本文通過介紹石堡川水庫運行現(xiàn)狀和存在問題，探索安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容和運行原理以及應(yīng)注意的環(huán)節(jié)，提出該
水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)思路，實時在線分析大壩安全運行性態(tài),使大壩安全數(shù)據(jù)采集自動化、數(shù)據(jù)處理模型化、分析評判智能化，實現(xiàn)對大壩安全隱患進行預(yù)警。
關(guān)鍵詞：水庫大壩 安全監(jiān)測 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)、邊界條件及運行環(huán)境復(fù)雜性以及設(shè)計、施工、運行維護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。本文通過對石堡川水庫大壩安全現(xiàn)狀及存在問題進行客觀分析，簡要介紹該系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容和運行原理以及應(yīng)注意的環(huán)節(jié)，為完善該水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)提供借鑒。
1、石堡川水庫工程現(xiàn)狀。石堡川水庫是一座以農(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，水庫座落在洛河一級支流石堡川河上，流域面積820km2,正常蓄水位936m，校核洪水位940m，總庫容6375萬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、石堡川水庫工程安全現(xiàn)狀。石堡川水庫已經(jīng)通過除險加固，防洪保安能力得到提高，但是由于灌區(qū)信息化建設(shè)還未全面實施，防汛數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作滯后；大壩觀測設(shè)備還不健全，監(jiān)護人員只能依靠經(jīng)驗，無法得到準(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，無法滿足防汛工作的要求，汛限水位還是除險加固前的931 m，加之水庫蓄水是多年調(diào)節(jié)，灌區(qū)水資源十分短缺，而水庫每年汛前又是空庫迎汛，浪費了水資源，無力揮為灌區(qū)農(nóng)業(yè)提供水利支撐，所以建設(shè)水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)顯得十分必要而又迫切。
3、建立大壩安全系統(tǒng)監(jiān)測的重要性。安全系統(tǒng)監(jiān)測有校核設(shè)計、改進施工和評價大壩安全狀況的作用，且重在評價大壩安全。它是通過儀器觀測和人工現(xiàn)場檢查監(jiān)視對大壩壩體、壩肩、壩坡及壩周圍環(huán)境年做測量及觀察，通過合理計算和分析對工程的工作狀態(tài)進行評估，對工程未來形態(tài)進行預(yù)報，確保工程安全，并兼有改進工程設(shè)計、提高施工技術(shù)，進行科學(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，提高大壩觀測效率，減輕勞動強度，并能充分利用水庫調(diào)蓄能力，使其在防洪和供水發(fā)揮最大效益，還有驗證水庫大壩設(shè)計參數(shù)改進未來設(shè)計，對大壩除險加固工程施工技術(shù)的改進，對大壩不安全跡象和險情診斷并采取措施進行加固，另一方面它能運用長期積累的觀測資料掌握變化規(guī)律，對大壩未來狀態(tài)做出及時有效的預(yù)報，對由于工程事故而引起的責(zé)任賠償問題，觀測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)測系統(tǒng)建設(shè)從淺層意義來說是為了人們準(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)測系統(tǒng)運行原理。該系統(tǒng)由大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、出口流量觀測系統(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)測工作站作為前端用戶訪問和處理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場與監(jiān)測中心的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇樾切?，其中水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)及測點、中心站網(wǎng)絡(luò)采取分層分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括監(jiān)測站傳感器數(shù)據(jù)采集儀、庫區(qū)網(wǎng)絡(luò)、中控制控制系統(tǒng)；測站層由各測點傳感器和數(shù)據(jù)測量控制裝置組成；監(jiān)測中心站分布在大壩右壩頭的水庫管理站內(nèi)，主要由監(jiān)測服務(wù)器、監(jiān)測工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機、打印機、USB電源設(shè)備組成，所有裝置通過網(wǎng)絡(luò)與水庫管理站內(nèi)的庫區(qū)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相連，以便中控室對安全監(jiān)測系統(tǒng)進行控制，將監(jiān)測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)和其它信息資料存放在數(shù)據(jù)庫中，使數(shù)據(jù)庫運行在監(jiān)測服務(wù)器上實現(xiàn)資源共享。
5、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容。其系統(tǒng)建設(shè)有11項，一是對大壩表面進行變形觀測，沿壩軸線布置4個表面變形觀測斷面、23個表面變形標(biāo)點和2個校核基點；二是對大壩內(nèi)部進行變形觀測，布置4個觀測斷面，每個觀測斷面布置2個觀測孔，埋設(shè)沉降（測斜）管374m，沉降環(huán)75個；其三是對溢洪道進行變形觀測，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監(jiān)測，每個閘墩和泄槽兩側(cè)以及左岸邊坡各布置1個變形觀測點，右岸山體布置觀測基點2個。各測點水平位移和豎向位移觀測共用，安裝專用基座，采用全站儀進行觀測，沉降采用沉降儀進行觀測，水平位移采用測斜儀進行觀測；四是對大壩滲流進行壓力監(jiān)測，布置3個觀測斷面，鉆孔11個，埋設(shè)壓力計23只，繞壩滲流監(jiān)測在左右壩肩各布置6個鉆孔，埋設(shè)滲壓計12只，大壩滲流在下游壩腳高三角量水堰1座，安裝1臺堰上水位計，用以監(jiān)測壩體滲流壓力、分布及浸潤線；五是對溢洪道進行滲流觀測。沿軸線布置1個縱斷面，坑試埋設(shè)滲壓計6只；六是對輸水洞、泄洪底洞進行滲漏觀測。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個鉆孔，每個鉆孔在兩洞附近埋設(shè)滲壓計1只；七是對庫水位與下游進行水位觀測，在泄洪底洞放水塔外設(shè)置豎井，安裝水位計一套，接入自動化監(jiān)測系統(tǒng)；八是對出庫流量進行觀測，在溢泄道每扇閘門以及泄烘洞、輸水洞、泄洪底洞進水口處各設(shè)閘位計1套，用以觀測出庫流量和泄洪流量；九是對水庫周邊環(huán)境進行量觀測，在壩右MUC房頂設(shè)置雨量計1只進行降雨量觀測，觀測資料納入大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，在壩右MUC房頂設(shè)置氣壓計1只和氣溫計1只，用于觀測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，對水庫壩面附近情況與輸水洞閘門進行圖像視；十一是在水庫管理站建設(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，同時配備空氣調(diào)節(jié)和防塵設(shè)施，確保系統(tǒng)主機正常運行。
6、石堡川水庫工程安全監(jiān)測系統(tǒng)運行應(yīng)注意的幾個環(huán)節(jié)
6.1做好觀測資料的整理與分析工作。資料整編是監(jiān)測工作的一項經(jīng)常性工作，做好平時資料的整編，重點是查證原始監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性，在平時資料整理的基礎(chǔ)上，按規(guī)定時段對監(jiān)測資料進行全面整理、匯編和分析，并附以簡要安全分析意見和編印說明后刊印成冊。在整編中，做好技術(shù)審查的完整性，整編資料的內(nèi)容、項目、測次等是否齊全，各類圖表的內(nèi)容、規(guī)格、符號、單位以及標(biāo)注方式和編排順序是不符合規(guī)定要求等；同時做好技術(shù)審查的連續(xù)性，各項監(jiān)測資料整編的時間與前次整編是否銜接，整編圖所選工程部位、測點及坐標(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)測物理量的計（換）算和統(tǒng)計是否正確、合理、特征值數(shù)據(jù)有無遺漏、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規(guī)律。并對做好資料整編說明的審查，主要審查整編說明是否符合規(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，以其說明其他事項有無遺漏。
4.2做好監(jiān)測資料的分析工作。原始的監(jiān)測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)測數(shù)據(jù)中找出關(guān)鍵問題，還必須對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行檢驗、剖析、提煉和概括。具體步驟是：其一是監(jiān)測資料的采集和整編，其二是對監(jiān)測資料的預(yù)處理，既對原始資料的可靠性和正確性進行檢查，然后對誤差的剔除或修正、缺測值的插補、資料的修勻等，所有預(yù)處理工作一般不對原始監(jiān)測數(shù)據(jù)進行修改；其三是對監(jiān)測資料中物理量的換算。監(jiān)測儀器的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)只是需要監(jiān)測的物理量的中間成果，需要根據(jù)臨測儀器的系數(shù)、計算方法與儀器的種類、安裝方法進行適當(dāng)?shù)膿Q算后才能得到需要監(jiān)測的物理量；其四是通過繪制測值過程線、繪制測值分布圖、繪制相關(guān)圖以及影響因素分析等方法進行監(jiān)測資料的定性分析；其五是通過滲流、變形、應(yīng)力應(yīng)變等方法和步驟對某一類監(jiān)測數(shù)據(jù)子項目中的物理量進行分析；其六是在對監(jiān)測數(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，可以實時監(jiān)控在不同外界條件下，測值的變化趨勢和范圍，根據(jù)各物理量實測值與模型計算值的吻合程度，反過來進一步修正模型，從而提高模型的精度，以便能更準(zhǔn)確地反映大壩的工況；其七是對大壩安全進行綜合綜合評估，重點是對其應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性進行分析，對大壩的結(jié)構(gòu)安全和滲流安全進行綜合評價。
7、結(jié)論。石堡川大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)從2010年建設(shè)，2011年投入運行，2011年石堡川流域進入豐水年，進入汛期后，該庫利用安全監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)雨情、水情，對入庫洪水分步驟進行合理調(diào)節(jié)，使除險加固后的大壩壩面合理受水，也使大壩首次蓄水達(dá)到 936m,同時在水庫洪水調(diào)度中，由于利用安全監(jiān)測系統(tǒng)，可以二十四小時對大壩安全狀況進行全方位監(jiān)測，減少了管理人員對壩體巡查，節(jié)省了管理經(jīng)費，通過對其運行觀測，大壩蓄水方案合理，壩體各項指標(biāo)均在安全范圍，石堡川水庫蓄水實現(xiàn)了創(chuàng)建庫以來最高水位，水庫運行方式實現(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)信息化項目建設(shè)規(guī)劃
2、石堡川水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃
