潍坊市高崖水库工程大坝变形监测分析

李邦军，秦来伟，解庆伟

（潍坊市高崖水库运营维护中心，山东 潍坊 262402）

潍坊市高崖水库位于昌乐县鄌郚镇高崖村西1 km处，是一座集防洪、供水、生态保护等综合利用的大（2）型水库。由主坝、副坝、溢洪道（闸）、放水洞组成。水库于1959年10月动工兴建，1960年汛期建成蓄水，总库容1.599 5亿m3，兴利库容6 545万m3，死库容1 386万m3，大坝为混凝土防渗墙砂壳坝，坝长1 200 m，最大坝高26.70 m，坝顶宽7.50 m。溢洪道位于大坝南端，为坝肩式，设计最大泄量2 766 m3/s。放水洞位于大坝北端，为坝下埋管式砌石廊道内钢筋混凝土管，设计流量27.90 m3/s。

1 现状监测设施情况

高崖水库除险加固时按照设计要求，大坝设置5个测压管断面（0+151、0+360、0+550、0+650、0+810），其中0+151断面设坝体管、坝基管各2支，其余各断面均设置坝体管3支、坝基4支，共32根测压管（坝基管18根，坝体管14根）。变形观测分大坝和溢洪闸位移观测两部分，大坝共设置沉陷位移标点4个、沉陷基点2个、水平位移标点4个、水平位移基点2个；溢洪闸共设置水平位移基点2个、垂直位移基点2个、水平位移和垂直位移标点10个。

目前，高崖水库已对大坝渗压观测设施进行了维修改造工作。大坝渗压自动监测已全部改造完成，但缺少必要的大坝位移自动监测设施，给大坝安全管理带来安全隐患。因此，建设可靠有效的水库大坝安全自动化位移监测系统，实现对大坝位移重要参量的实时监测和预警，能及时掌握水库大坝运行状况，确保水库大坝安全。而目前已建的大坝安全自动监测信息管理系统，仍缺少大坝变形监测子系统，无法实现大坝位移观测数据的实时采集、存储以及相关分析。

2 大坝监测方法

目前大坝的表面变形监测主要有激光测距仪、变形监测传感器、全站仪和全球定位系统（GNSS）等4种方法，根据各种方法的建设成本及应用环境，结合水库大坝的实际情况，选用GNSS监测方法比较适合。

GNSS监测系统主要包括天线、接收机、通讯系统及相关解算、坐标转换及分析处理软件等部分组成。GNSS具有速度快、精度高、全天候等优点。GNSS用于形变监测，监测的区域一般不是很大，但变形监测点布设比较密集。当GNSS用于大坝形变监测或滑坡监测时，往往是对一定范围内具有代表性的区域建立变形监测点，在远方距离监测点合适的位置（如稳固的基岩上）建立基准点。在基准点架设GNSS接收机，根据其高精度的已知的三维坐标，经过机器监测从而得到变形点坐标（或者基线）的变化量。根据监测点的形变量，建立安全监测模型，从而分析滑坡、大坝等的变形规律并实现及时的反馈。

GNSS技术具有全天候作业的特点不但可以自动化采集数据，而且可以将GNSS信号传输到中心，实现数据自动化传输，通过监测整体的微小变形量，构造统计分析模型，预测变形体长期的变化趋势，为以后的分析决策提供依据。GNSS系统在不增加建设成本的同时提供垂直位移监测数据，数据上传至大坝安全监测管理系统，为水库关键部位增加预警频次，补充人工观测频次少的缺陷。

3 监测点布置

3.1 监测点设计

本监测区在监测区附件周边地质条件好的地方建立2个基准点（0+009、溢洪闸南桥头堡南）。在大坝特殊情况的0+200、0+360、0+500、0+650、0+810五个断面以及溢洪闸3个中间墩共布设8处位移监测点。系统主要由空间部分、地面监控部分和用户部分三部分组成，主要包括天线、接收机、供电系统、数据传输通讯系统、坐标转换及分析处理软件等。在监测点设置结构牢固的观测墩，观测墩上有强制对中器，固定安装GNSS接收机，将接收机天线用强制对中基座对中固定安装在观测墩上。每个设备增加无线传输终端，GNSS信号通过无线远程终端传输到中心。

3.2 基准站设计

基准站建立目的是长期连续跟踪观测卫星信号，并实时为各测点提供高精度的载波相位差分数据及起算坐标。基准站需定期复核，以减小测量误差。

基准站选择要求：在大坝变形影响范围之外，基础稳固；远离大功率无线电发射源（如电视台，电台，微波站等）和高压输电线及微波无线电传送通道，其距离不小于200 m；接收卫星情况良好，多路径效应不明显（如强反射面、高大建筑物等），原则上能接收所有监测点接收到的卫星；接受信号以GPS卫星为主。基准点在0+009处和溢洪闸南桥头堡南分别布置1处。

3.3 监测站设计

监测站选择要求如下：数据采集中心宜在基准站和监测站断面中心位置；交通方便、利于供电及维护；尽量选开阔、平敞的场地；利于天线电缆及光纤的铺设；避开雷击区。

在0+200、0+360、0+500、0+650、0+810五个断面以及溢洪闸3个中间墩分别布置监测点，共设置监测点8处。

4 监测系统解析

4.1 大坝位移趋势图

根据位移测站名称和时间段条件，分别生成平行坝轴方向位移偏移量和水平位移变化趋势，垂直坝轴方向偏移量和水位、平位移变化趋势，沉降位移与水平位移变化趋势。

4.2 大坝位移分析

包括位移日报表、月报表、年报表。这3种报表按时间分别统计日、月、年均水平位移、（沉降位移平均、最大、最小值，及其发生时间）、（平行坝轴方向偏移量平均值、最大、最小值，及其发生时间），并支持查询、导出。

4.3 大坝位移预警

设置水库大坝位移平行坝轴方向、垂直坝轴方向、沉降位移、水平位移的限值，作为报警标准，位移数据采集入库时如果超越报警标准，则生成位移预警信息。以列表形式展示，支持查询。

4.4 数据分析

包含一元线性回归分析、终端报警。一元线性回归分析，假设两个物理量之间符合一元线性关系，根据两个物理量的历史数据，计算出符合的模型，并以图形形式验证模型。

目前高崖水库大坝安全监测系统稳定运行，对大坝安全进行实时监测，确保了水库的运行安全和周边居民的生命财产安全，取得了显著的经济和社会效益。