闹德海水库除险加固大坝观测设计方案实施的探讨

闹德海水库大坝观测设计方案

张新

(辽宁省水利水电勘测设计研究院)

【摘要】：闹德海水库大坝安全监测系统包括内部监测及外部监测。内部监测有坝基扬压力观测；绕坝渗流监测；坝基渗流量监测。外部监测有大坝的位移监测；大坝上游水位监测。内部监测采用先进的自动化数据采集及管理系统。外部坝顶水平、垂直位移监测，经过比较采用真空激光准直法自动化监测。

【关键词】：闹德海水库；外部监测；内部监测；监测系统

1. 工程概况：

闹德海水库是一座防洪滞沙、农田灌溉、工业供水等综合利用的大2型水库，是柳河上唯一已建大型控制性工程。水库建60余年，闹德海水库本次加固按100年一迂洪水设计，1000年一迂洪水校核。工程等别为Ⅱ等。

水库大坝由挡水坝段、溢流坝段、排沙中孔、底孔组成。档水坝段为混凝土重力坝，坝顶高程194m，坝顶宽度4m，分部在坝两侧，总长167m，最大坝高44.5m。溢流坝段长75m，堰顶高程181.5m，溢流坝段设有五个排砂底孔，孔底高程151m。。

2. 水库工程监测现状及存在问题：

目前水库开展的大坝表面位移观测采用的是视准线法及水准测量法、绕坝渗流及扬压力观测采用的是测深钟法、这种传统的人工观测方法，其观测强度大，精度低，而且有些观测设施已老化破坏。溢流坝段未设位移观测点。

3. 观测项目的设置：

闹得海水库大坝等级为2级，按照《混凝土大坝安全监测技术规范（试行）》SDJ336-89的要求，结合本次水库除险加固设计，对观测设施进行更新改造，观测项目包括坝顶水平、垂直位移观测的选择，对原有渗流、扬压力和绕坝渗流观测项目进行改造，新增坝址区水文、雨量观测和库区泥沙观测，实现观测自动化。

3.1坝顶水平、垂直位移观测

3.1.1 坝顶水平、垂直位移观测方法确定

大坝水平位移和垂直位移观测方法有以下几种：

⑴全站仪法

它的原理是大地测量学原理，但它是一种全新的方法。因为电子全站仪的出现，使得这种方法实现了自动测量。它可以测量任何坝型或者一个区域的三维位移。这种方法用于直线型坝的坝顶水平位移和垂直位移时的缺点是它的造价较高，一套精度满足要求

的全站仪价格超过50万人民币，两个基点就要两套，每个测点还要有一套高精密的能被全站仪自动跟踪的觇标；全站仪和觇标都要保护，占用较大空间；自动测量时每一个觇标都不动的，所以要求全站仪能与每一个觇标通视。

⑵引张线法

该法是一种测量直线型坝水平位移的专用方法。原理简单，可实现自动测量。缺点是只能测量一维水平位移；油盒进异物会影响浮船的自由状态；温差较大时线体的温度变形将导致浮船与油盒接触也影响浮船的自由状态；在寒冷地区，线体和保护管结霜会影响线体的自由状态。这些缺点都在东北地区的红石、云峰等大坝的坝顶引张线都有所表现，而最终用真空激光取而代之。

⑶真空激光准直法

激光准直系统是我国从70年代开始，自行研制的具有高精度且能同时观测水平位移和垂直位移的监测仪器。经过不断改进和完善，已成为测量精度高、稳定性好、维护和使用简便的自动化监测系统。目前还未见到可与之比拟的其它变形监测系统的成功经验。

真空激光准直系统在大坝变形自动化监测的实际应用中已成功地获得十多年连续监测资料。最早建成的是太平哨大坝，1981年安装，1982年投入运行；另一座是丰满大坝，1982年安装，1984年投入运行。长期的连续运行，完整和高质量的观测成果，有力地证明了真空激光准直自动化系统是一套稳定性强、精度高及可靠的变形监测系统。

以上三种方法真空激光准直法为最优，故选定真空激光准直法为闹得海水库大坝水平位移和垂直位移监测方法。

3.1.2 空激光准直法水平位移和垂直位移测点布置

真空激光准直中心线在坝上游侧，桩号为0-000.4 。真空激光测点在挡水坝段，布置在每个坝段的上游坝面中间的支墩上。真空激光测点在溢流坝段，在每个闸墩上，新建交通桥上游侧挖槽敷设安装。共计6个坝段，6个闸墩，12个测点。在真空管道两端布置倒垂和双金属标分别做为水平位移观测及垂直位移观测的基准点，倒垂线及双金属标布置在同一个钻孔内。坝顶两端设置激光观测室。

3.2 渗流观测

3.2.1扬压力观测对其实现自动化

目前坝基扬压力观测布置有两条横向观测断面，一条纵向观测断面，各向观测断面设于坝基灌浆廊道内，共计14个测点。扬压力采用弦式渗压计进行观测，弦式渗压计测头放入各测点，测头引出电缆接入廊道内的振弦采集仪，通过光缆与设置在观测房内的电子计算机组成自动化观测系统。

3.2.2渗流量观测

为能准确地观测坝基、坝体的渗漏量，在灌浆排水廊道内，将全坝段划分为两个区，每个分区设量水堰，采用量水堰测量仪进行观测。

3.2.3绕坝渗流观测

在两岸坝头的10个绕坝渗流观测孔内放入弦式渗压计测头，测头引出电缆接入振弦采集仪，通过光缆与设置在观测房内的电子计算机组成自动化观测系统。

3.3坝址区水文、气象观测

3.3.1气象观测

由于水库现有气象站的仪器设备已不能正常工作，本次设计对气象站的仪器设备进行更新，建成遥测气象站。气象站将自动采集后的数据通过无线通讯等方式传向大坝监测控制中心。

3.3.2水位观测

目前水库通过水尺进行库水位观测，本次设计将其更新为超声波水位计精确测量坝前及坝后水位，在右侧挡水坝段上游侧设一个超声波水位计，超声波水位计安装在坝顶。水位计通过电缆接入设在启臂机室内的振弦采集仪，通过信号转换纳入自动化观测系统。

3.4库区泥沙观测

在库区范围内，由坝址开始向上游每隔500m设一个横断面，每个断面在库区两岸设助航标志。观测人员根据GPS确定的方向，用测深仪观测库区泥沙淤积情况。

4. 自动化监测系统

大坝安全自动化监测系统采用较先进的自动采集分布式系统，即系统单元分布在各监测项目的传感器附近，通过电缆及光缆，将各监测数据传输至水库监测中心，进而实现自动化监测。

大坝安全自动化监测系统包括两方面内容，其一是实现各观测项目中监测仪器的自动化测量和数据的自动采集；其二是实现观测数据的集中处理和用计算机对其进行处理分析。为了保证自动化监测系统的长期稳定工作，采用抗干扰能力强、可靠性高、故障率低、扩展方便、易于维护的分布式数据采集系统。

5. 结语

闹得海水库于今年8月开始各专业招标阶段，现在已进入施工图阶段，随着大坝工程的进展，各监测项目将随着工程进展陆续上马，最终实现自动化监测系统，监督大坝的安全运行。