中小型水库大坝安全监测设施更新改造初探

中小型水库大坝安全监测设施更新改造初探

陈福杰

恒晟水环境治理股份有限公司    广西桂林     541199

【摘要】随着经济社会的不断发展以及可持续发展战略的推进，我国对于各类自然资源的高质量高效率利用需求不断增大。我国作为水资源丰富的大国，在过去几十年间为加强对水资源的利用程度，已修建了数十万座水利工程，水库大坝是其中最为重要的一部分，其效能的发挥在很大程度上依赖于安全监测设施的高质量运转，但现阶段我国部分中小型水库大坝的安全监测设施使用年限较长，难以满足新阶段的需求，亟需更新改造。本文将通过这些设施的现状论述其更新改造的必要性，探讨其更新改造工作的具体实施措施。

关键词：中小型水库大坝；安全监测设施；水利基础设施改造

尽管我国的水利工程建设起步较早，但修建之处引入的设计理念以及采用的技术设备都具有明显的时代局限性，经过数十年的使用之后，中小型水库的大坝安全监测设施普遍存在自动化信息化程度低、技术设备老旧缺失、数据采集能力较弱等情况，为此对相应的安全监测设施进行更新改造具有重要的现实意义，以完成库水位监测、坝体位移监测等重要安全数据采集作业，切实保障水库安全运转，发挥水资源利用效能。

一、中小型水库大坝安全监测设施运用现状分析

（一）技术设备运用现状

根据现行的行业技术规范，中小型水库安全监测工作应当含括渗流量监测、坝体形变监测、水库特征水位监测等，通常需要的技术设备有观测站、工控机、渗压计以及各类传感器等。现阶段的中小型水库的日常运转工作中，并不能有效完成上述规定监测工作，同时也普遍缺乏新型监测设施的配置与运用。以广西区为例，截至2022年初，拥有坝体形变监测设施的水库占比仅有54%[1]，中小型水库中此情况尤其突出。此外，大部分水库在安全监测工作中仍在使用传统的人工监测，仍在使用经纬仪等低精度测量设备，缺乏自动化高精度采集设备，并且相当数量的水库存在数据真实性有效性过低的状况，技术力量薄弱。

（二）技术作业实施现状

由于安全监测设施的老旧或缺失，一部分中小型水库在大坝安全监测作业中难以按照技术规范完成相应监测作业。例如某些水库在坝体形变监测系统中没有在观测基点设置相应的对照设施，导致日常测出的观测值只是相对值，有效性偏低，当坝体存在沉降时，数据失真的情况就更为严重。此外，有些水库缺乏在下游的水位观测设施，工作人员难以对扬压力分布图进行精确绘制，在分析大坝安全现状时只能借用气象部门的相关资料，工作的有效性与时效性均难以得到保证。

二、中小型水库大坝安全监测设施进行更新改造的必要性探究

（一）相关法规要求

我国法治体系的逐渐完善，部分曾经的空白区域也有了相应大法律条理，水库大坝安全管理工作也不例外。为保障水库的安全运转，我国相继出台了《土石坝安全监测技术规范》以及《混凝土大坝安全监测技术规范》等行业规范[2]，为水库大坝安全监测工作的正常开展提供了技术依据的同时，也对水库的安全监测设施建设、更新改造提出了要求，不能满足新时代安全监测需求的设施，应当根据实际情况进行配置、更新或改造。

（二）水库及周边产业安全运转需求

企业现代化管理理念的推行，部分水库也对人员进行了精简，但精简过程存在盲目性，在不具备高度自动化运转能力的情况下进行人员精简，导致部分水库依照现有的安全监测设备难以完成日常安全监测工作，人员的疲劳程度较高，出现数据采集错误，设备维护不到位等情况。此外，还有部分水库的相关工作人员配置完善，但缺乏完整可靠的安全监测工具体系，难以完成日常安全数据采集需求。上述情况均会导致水库的安全受到威胁，并且影响到水域周边的工业农业等产业的安全运转。

（三）防汛工作需求

近年来全球气候变换幅度增大，异常天气与极端天气的出现概率大大增加，我国的部分地区会不定期出现较为严峻的汛情，给人民群众的生命财产安全造成严重损失。在降水量过高的情况下，部分水库需要超高水位运行，这就给水库大坝的日常安全监测数据的准确性提出了极高的要求，若数据失真，相关部门在进行统筹规划时将无法给相应水库下达精确指令，导致水库在完成指令过程中出现水位过高或未满足防汛需求的情况，给地区防汛工作带来更大的困难。为此，水库大坝安全监测设施必须具备能够高精度采集数据的能力。

三、中小型水库大坝安全监测设施更新改造措施

（一）土石坝渗流监测设施更新改造措施

数十年间的水库运营实践中，土石坝出现事故往往是由于对于渗流监测不力，未能采取相应措施而发生的。土石坝的坝体形变也基本是由孔隙水压变化而发生的，本质上也是渗流问题[3]。我国在上世纪的土石坝建设过程中，一般采用测压管进行渗流监测，现阶段也会通过埋设渗压计进行相应监测。渗压计能够灵敏反映坝体内部渗流变化状况，且其所占空间较小，不会对埋设点的渗漏造成影响。但其缺点相对较为明显：埋设渗压计发生损坏后无法进行更换，因此仪器的质量要就较高。而传统测压管尽管存在测量滞后的情况，但其数据有规律可循，同样能够满足监测需求，且其损坏后可以及时进行更换，此外也能具备自动化监测的能力。因此在对既有土石坝的渗流监测设施进行更新改造时，需要考虑坝体的实际情况来做出合理选择，出于成本以及冗余设计考虑，宜采用测压管进行更新改造，但对于斜墙坝而言，埋设渗压计则更加合理。

（二）混凝土大坝坝体形变监测设施更新改造措施

土石坝的水平位移以及沉降一般采用几何水准方式进行监测，难以实现自动化作业，更新改造空间较小。因此下文将针对混凝土大坝坝体形变监测设施的更新改造措施进行论述。坝体形变往往代表着大坝出现了局部裂缝，坝体的稳定性急剧下降，为此需要对其进行实时监测。传统的视准线测量法以及几何水准测量法都是依靠人工定期进行监测，因此不能满足实时监测需求，视准线法对于坝体较长的大坝的适用性也较差。因此在对中小型水库的混凝土大坝形变监测设施进行更新改造时，一般引入垂线与引张线系统。其通过在两端倒锤线各安装一台坐标仪、在坝体引张线每隔20m左右安装一台引张线仪来完成对于整体坝体的形变监测，其能够实现自动化作业，且维护工作量较小，因此应当优先考虑。

（三）周边环境监测设施更新改造措施

无论对于何种坝体，其周围的环境参数例如气温、水温、上下游水位以及酸碱度等都会在一定程度上对大坝的性能造成影响，大部分中小型水库缺乏完备环境监测设备，难以针对全部环境因素采取措施，其大坝的侵蚀程度将会增加，对坝体的使用寿命以及安全效能均会造成一定影响。在对此类水库的环境监测设施进行更新改造时，首先应当优先考虑自动化设施，以便能够实时采集相应信息。通过在坝区增设雨量计、在溢洪闸处选用GPS水位计、在放水洞处选用超声波水位计等，并将其与自动化终端连接，保障采集数据的实时传输，完成自动化改造。

总结

    通过分析广西区中小型水库的大坝安全监测设施的技术设备现状及其运用现状、结合行业规范要求，以及社会面实际需求对其更新改造的必要性进行了详细论述，并提出了具体更新改造措施。此外，水利相关从业人员应当加强对于自动化技术的重视与实际运用，将其与大坝安全监测设施的更新改造工作有机融合，为中小型水库的安全运转提供有力保障。

参考文献

[1]张宇驰, 周志维. 中小型水库大坝安全监测设施更新改造初探[J]. 水利建设与管理, 2021.

[2]李麒, 钮新强, 谭界雄,等. 基于边缘计算的中小型水库大坝智能监测预警方法: CN112187932A[P]. 2021.

[3]区文柱. 某中型水库水情测报及大坝安全监测建设改造方案研究[J]. 水利科技与经济, 2020, 26(10):5.