论漳泽水库大坝安全监测自动化系统建设与改造的必要性与可行性

冯文涛

（山西省漳泽水库管理局 山西长治 046021）

论漳泽水库大坝安全监测自动化系统建设与改造的必要性与可行性

冯文涛

（山西省漳泽水库管理局 山西长治 046021）

从漳泽水库大坝安全监测项目及设施现状的运行情况中发现，水库安全监测系统运行时间久、设备设施损坏严重，已不能满足工程安全运行管理的实际要求。因此，为保障漳泽水库大坝安全，改造一套功能完备、性能可靠、技术先进的大坝安全监测自动化系统，实现漳泽水库大坝安全全天候监测自动化十分必要。

大坝；安全监测；设施现状；必要性；可行性

1 漳泽水库工程概况

漳泽水库是一座大（2）型多年调节水库，总库容4.27亿m3，属海河流域上游漳卫南运河水系，位于山西省长治市北郊浊漳河南源干流上，为浊漳河南源的控制性枢纽工程，干流发源于长子县黑虎岭，至襄垣县甘村与浊漳河西源汇合，全长104.0 km，流域面积3 580.0 km2。

大坝为均质土坝，全长2 514.0 m，分主坝和副坝。主坝位于右岸，桩号0+000～0+874，长874.0 m，最大坝高22.5 m；副坝位于左岸，桩号0+874～2+514，长1 640.0 m，最大坝高17.5 m。坝顶相对高程22.5 m，防浪墙高1.2 m；坝顶宽7.0 m，为混凝土路面。大坝迎水坡相对高程17.5 m马道宽3.5 m，马道以下坝坡1∶2.75～1∶3.0，采用浆（干）砌石护坡；马道以上坝坡 1∶2.5，采用预制混凝土六方块护坡。大坝背水坡相对高程12.5 m马道宽2.0 m，马道以上坝坡1∶2.0，马道以下主坝坝坡 1∶3.0～1∶4.0、副坝坝坡 1∶4.0～1∶8.0，主要采用预制混凝土六方块护坡，局部采用浆砌块石护坡。主坝及副坝典型剖面图见图1、图2。

2 大坝安全监测设施现状及运行情况

水库枢纽工程于1989年10月至1995年5月实施了全面的加固改建。改建后，大坝安全监测包括变形监测和渗流监测两部分。变形监测项目含：①大坝表面竖向位移观测；②大坝坝体内分层水平位移观测。渗流监测项目含：①土坝坝体浸润线观测；②大坝坝基渗压观测；③大坝坝体渗流量观测。

图1 主坝典型剖面图

图2 副坝典型剖面图

截止目前，大坝安全监测设施使用及运行情况，如表1所示。

表1 大坝安全监测设施使用及运行情况统计表

坝面竖向位移监测点分布在原坝顶P1、新坝顶上游侧P2、新坝顶下游侧P3和下游坝腰P4，共4条平行于坝轴线的测线上，其中P1、P2和P3测线各监测点桩号范围为0+200～0+800，P4测线各监测点桩号范围为0+300～0+800，监测点间距为100.0 m。坝面竖向位移监测线如图3，坝体浸润线监点、坝基测压管水位监测点、量水堰分布如图4。

图3 坝面竖向位移监测线（P1～P4）示意图

3 监测系统建设与改造的必要性

3.1 保障水库大坝安全运行的需要

大坝建成运行已有58年的历程，距上次改建后，现监测设施也运行20多年，完善改造一套功能完备、性能可靠、技术先进的大坝安全监测系统，实现漳泽水库大坝安全自动监测化十分必要。

第一，就漳泽水库历年运行水位而言，漳泽水库建库以来历年最高库水位没有超过水库设计洪水位（相对高程）16.27 m的记录。最高库水位超过正常蓄水位（相对高程）14.9 m的记录只有15年（年份是1962、1971、1976、1996、1997、2001、2003—2008、2011、2012、2014年）；也就是说，大坝各建筑物还没有经受设计洪水位的考验。

第二，运行的50多年中，大坝运行过程中出现过以下危急状况，如大坝滑坡，大坝裂缝、渗水，坝身蚁穴、兽洞，溢洪道底板破坏，泄水洞底板裂缝及洞身漏水，七一输水洞漏水等。但大坝监测系统在大坝运行或险情发现中发挥的作用不明显。为及时掌握和监控大坝工作性态，应当建立健全完好的监测系统和设施、开展有效地监测。当大坝出现异常，而又不被及时掌握，不能有效判别变化的速率和性质，任其发展，其后果不堪设想。

图4 坝体浸润线监点、坝基测压管水位监测点、量水堰分布图

第三，大坝安全监测设施存在以下几方面的问题，既不满足大坝运行的需求，也不满足现行大坝安全监测技术规范的要求。

1）漳泽水库大坝轴线长达2 514.0 m，大坝变形监测设施的设置和观测频次等不满足现行大坝监测技术规范要求。

（1）表面垂直位移监测采用精密水准法观测，技术要求高、劳动强度大、耗费时间长、观测精度受环境（气温、天气等）和人为影响突出，观测质量难以保证，成果不及时；

（2）坝体内部分层水平位移监测设施因损坏难以恢复，功能丧失，停测多年；

（3）缺少坝体表面水平位移和坝体内部分层沉降监测项目。

2）大坝渗流监测设施布设少且不规范，部分设施损坏严重，不能真实反映坝体渗流渗压实际。

（1）大坝渗压监测断面仅4个，测压管管体生锈，透水段存在被淤积堵塞现象，部分测压管的功能丧失；

（2）量水堰布设位置远离坝脚排水沟，沿程水路长达1 km有余，渗流量测值受降雨和周边渗水影响较大；

（3）渗压渗流自动监测采集系统抗雷击和相关环境因素影响能力差，传感器缺乏校验、故障频发等，导致监测数据缺失或不连续；

（4）缺少坝体绕坝渗流监测项目。

3）环境量监测项目不全，数据收集不及时。

（1）缺少库水温度监测设施；

（2）缺少冰压力监测项目；

（3）气温、水位、降水等资料来源于水文站，按年度收集、获取，不便于及时分析监测成果。

4）大坝变形和渗流监测点位置不关联，互相校验差。

5）监测方式基本采用人工观测，测量频次少，受环境和人为因素影响突出，如遇暴雨、洪水、地震等突发情况，无法及时获取大坝相关信息，不满足大坝运行调度的需求。

对上述漳泽水库大坝的现状及问题，如果不及时进行改造或新建，就不能有效开展对大坝工作性态监测。为保障漳泽水库大坝运行安全，改造完善现有监测设施，使之功能完备、性能可靠、技术先进；实现漳泽水库大坝安全自动监测，是现实所迫、势在必行。

3.2 水行政主管部门科学管理的需要

《水库大坝安全管理条例》第十九条规定：“必须按照有关技术标准，对大坝进行安全监测和检查。对监测资料应当及时整理分析，随时掌握大坝运行状况”，这充分说明了安全监测在水库大坝管理中重要性。建立一套水利现代化的大坝安全自动监测系统，及时准确获取其大坝监测数据和信息，是水行政管理部门做好水库安全定期鉴定、水库大坝安全管理与运行调度等的必要工程措施。应当从人力、物力、财力和技术等方面进行筹措与安排。

3.3 提高水库基层管理能力和水平的需要

漳泽水库大坝安全监测存在设施陈旧、功能丧失、项目设置不全等现象与问题，与水利现代化管理要求存在着较大的差距。进行漳泽水库大坝安全自动监测系统改造，既能为及时发现和解决水库大坝安全问题提供有力支持，又可以实施对基层人员监测理论和技能的培养，提高管理素质和技术水平，推动水库管理工作走向即时化、网络化、智能化。

3.4 促进水利信息化建设的需要

信息技术是当今世界创新速度最快、通用性最好、渗透性最强的高技术之一。水利信息化就是要充分利用现代信息技术，深入开展和广泛利用信息资源，促进信息交流和资源共享，实现各类水利信息（如水库的基本信息、水雨情、安全监测、防洪调度、兴利调度以及安防监控等）的综合管理及其处理的数字化、网络化、集成化、智能化，全面提升水利为国民经济和社会发展服务的能力和水平。当前，以水利信息化带动水利现代化，已是一项事关水利发展全局的重大战略任务。漳泽大坝安全监测系统的建立与健全、监测技术的发展与提高也是长治市乃至山西省水利信息化建设的迫切需求。

4 监测系统建设与改造的可行性

安全监测作为保障水库大坝安全最有效的技术手段，已经形成广泛共识，正成为最活跃、最受关注、最具有高技术含量的领域。

在常规技术不断完善的同时，基于GNSS系统、测量机器人、物联网等平台的智能化监测技术得到迅猛发展并成熟运用于工程实际。

当今的工程安全监测技术正向着监测数据采集的高精度、自动化、数字化、智能化发展；监测设备向多层次集优化发展；监测信息向可视化发展。采用科技含量高、性能稳定的自动化采集设备和系统软件，实现监测自动化、可视化和远程监控的工程不乏成功案例。

就运行50多年的漳泽水库大坝而言，在以往监测成果的基础上建立和完善大坝安全自动监测系统，更能做到有的放矢，切实可行。一个大坝工程的安全与否，不仅取决于自然条件（大坝自身固有的工程地质条件及其所处外部环境因素）和工程条件（即工程措施，它通过设计、施工、运行的水平和质量来体现）；而且取决于监测条件（贯穿于工程设计、施工以及整个工程寿命内对其实际状况的监测）。从某种意义上来讲，安全监测是大坝运行安全的重要保障。

为保障漳泽水库大坝安全，开展对大坝等水工建筑物结构、工程运行管理、工程质量等方面的细致诊断与系统评价，监控大坝运行安全，意义十分重大，尤其是在暴雨、洪水、大风、地震等恶劣条件下。采用监测技术和措施及时地发现隐患，是保障水库大坝安全最明智的、有效可行的办法；搭建实时诊断与评价工程安全状况的技术平台，为决策层提供支持，对促进长治市社会和经济发展具有重要的作用。

5 结语

漳泽水库大坝安全监测自动化系统建设与改造将把漳泽水库大坝全面管理工作提升到一个崭新高度，其预期效果将非常显著。大坝安全监测自动化系统建设与改造将对水库安全运行管理提供专业技术上的支持，也将有效减轻上级决策管理带来的盲目风险，有利于工程效益的最大化，将有助于提升水库安全监测信息采集、收集的数字化水平，实现监测自动化、管理信息化、决策科学化，从而带动水库大坝安全管理整体工作的优化与创新。

Necessity and Feasibility to Construct and Transform the Automatic Safety Monitoring System for Zhangze Reservoir’s Dam

FENG Wen-tao

From the implementing status quo and the operating situation of the safety monitoring items of Zhangze Reservoir’s dam it is discovered that because of long operation time of this safety monitoring system，this system’s equipments have suffered severe damage and can’t meet the actual demand to realize the engineering’s safety operating management.Therefore，in order to ensure the dam safety of Zhangze Reservoir，it is very necessary to construct and trasform a set of automatic dam safety monitoring system，which has complete function，reliable characteristic，and advanced technology to realize dam’s all-weather automatic monitoring

dam；safety monitoring；status quo of equipment；necessity；feasibility

TV698

B

1006-8139（2017）02-083-04

2017-03-02

2017-03-10

冯文涛（1989-），男，2011年毕业于华北水利水电学院水利水电工程专业，助理工程师。