本文通過介紹石堡川水庫(kù)運(yùn)行現(xiàn)狀和存在問題，探索安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容和運(yùn)行原理以及應(yīng)注意的環(huán)節(jié)，提出該
水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)思路，實(shí)時(shí)在線分析大壩安全運(yùn)行性態(tài),使大壩安全數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、數(shù)據(jù)處理模型化、分析評(píng)判智能化，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩安全隱患進(jìn)行預(yù)警。
關(guān)鍵詞：水庫(kù)大壩 安全監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)建設(shè) 思考
大壩是投資及效益巨大、失事后造成災(zāi)難嚴(yán)重性、結(jié)構(gòu)、邊界條件及運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜性以及設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)不確定性的特殊建筑物，決定了管理單位要準(zhǔn)確了解大壩工作性態(tài)，才能確保大壩安全發(fā)揮其效益。本文通過對(duì)石堡川水庫(kù)大壩安全現(xiàn)狀及存在問題進(jìn)行客觀分析，簡(jiǎn)要介紹該系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容和運(yùn)行原理以及應(yīng)注意的環(huán)節(jié)，為完善該水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)提供借鑒。
1、石堡川水庫(kù)工程現(xiàn)狀。石堡川水庫(kù)是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主、兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖、城鄉(xiāng)供水、水利旅游等多功能的中型水庫(kù)，水庫(kù)座落在洛河一級(jí)支流石堡川河上，流域面積820km2,正常蓄水位936m，校核洪水位940m，總庫(kù)容6375萬(wàn)m3，樞紐工程由大壩、輸水洞、泄洪洞、泄洪底洞、溢洪道組成，壩體為均質(zhì)土壩，壩肩高58m，壩頂高941m，壩頂長(zhǎng)380m，壩頂寬8m，壩頂上建1.2m高的砌石防浪墻、“三洞”最大泄洪流量為399m3/s。
2、石堡川水庫(kù)工程安全現(xiàn)狀。石堡川水庫(kù)已經(jīng)通過除險(xiǎn)加固，防洪保安能力得到提高，但是由于灌區(qū)信息化建設(shè)還未全面實(shí)施，防汛數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工作滯后；大壩觀測(cè)設(shè)備還不健全，監(jiān)護(hù)人員只能依靠經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法得到準(zhǔn)確資料；防汛設(shè)備陳舊，在汛期故障頻繁，數(shù)據(jù)信息傳遞速度緩慢，無(wú)法滿足防汛工作的要求，汛限水位還是除險(xiǎn)加固前的931 m，加之水庫(kù)蓄水是多年調(diào)節(jié)，灌區(qū)水資源十分短缺，而水庫(kù)每年汛前又是空庫(kù)迎汛，浪費(fèi)了水資源，無(wú)力揮為灌區(qū)農(nóng)業(yè)提供水利支撐，所以建設(shè)水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)顯得十分必要而又迫切。
3、建立大壩安全系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的重要性。安全系統(tǒng)監(jiān)測(cè)有校核設(shè)計(jì)、改進(jìn)施工和評(píng)價(jià)大壩安全狀況的作用，且重在評(píng)價(jià)大壩安全。它是通過儀器觀測(cè)和人工現(xiàn)場(chǎng)檢查監(jiān)視對(duì)大壩壩體、壩肩、壩坡及壩周圍環(huán)境年做測(cè)量及觀察，通過合理計(jì)算和分析對(duì)工程的工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)工程未來(lái)形態(tài)進(jìn)行預(yù)報(bào)，確保工程安全，并兼有改進(jìn)工程設(shè)計(jì)、提高施工技術(shù)，進(jìn)行科學(xué)研究等作用。它的建設(shè)不僅可以縮短數(shù)據(jù)的采集周期，提高大壩觀測(cè)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，并能充分利用水庫(kù)調(diào)蓄能力，使其在防洪和供水發(fā)揮最大效益，還有驗(yàn)證水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)參數(shù)改進(jìn)未來(lái)設(shè)計(jì)，對(duì)大壩除險(xiǎn)加固工程施工技術(shù)的改進(jìn)，對(duì)大壩不安全跡象和險(xiǎn)情診斷并采取措施進(jìn)行加固，另一方面它能運(yùn)用長(zhǎng)期積累的觀測(cè)資料掌握變化規(guī)律，對(duì)大壩未來(lái)狀態(tài)做出及時(shí)有效的預(yù)報(bào)，對(duì)由于工程事故而引起的責(zé)任賠償問題，觀測(cè)資料有助于確定原因和責(zé)任，以便法庭做出公正判決?？梢钥闯觯喊踩O(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)從淺層意義來(lái)說(shuō)是為了人們準(zhǔn)確掌握大壩性態(tài)；從深層意義則是為了更好發(fā)揮工程效益，節(jié)約工程投資。
4、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行原理。該系統(tǒng)由大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、出口流量觀測(cè)系統(tǒng)和壩址電視監(jiān)控系統(tǒng)組成，其通訊協(xié)議為TCP/IP，即通用的LonWorks，方式采用支持分布式控制，監(jiān)測(cè)工作站作為前端用戶訪問和處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)測(cè)中心的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇樾切?，其中水?kù)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)及測(cè)點(diǎn)、中心站網(wǎng)絡(luò)采取分層分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)站傳感器數(shù)據(jù)采集儀、庫(kù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)、中控制控制系統(tǒng)；測(cè)站層由各測(cè)點(diǎn)傳感器和數(shù)據(jù)測(cè)量控制裝置組成；監(jiān)測(cè)中心站分布在大壩右壩頭的水庫(kù)管理站內(nèi)，主要由監(jiān)測(cè)服務(wù)器、監(jiān)測(cè)工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)、USB電源設(shè)備組成，所有裝置通過網(wǎng)絡(luò)與水庫(kù)管理站內(nèi)的庫(kù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連，以便中控室對(duì)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)和其它信息資料存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，使數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行在監(jiān)測(cè)服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)資源共享。
5、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容。其系統(tǒng)建設(shè)有11項(xiàng)，一是對(duì)大壩表面進(jìn)行變形觀測(cè)，沿壩軸線布置4個(gè)表面變形觀測(cè)斷面、23個(gè)表面變形標(biāo)點(diǎn)和2個(gè)校核基點(diǎn)；二是對(duì)大壩內(nèi)部進(jìn)行變形觀測(cè)，布置4個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)觀測(cè)斷面布置2個(gè)觀測(cè)孔，埋設(shè)沉降（測(cè)斜）管374m，沉降環(huán)75個(gè)；其三是對(duì)溢洪道進(jìn)行變形觀測(cè)，由于溢洪道穿越塬上黃土山梁，開挖深度大，兩岸高邊坡變形需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，每個(gè)閘墩和泄槽兩側(cè)以及左岸邊坡各布置1個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)，右岸山體布置觀測(cè)基點(diǎn)2個(gè)。各測(cè)點(diǎn)水平位移和豎向位移觀測(cè)共用，安裝專用基座，采用全站儀進(jìn)行觀測(cè)，沉降采用沉降儀進(jìn)行觀測(cè)，水平位移采用測(cè)斜儀進(jìn)行觀測(cè)；四是對(duì)大壩滲流進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)，布置3個(gè)觀測(cè)斷面，鉆孔11個(gè)，埋設(shè)壓力計(jì)23只，繞壩滲流監(jiān)測(cè)在左右壩肩各布置6個(gè)鉆孔，埋設(shè)滲壓計(jì)12只，大壩滲流在下游壩腳高三角量水堰1座，安裝1臺(tái)堰上水位計(jì)，用以監(jiān)測(cè)壩體滲流壓力、分布及浸潤(rùn)線；五是對(duì)溢洪道進(jìn)行滲流觀測(cè)。沿軸線布置1個(gè)縱斷面，坑試埋設(shè)滲壓計(jì)6只；六是對(duì)輸水洞、泄洪底洞進(jìn)行滲漏觀測(cè)。沿泄洪底洞、輸水洞軸線靠大壩一側(cè)離開外壁1-2m處各布設(shè)2-3個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔在兩洞附近埋設(shè)滲壓計(jì)1只；七是對(duì)庫(kù)水位與下游進(jìn)行水位觀測(cè)，在泄洪底洞放水塔外設(shè)置豎井，安裝水位計(jì)一套，接入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；八是對(duì)出庫(kù)流量進(jìn)行觀測(cè)，在溢泄道每扇閘門以及泄烘洞、輸水洞、泄洪底洞進(jìn)水口處各設(shè)閘位計(jì)1套，用以觀測(cè)出庫(kù)流量和泄洪流量；九是對(duì)水庫(kù)周邊環(huán)境進(jìn)行量觀測(cè)，在壩右MUC房頂設(shè)置雨量計(jì)1只進(jìn)行降雨量觀測(cè)，觀測(cè)資料納入大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，在壩右MUC房頂設(shè)置氣壓計(jì)1只和氣溫計(jì)1只，用于觀測(cè)壩址大氣壓力和溫度；十是在壩址設(shè)置電視監(jiān)控系統(tǒng)，在大壩左右岸、輸水洞閘室各布置1處圖像監(jiān)視云臺(tái)，對(duì)水庫(kù)壩面附近情況與輸水洞閘門進(jìn)行圖像視；十一是在水庫(kù)管理站建設(shè)MCU房和監(jiān)控主房，在大壩左右岸各高約為10m2的大壩測(cè)控單元，監(jiān)控主站設(shè)在大壩左岸渠首管理站內(nèi)，配備220V50Hz交流穩(wěn)壓電流，同時(shí)配備空氣調(diào)節(jié)和防塵設(shè)施，確保系統(tǒng)主機(jī)正常運(yùn)行。
6、石堡川水庫(kù)工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)注意的幾個(gè)環(huán)節(jié)
6.1做好觀測(cè)資料的整理與分析工作。資料整編是監(jiān)測(cè)工作的一項(xiàng)經(jīng)常性工作，做好平時(shí)資料的整編，重點(diǎn)是查證原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性，在平時(shí)資料整理的基礎(chǔ)上，按規(guī)定時(shí)段對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行全面整理、匯編和分析，并附以簡(jiǎn)要安全分析意見和編印說(shuō)明后刊印成冊(cè)。在整編中，做好技術(shù)審查的完整性，整編資料的內(nèi)容、項(xiàng)目、測(cè)次等是否齊全，各類圖表的內(nèi)容、規(guī)格、符號(hào)、單位以及標(biāo)注方式和編排順序是不符合規(guī)定要求等；同時(shí)做好技術(shù)審查的連續(xù)性，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)資料整編的時(shí)間與前次整編是否銜接，整編圖所選工程部位、測(cè)點(diǎn)及坐標(biāo)系統(tǒng)與歷次整編是否一致；使資料技術(shù)的合理性。各監(jiān)測(cè)物理量的計(jì)（換）算和統(tǒng)計(jì)是否正確、合理、特征值數(shù)據(jù)有無(wú)遺漏、謬誤，有關(guān)圖件是否準(zhǔn)確、清晰，以及工程性態(tài)變化是否符合一簽名冊(cè)規(guī)律。并對(duì)做好資料整編說(shuō)明的審查，主要審查整編說(shuō)明是否符合規(guī)定內(nèi)容，尤其是注重工程存在的問題、分析意見和處理措施是否正確，以其說(shuō)明其他事項(xiàng)有無(wú)遺漏。
4.2做好監(jiān)測(cè)資料的分析工作。原始的監(jiān)測(cè)成果只展示大壩的直觀表象，深刻揭示規(guī)律和做出判斷，從繁多的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中找出關(guān)鍵問題，還必須對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)、剖析、提煉和概括。具體步驟是：其一是監(jiān)測(cè)資料的采集和整編，其二是對(duì)監(jiān)測(cè)資料的預(yù)處理，既對(duì)原始資料的可靠性和正確性進(jìn)行檢查，然后對(duì)誤差的剔除或修正、缺測(cè)值的插補(bǔ)、資料的修勻等，所有預(yù)處理工作一般不對(duì)原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；其三是對(duì)監(jiān)測(cè)資料中物理量的換算。監(jiān)測(cè)儀器的原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)只是需要監(jiān)測(cè)的物理量的中間成果，需要根據(jù)臨測(cè)儀器的系數(shù)、計(jì)算方法與儀器的種類、安裝方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿Q算后才能得到需要監(jiān)測(cè)的物理量；其四是通過繪制測(cè)值過程線、繪制測(cè)值分布圖、繪制相關(guān)圖以及影響因素分析等方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)資料的定性分析；其五是通過滲流、變形、應(yīng)力應(yīng)變等方法和步驟對(duì)某一類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)子項(xiàng)目中的物理量進(jìn)行分析；其六是在對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)初步分析和影響因素分析的基礎(chǔ)上，建立各種數(shù)學(xué)模型，如統(tǒng)計(jì)模型、確定性模型、混合性模型和分布模型等，根據(jù)建立的各種數(shù)學(xué)模型，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控在不同外界條件下，測(cè)值的變化趨勢(shì)和范圍，根據(jù)各物理量實(shí)測(cè)值與模型計(jì)算值的吻合程度，反過來(lái)進(jìn)一步修正模型，從而提高模型的精度，以便能更準(zhǔn)確地反映大壩的工況；其七是對(duì)大壩安全進(jìn)行綜合綜合評(píng)估，重點(diǎn)是對(duì)其應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，對(duì)大壩的結(jié)構(gòu)安全和滲流安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
7、結(jié)論。石堡川大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從2010年建設(shè)，2011年投入運(yùn)行，2011年石堡川流域進(jìn)入豐水年，進(jìn)入汛期后，該庫(kù)利用安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)雨情、水情，對(duì)入庫(kù)洪水分步驟進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，使除險(xiǎn)加固后的大壩壩面合理受水，也使大壩首次蓄水達(dá)到 936m,同時(shí)在水庫(kù)洪水調(diào)度中，由于利用安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以二十四小時(shí)對(duì)大壩安全狀況進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，減少了管理人員對(duì)壩體巡查，節(jié)省了管理經(jīng)費(fèi)，通過對(duì)其運(yùn)行觀測(cè)，大壩蓄水方案合理，壩體各項(xiàng)指標(biāo)均在安全范圍，石堡川水庫(kù)蓄水實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)建庫(kù)以來(lái)最高水位，水庫(kù)運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)了由年調(diào)節(jié)向多年調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變。
參考文獻(xiàn)：1、石堡川灌區(qū)信息化項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃
2、石堡川水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃
