清河水库除险加固工程安全监测设计方案

郝淑荣

（辽宁省水利水电勘测设计研究院， 辽宁 沈阳 110006）

清河水库除险加固工程安全监测设计方案

郝淑荣

（辽宁省水利水电勘测设计研究院， 辽宁 沈阳 110006）

文中全面介绍了清河水库除险加固工程安全监测设计方案，重点介绍其安全监测自动化系统设计方案。这次设计在满足相关规范标准的基础上，设计中充分考虑工程实际情况和安全监测管理需要，选择必要的监测项目和测点，力求优化合理。设计中充分考虑了今后经济和技术的发展，使建成后的自动化监测系统能满足现代化管理的需求，并为今后的扩展留有余地。

清河水库；安全监测；方案设计

1 安全监测现状

清河水库现有大坝安全监测内容包括水平位移观测、垂直位移观测、坝体浸润线观测、坝基渗透压力观测、大坝排水体和绕坝渗流观测。溢洪道观测内容包括水平位移观测、垂直位移观测、堰基渗透压力观测。其中：

1）水平位移观测利用 WILDT3 经纬仪，采用视准线法，利用灯光觇标在夜间进行人工观测。

2）垂直位移观测采用水准测量法人工观测。

3）坝体浸润线观测、坝基渗透压力观测、大坝排水体和绕坝渗流观测、溢洪道堰基渗透压力观测均采用测压管观测法，自制测绳进行人工观测。

总体上，水库现行的安全监测还是以人工为主，这种方法工作量大、信息收集周期长、数据整理工作繁琐，观测结果精度不高，不能满足水库现代化管理的需求。

2 设计依据

SL60-94《土石坝安全监测技术规范》、GB12897-91《国家一、二、三等水准测量规范》、SL169-96《土石坝安全监测资料整编规程》、SL265-2001 《水闸设 计 规 范》、SL253-2000 《溢 洪 道 设 计 规 范》、SDJ336－89 《混凝土大坝安全监测技术规范》、《辽宁省清河水库工程安全分析综合评价报告》。

3 监测项目设置

依据现行规范相关规定设置有：变形监测、渗流监测、水位监测、应力监测、温度监测及流量监测的安全监测项目。

3.1 变形监测

为了保持监测数据的连续性，清河水库变形监测基本保持原坝体和溢洪道变形监测点的布局。

1）水平位移监测方法。水平位移监测采用全站仪，采集的数据可随后在计算中心进行后处理从而得到各测点的水平位移量。

2）垂直位移监测方法。用数码水准仪及测尺，沿着坝两岸起测基点与坝上各位移标点（水平位移标点与垂直位移标点共用一点）组成附合水准路线，按国家三等水准测量(GB12898-91)方法进行监测，闭合差不大于±1.4mm。

3.2 渗流监测

为了监测坝体在上、下游水位差作用下产生的渗流场，设置渗流监测。渗流监测包括坝体浸润线监测、绕坝渗流监测、基础渗透压力监测、绕闸渗流监测。

这次设计采用在原测点布设位置附近重新钻测压孔，安装测压管，设置渗压计,各测点接入DAU 数据采集单元，纳入自动化监测系统。

3.3 溢洪道闸墩应力、应变观测

为了解溢洪道闸墩在一侧水压力及弧门推力作用下的应力分布，在观测基面闸墩迎水侧的牛腿铰支座下部，各布置 2 组三向应变计组，以观测该截面的应力、应变及受力状况。以上各测点接入DAU 数据采集单元，纳入自动化监测系统。

3.4 温度监测

在各典型观测基面，沿着坝高方向，在上游坝面内侧、下游坝面内侧及坝体内部各均匀布置4只温度计，在坝体与基岩接触面均匀布置4只温度计，共计 28 只温度计，进行库水温、坝体表面温度、坝体温度及坝基温度的观测。以上各测点接入DAU 数据采集单元，纳入自动化监测系统。

3.5 溢洪道闸门上、下游水位及水面线观测

在溢洪道闸门上游闸墩及下游翼墙上画上水尺标志，监测大坝上、下游水位，同时测量溢洪道的水面线。

3.6 库区水位观测

在左岸泄洪洞进口附近，库区水流平稳处，设置一支水位计监测库区水位。

3.7 流量监测

为监测泄洪流量，在左岸泄洪洞出口、右岸泄洪洞进口，各设置一套八声路超声波流量计用于监测泄洪流量。

3.8 巡视检查

由于自然因素变化多变，监测仪器布设有限，因此，从施工期到运行期都要进行巡视检查。

4 大坝安全监测自动化系统

4.1 系统组成

该安全监测自动化系统采用分层分布式的网络结构系统，主要由传感器、监测分站（DAU）、监测总站（中控观测室）、光缆及安全监测管理软件组成。

系统监测总站位于枢纽中控室内，由监测服务器、监测工作站、打印机、UPS 电源等设备组成，负责接收各分站传来的实时监测数据、入库、后处理、数据分析、分析成果显示输出、报表打印、网络发布等功能，监测数据、系统参数和其它信息资料存放在数据库中，数据库运行在监测服务器上以实现资源共享。监测分站作为前端用户访问和处理数据库中的数据，并提供网络发布功能，除系统管理员可以直接在监测服务器上对系统进行参数设置、数据库管理等操作外，其他操作人员通过权限设置在局域网内任意一台工作站上，通过综合自动化系统平台，实现对监测自动化系统进行数据的查询、监视等操作。

4.2 系统功能

1）监测数据采集功能。

2）系统操作及显示功能。

3）数据存储功能。

4）综合信息管（处）理功能。

5）大坝安全监测分析评价功能。

6）大坝安全监测分析成果 WEB 发布功能。

7）系统防护和自检功能。

8）人工接口功能。

4.3 系统数据采集方式与体制

数据采集应具有自动巡回测量、自动选点测量和人工测量等功能。系统既可对接入数据采集单元的全部各类监测仪器依次进行测量，也可对接入数据采集单元的全部各类监测仪器中的某一指定仪器进行选点测量，同时还有专用接口接入人工测量仪表对监测仪器进行人工测量。人工测量与自动化测量相互独立，以便可互校或替代。

系统的监测数据采集方式分为人工采集、半自动采集和自动采集。

人工采集：人工采集的对象为只能人工监测的项目和需要用人工方法作为对比的监测项目，通过人工采集方式获得的原始数据，均应及时输入安全监测自动化系统的相关数据库。

半自动采集：在施工期和运行期自动化系统故障或检修的情况下，可由操作人员携带读数仪表（检测仪）或便携式电脑到现场直接读数，然后再转入安全监测自动化系统的相关数据库。

自动采集：可实现自动采集的监测项目，由操作人员在监测中心站的监测服务器或监测工作站上，直接设置采集参数后，通过现场数据采集终端自动进行监测数据采集并传输至监测中心站的相关数据库。

4.4 传 输

大坝安全自动化监测系统内的数据信息传输采用光纤传输，信息通讯管理采用无线通讯和局域网系统。具有远程监控功能及远程诊断功能。保证管理人员或工程技术人员可以不到现场，即可对全部观测点进行观测和自检自校。

4.5 管理及处理分析

系统软件运用水利专业技术，借助于计算机专业的数据库、科学计算、图形显示、网络技术等手段，采用面向对象的模块化结构设计原则；使系统在一个安全、稳定、先进、可扩展、可操作性强、易于管理维护的环境下运行。系统软件具有在线和离线数据管理和分析处理功能及全面、完善的数据库管理功能，包括数据显示、更新、增删、检索、查询、整编、打印等，对观测数据与工程档案实施全面管理、存储、检索、绘制图表、年鉴制作等工作，使观测资料管理进入办公自动化。

4.6 大坝安全监测分析系统软件

清河水库大坝安全监测系统能实现监测采集数据的综合管理和分析，历史资料整编的人机接口。按照实际工作的需求，系统划分为数据采集子系统、监测数据管理信息子系统、安全监测分析评价子系统与分析评价成果发布子系统。

5 结语

这次设计在满足相关规范标准的基础上，设计中充分考虑工程实际情况和安全监测管理需要，选择必要的监测项目和测点，力求优化合理。建成后的自动化安全监测系统技术先进、功能强大、测值准确可靠、便于运行维护。设计中充分考虑了今后经济和技术的发展，使建成后的自动化监测系统能满足现代化管理的需求，并为今后的扩展留有余地。

式中：μ——有压隧洞自由出流的流量系数；ω——隧洞出口断面面积 m2；T0——上游水面与隧洞出口底板高程差及上游行进流速水头之和；hp——隧洞出口断面水流的平均单位势能；a——出口断面洞高，m；p/r——出口断面平均单位压能；ζi——隧洞第 i段上的局部能量损失；ωi——隧洞第 i段断面面积，m2；li—隧洞第 i段长度，m。

经计算供水管流量系数 μ=0.11，初期供水阶段总流量 Q=769.5（m3/a）＞500（m3/a），满足初期工业用水供水量要求。

供水管初期供水阶段有压供水管压坡线计算，公式采用均匀流摩阻公式以及曼宁计算沿程水头损失：

式中：△hf——沿程水头损失；λ——沿程水头损失系数；L——管段的长度；g——重力加速度；v——管道过水断面的平均流速；C——谢才系数；R——管段过水断面的水力半径；n——糙率。

局部水头损失公式采用：

式中：△ζ——局部水头损失系数；v——相应管道平均流速。

经计算供水管出口处总水头 h=2.38m＞2m，满足有压供水管压坡线计算，供水管设计合理。

4 结语

前夭子初期供水工程供水管设计，有效利用新建泄洪洞进口闸墩，在不同工况，不同高程分层取水。供水管在新建泄洪洞底板内引出至外部供水阀室。供水管与新建泄洪洞同时施工，有效节约施工步骤、工期及各项成本。目前，新建泄洪洞已开挖完成，进水口已修建完毕，通过实践证明，前夭子初期供水工程供水管设计是成功的。

[收稿日期]2013-06-18

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1002－0624（2014）05－0009－03

2014-01-13