(tái)等高級(jí)應(yīng)用，為數(shù)字孿生工程建設(shè)提供水閘和主壩安全監(jiān)測(cè)感知數(shù)據(jù)。

4.5 加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)人才隊(duì)伍建設(shè)

加大人才引進(jìn)力度，有針對(duì)性地引進(jìn)測(cè)繪工程、電子信息工程等專業(yè)緊缺人才，進(jìn)一步充實(shí)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)人才隊(duì)伍。以現(xiàn)有人員為基礎(chǔ)，進(jìn)一步整合技術(shù)力量，加強(qiáng)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高管理者理解和掌握監(jiān)測(cè)技術(shù)的能力。建立健全安全監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備管理制度，提高安全監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備管護(hù)水平，保障安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行