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黄龙带水库大坝安全监测系统更新改造设计概述

文档作者：刘敏，袁明道，张旭辉，刘洪，宋鹏文档来源：广东省水利水电科学研究院广东省水利重点科研基地		点击数：	更新时间： 2021年12月16日
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第10期
2013年l0月
广东水利水电
GUANGD0NG W ATER RES0URCES AND HYDROPOW ER
No．10
0et．2013
黄龙带水库大坝安全监测系统更新改造设计概述
刘 敏，袁明道，张旭辉，刘 洪，宋 鹏
(广东省水利水电科学研究院，广东省水利重点科研基地，广东广州 510635)
摘要：为贯彻落实水利部印发《关于加强水库大坝安全监测工作的通知》(水建管[2013]250号)精神，确保水库安全运
行，针对黄龙带水库大坝安全监测系统存在的问题及工程实际情况，提出了完善和改造方案，现归纳几个要点，以供大
坝安全监测系统的建设或技术改造工作参考。
关键词：水库； 大坝安全监测：技术改造
中图分类号：TV698．1 文献标志码：B 文章编号：1008—0112(2013)10—0054—04
2013年1月以来，我国发生了多起水库垮坝事
故，造成了巨大损失。为提高管理水平，保障水库大
坝安全运行，水利部印发《关于加强水库大坝安全监
测工作的通知》(水建管[2013]250号)，就加强水库
大坝安全监测工作提出具体要求：
要充分认识加强水库大坝安全监测工作的重要性
和必要性。安全监测是水库管理的重要组成部分，是
掌握水库大坝安全性态的重要手段，是科学调度、安
全运行的前提。通过安全监测和资料整编分析，掌握
施工期工程建设质量、运行期大坝安全程度，及时发
现存在的问题和安全隐患，从而有效监控大坝工作状
态，保证大坝安全运行。
要根据工程特点，按现行技术规范要求，建立监
测资料数据库或信息管理系统，及时整理各监测项目
的原始数据，认真做好大坝安全监测资料整编，确保
数据准确、完整。
近年来，我省也发生了数起水利工程(水库、水
闸、堤围等)重大事故，给我省人民的生命和财产造
成了重大损失。
为贯彻落实《通知》精神，确保水库安全运行，黄
龙带水库管理处委托我院：在查清水库大坝安全监测
存在问题的基础上，针对工程实际情况提出完善和改
造黄龙带水库大坝安全监测系统方案，使监测项目的
设置和系统软、硬件的功能能够满足现行规范要求。
1 现状及存在的问题
1．1 大坝安全监测系统现状
黄龙带水库于1972年12月兴建，1975年11月竣
工，是1座灌溉、防洪、发电综合型水库，最大库容
为9 003万m ，集雨面积为92．3 km 。主要建筑物：
浆砌石重力坝1座(长181．9 m、高61．3 m)；溢洪道
1处(2扇8 m×7 m弧形钢闸门)；电站2座(总装机
为8 800 kW)；输水隧洞2条(大坝至一级电站194 m
为有压隧洞，引水明渠冲沙闸至二级电站前池566 in
为无压隧洞)；引水明渠1条(长803 m)。正常水位为
175．01 rn， 相应库容为8 289万m ； 死水位为
139．91 rn，相应库容240万IIl ；设计洪水位(100a一
遇)为175．85 II1，相应库容为8 698万m ；校核洪水
位(1 000a一遇)为176．44111，相应库容为9 003万m 。
多年平均降雨量为1 977 mm、入库水量约为1亿m 、
出库水量为9 595万ITI 。
2013年5月，现场调查、核查大坝安全监测项
目有：
1)变形监测包括：①坝顶(左半坝段)引张线1
条，5个测点；② 坝顶(左半坝段)静力水准1条，4
个测点；③廊道静力水准1条，5个测点；④ 监测结
构缝开合度的测缝计，5个测点；⑤用于廊道绕度监
测的1个倒垂线测点和2个静力水准测点。
2)渗流监测包括：①扬压力，15个测点；②渗
流量，4个测点。
3)应力应变及温度监测包括：①坝体温度，3个
测点；② 基岩温度，3个测点。
4)环境量监测包括：①库水位，1个测点；② 降
收稿Et期：2013—08—23；修回日期：2013—09—20
作者简介：刘敏(1958)，男，工学博士，教授级高工，武汉大学硕士研究生导师，主要从事水利量测、仪器仪表、自
动控制及安全监测的技术设计、咨询、检测、施工及研发工作。
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2013年10月 第10期 刘 敏，等：黄龙带水库大坝安全监测系统更新改造设计概述 No．10 Oct．2013
水量，3个测点；③大气温度，1个测点。
1．2 监测系统存在的问题
参照规范及相关技术标准的要求，黄龙带水库大
坝安全监测系统，在系统的完整性、有效性和实用性
方面，存在如下问题：
1)系统完整性问题：① 缺漏关键项目，例如，两
坝肩漏设绕坝渗流监测项目；坝顶水平位移缺基准，
得不到水平位移的绝对变化量；坝顶垂直位移缺基准，
得不到坝顶沉降的绝对变化量。②主要项目残缺、漏
测点，例如，坝顶引张线，5个测点仅布置在左半坝
段，右半坝段未设测点。坝顶静力水准，5个测点也
仅布置在左半坝段，右半坝段未设测点。
2)系统有效性问题：①仪器设备老化、精度差，
要求；部分扬压力传感器严重老化。② 设备选型不当，
例如，PLC主要用于工业的过程控制，在本工程中用
于闸门的控制比较合适，但不适于大坝安全监测的数
据采集。目前，大坝安全监测行业已有成熟的MCU或
DAU产品供用户选择。③ 坝顶水平、垂直位移监测项
目缺少基准。由于这些原因，现有的安全监测系统的
观测方法及数据，其有效性及系统性存在问题。
3)系统实用性问题：①数据不完整，因监测系统
存在漏项、监测项目残缺与漏测点、缺少基准、仪器
设备选型不当等问题，使得观测数据不完整、不系统，
不利于大坝的安全评价；② 应用软件功能不能够满足
要求，未配置和开发相关的数据库、信息处理与分析
软件、安全预警软件等。因此，现有的大坝安全监测
例如，结构缝5支测缝计，精度和稳定性不符合规范 系统实用性较差，软件的功能不能够满足要求。
＼ _l0-l郴⋯ oHl58结构缝 1。 舛／结／构／缝 ／
＼ _ ／ 0+022结构缝 且 山，／二Ⅱ] ／／
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二一 1
水平位移测点
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垂直位移测点
口 ／ =：
图1 黄龙带水库大坝安全监测系统测点布置示意
2 更新改造目标和内容
2．1 建设目标
总体目标：达到安全监测系统的完整性、有效性
和实用性，使系统具有预警功能。
1)完整性：结合工程实际情况，补充和完善必要
的监测项目——建成一个完整的安全监测系统。①不
缺漏关键的项目；② 不残缺、不漏测点。
2)有效性：对现有安全监测系统的基准、监测项
目、监测设施及仪器设备，进行补设和改造，使各监
测项目及测点的设置方式、观测方法及数据采集等有
效。①监测项目及测点的设置必须符合规范要求，能
够真实地反映大坝对应于该监测项目及测点的状况；
② 观测方法直观、便捷，同时，必须设有人工比测装
置，以便进行测量精度的校核，或自动监测设备发生
故障时，进行人工补测数据；③各监测项目的观测数
据，必须具有：a基准值和初始值、b有互为对应的相
关参数。
3)实用性：在完整性和有效性基础上，配置和开
发相关数据库、信息处理与分析软件、安全预警软件
等。使安全监测系统能够全面、准确地反映大坝工作
性态，及时发现异常迹象，有效地监视大坝安全，为
运行管理提供可靠的依据。① 系统能够实时、可靠地
采集到真实的数据；②应用软件能够将采集的数据有
效地应用于工程的安全管理。
2．2 建设内容
原则：技术先进、科学合理、安全可靠、经济实
用；总体规划，分步实施。
1)补充和完善水平变形监测系统。①增设坝顶水
平位移基准，即两岸坝肩各设置1个倒垂孔，并装倒
垂线。根据黄龙带水库地质情况，主坝左右岸倒垂孑L
深为30 m，开孔6171 mm，有效孔径6100 mm。倒垂
线采用CW—CGⅡ型CCD遥测垂线坐标仪，并用CG
一2A型精密光学垂线坐标仪进行人工比测和校正。②
完善坝顶引张线系统，在右半坝段增设5个测点，使
其与左半坝段的5个测点连成一个整体，建成一个完
整坝顶水平位移监测项目。
2)补充和完善垂直变形监测系统。①补设坝顶垂
直位移监测基准，按照规范要求，在坝顶设置1个双
金属孔，并在孑L内分别安装钢管标和铝管标；② 完善
坝顶静力水准系统，在右半坝段增设5个测点，使其
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与左半坝段的5个测点连成一个整体，建成一个完整
坝顶垂直位移监测项目。
3)更新改造用于结构缝开合度监测的5支测缝
计，使测量精度和稳定性符合规范要求；补设两坝肩的
绕坝渗流监测项目，并更换部分扬压力传感器；MCU
或DAU取代PLC，以适合大坝安全监测的数据采集。
4)对大坝安全监测系统的软件进行升级改造，使
功能能够满足要求。实现在线监测及数据初步管理，
具有用户管理、单元配置、采集设定、数据采集、数
据浏览、动态报警、数据录入、图形曲线、报表打印、
数据输出等功能。根据原形观测资料，在定性分析的
基础上建立各种数学模型，用以预测、评判建筑物的
工作性态。
3 技术改造的几个要点
3．1 基准点的改造
大坝安全监测系统中，普遍存在变形监测基点设
置的不完整和不科学问题，起不到基准点的作用，使
资料分析及安全评估工作缺少重要的基准值。因此，
应重视大坝安全监测基点的建设或完善工作。
1)水平变形监测基点。准直线的两端和交会法的
工作基点，应设置倒垂线作为校核基准点 ；当受
地形条件制约，视准线校核基准点无法设置时，可采
用倒垂线作为校核基准点[31。我省的水库大坝，尤其
是中小型水库大坝监测未设置水平位移基点，或把测
点作为基准点，而测点本身是大坝的一部分，受大坝
变形而变化，其客观的条件决定了测点是不能够作为
基准的。倒垂线由于其结构及其工作原理，决定其作
为水平变形基准的合理性和可靠性，而且测量方便，
测值直观、可靠，既可人工测度，也可遥测，便于实
现自动化。
2)垂直变形监测基点。水准基准点可设在坝下游
1～5 km处，基准点宜用双金属标，若用基岩标应成
组设置，每组不得少于3个水准标石，并采用深埋标
志¨ ；水准基点应选择在土石坝下游不受工程变形影
响的稳定区域，设置数量要求不少于3座 。尽管一
些水库在坝下游1～5 km处设置了水准标石，但未成
组设置，也没有保护设施，故是不完整的。另外， 由
于设置在1 km外，引测极为不方便，且误差大。在实
际的工作中，要么未进行引测，要么未按要求进行成
组校核(专业性很强，且复杂)。因此，为了解决垂直
变形监测基点无效性和不实用性，可选择一个倒垂孑L，
在孔内分别安装钢管标和铝管标，做成倒垂线+双金
属。江门市锦江水库大坝安全监测系统就采用这种方
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式，一个孑L同时解决了水平位移和垂直位移基准问题，
不但测量方便、可靠，而且降低了工程造价。
3．2 渗流监测的改造
1)人工比测。渗流，即水库建成后，在上下游水
位差的作用下，水不断通过坝身、坝基、坝肩等向下
游渗透。如果大坝渗流出现异常(变大)情况，应引起
高度重视。土石坝渗流大渗径就会扩大，这将会加大
坝体的淘刷，并引起坝体的沉陷、倾斜与坍塌，最后
导致管涌和垮坝；混凝土坝渗流大，即渗漏大或扬压
力大，可能产生结构破坏或抗滑稳定性变差。因此，
渗流是安全监测最重要的参数之一，按照规范要求，
必须设置人工比测装置。一方面校核和检验自动化测
量设备的测量精度与可靠性；另一方面，当自动化设
备出故障时，可进行人工补测，保证监测数据的连续
性和完整性 。
2)绕坝渗流。在大坝的渗流监测项目中，普遍未
设置坝肩、坝基绕坝渗流监测测点，使得监测项目残
缺或不完整。绕坝渗流对大坝的安全威胁很大，因此，
渗流监测项目必须完整和有效。
3．3 系统可靠性改造
1)传感器的可靠性。一些水库大坝安全监测系统
选用的传感器不是大坝监测专用或岩土工程专用仪器，
尽管价格低廉，但不适应于水利工程的恶劣环境，常
常失效，可靠性极低。
2)数据采集装置的可靠性。有不少的水库大坝安
全监测系统采用PLC或工业RTU进行数据采集，同样
不适应于水利工程的恶劣环境，关键时刻采集不到数
据，监测不到工程的安全状况。例如，东山水利枢纽
就属于这种情况。
3)防雷的可靠性。为了省钱，大多数大坝安全监
测系统的通信和电源电缆铺设不符合要求，未有保护
措施，或使用PVC管作保护，且未埋深，使系统常常
遭雷击而瘫痪。按照规范要求，电缆应采用国标热镀
锌钢管保护，并埋深70 cm；或采用光缆通信。
4 结语
大坝安全监测系统是保障大坝安全运行的一种重
要手段。国内外数十年大坝安全监测实践表明：只要
通过周密、有效的监测、分析、判断，有可能及时了
解大坝工作状态，发现隐患，及时采取补强措施，避
免事故的发生或扩大。
我国对大坝安全监测工作非常重视，颁布了相关
的法律法规及技术标准，对水利水电工程的安全运行
起到了很好的指导作用。但是，在新建工程，或除险
2013年1O月 第10期 广东水利水电 No．10 Oct．2013
加固工程，或技术改造工程中，大坝安全监测系统普
遍存在：系统的完整性不够、有效性低和实用性差。
例如，今年“4．28”韩江东山水利枢纽险情，充分说明
了这一问题：①用于监测枢纽水平位移的视准线，一
是无基准，二是测点低于地面(规范要求高于地面
1．2 m)，无法安设站标进行测量，因此，水平位移监
测项目是不完整的和无效的；② 用于监测枢纽沉降的
水准网，一是无基准，二是测点未与水平位移的测点
同墩，因此，沉降监测项目是不完整的；③枢纽渗流
监测系统未设置人工比测设施，且测点多数稳定性差、
数据不准确或失效；④系统的实用性差，关键时刻测
不到数据，无法进行安全评估。
通过对黄龙带水库大坝安全监测系统更新改造技
术方案的总结和梳理，结合参加水利部水库运行督察
和典型溃坝案例现场调查及广东省水利厅水库蓄水安
全专项检查等工作中发现的问题，指出我省的大坝安
全监测系统在“完整性、有效性和实用性”方面普遍存
在问题，应引起设计和技术审查部门的高度重视，按
照《通知》精神要求，把大坝安全监测工作做好、做扎
实，为保证工程的安全运行起到真正的作用。
参考文献：
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[2] DL／T 5209—2005混凝土坝安全监测资料整编规程[S]．
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[4] SL 169—96土石坝安全监测资料整编规程[S]．
[5] DL／T 5211—2005大坝安全监测自动化技术规范[S]．
[6] SL／531—2012大坝安全监测仪器安装标准[S]．
(本文责任编辑马克俊)
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图7 闸坝测压管(2 ～3 泄洪洞)成果过程线
4 结论
1)耿达水电站由于工程地质条件复杂，设计根据
不同的地层所采取的各种处理措施及对部分缺陷所采
取的处理措施是可行的。
2)结合计算分析成果和现场试验报告结果，201 1
年11月开始蓄水试验，并于l1月28日蓄至正常蓄水
位1 501．00 m，闸坝水平位移变形量及垂直沉降量均
在规范允许值内；从近期闸坝左右岸绕渗成果过程线
及测压管成果过程线分析，耿达闸坝左右岸绕渗及闸
坝扬压力未发现异常情况，扬压力值也在合理范围内。
因此水库蓄水至正常蓄水位1 501．00 ITI是可行的。
参考文献：
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(本文责任编辑马克俊)
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