第四篇 水庫工程運行與調(diào)度管理

第一章 樞紐工程管理

興建水庫的目的就是為了發(fā)揮防洪、灌溉、供水、發(fā)電等工程效益，建是基礎(chǔ)，管是關(guān)鍵，發(fā)揮效益才是目的。水庫管理好，就能維護(hù)工程的正常功能，保證工程安全，延長工程壽命，充分發(fā)揮水庫的綜合效益。幾十年來，水庫管理局以安全為前提，積極做好組織、運行、安全、庫區(qū)管理等工作，加強(qiáng)防洪與興利調(diào)度、工程檢查監(jiān)測、維修養(yǎng)護(hù)、防汛搶險、信息管理等；實施水資源保護(hù)及開發(fā)利用、水質(zhì)管理，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，保障水資源的可持續(xù)利用；同時兼顧水庫的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益，管理水平不斷提高。

第一節(jié) 工程安全監(jiān)測

為保障水庫工程的安全運行，自水庫建設(shè)伊始，水庫建設(shè)與管理人員即開展了工程安全監(jiān)測工作，通過定期或不定期的巡視檢查和儀器監(jiān)測，對大壩安全監(jiān)測，監(jiān)視工程的狀態(tài)變化和工作情況，掌握工程變化的規(guī)律，為管理運用提供科學(xué)依據(jù)。同時，及時發(fā)現(xiàn)工程異常跡象，分析原因，及時爭取相關(guān)措施。

一、1998年除險加固前的觀測

黃壁莊水庫在1998年除險加固前開展的主要觀測項目，土壩有壩基滲壓、浸潤線、滲流量、減壓井水位、出閉水、淤積及出水量、垂直位移等；混凝土建筑物有基礎(chǔ)滲壓、繞滲及垂直位移、庫區(qū)淤積測量等。

觀測設(shè)備的安裝情況分別為：

（1）測壓管。土壩于1959年開始，結(jié)合地質(zhì)勘探安裝測壓管，1962年設(shè)置永久性觀測斷面，主壩一般每隔50～250米設(shè)一斷面，共布設(shè)28個測壓管。副壩一般600米左右設(shè)一斷面，共布設(shè)265個測壓管。正常溢洪道設(shè)有8行5排測壓管，另在左右邊墻、進(jìn)口，一級、二級消力池亦設(shè)有測壓管，共布設(shè)57個測壓管。非常溢洪道設(shè)有4行6排測壓管，左右端及上游邊墻各設(shè)有測壓管，共布設(shè)40個測壓管。重力壩設(shè)有30個測壓管。馬鞍山共布設(shè)3個測壓管。水庫各建筑物共布設(shè)433個測壓管。

（2）滲流測站。壩基滲流量主要是測主、副壩基礎(chǔ)滲流量。測站均設(shè)在壩下游排水溝內(nèi)。主壩1處，副壩6處。

（3）減壓井。水庫副壩減壓井均設(shè)在排水溝沿線，是保證壩基滲透穩(wěn)定的重要措施之一。1962年以前，由人工打設(shè)263眼，但由于結(jié)構(gòu)不合理不耐用，深度不夠，大部分淤堵報廢。在1962年以后，由機(jī)械打設(shè)了262眼。運行至1990年，損壞率達(dá)46%，1990年對副壩減壓井排水溝進(jìn)行了更新改造，共恢復(fù)和新打274眼減壓井。

（4）垂直位移。由于水庫幾經(jīng)續(xù)建擴(kuò)建，垂直位移直至1974年、1975年才開始安設(shè)觀測標(biāo)點進(jìn)行觀測，觀測斷面一般與測壓管斷面一致。主壩設(shè)7個斷面，31個測點。副壩設(shè)12個斷面，43個測點。正常溢洪道、非常溢洪道、重力壩分別設(shè)有8個、22個、10個測點。

測壓管、浸潤線管、減壓井等水位觀測，采用電測水位器人工施測。滲流量觀測，采用固定斷面，用流速儀測流。減壓井單井出水量觀測采用容積法。以上觀測一般每5天一次。垂直位移觀測采用一般水準(zhǔn)線法。

黃壁莊水庫工程竣工后，在運行過程中屢屢發(fā)生問題，鋪蓋和壩頂裂縫，壩后滲水破壞和沼澤化等等，特別是經(jīng)歷了 “63·8”和 “96·8”兩次大洪水，問題更為突出。工程監(jiān)測為水庫安全運行及水庫除險加固設(shè)計、施工提供了第一手可靠的資料依據(jù)。

二、1998年除險加固后的觀測

1999年3月，黃壁莊水庫除險加固工程全面開工，為了解水庫樞紐建筑物除險加固施工過程及加固完成后的運行情況和處理效果，在各建筑物上設(shè)置了安全監(jiān)測設(shè)施。觀測設(shè)施及其分布統(tǒng)計表見表4 1。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范并結(jié)合各建筑物的實際情況，大壩安全監(jiān)測項目以滲流觀測和外部變形觀測為主，土壩設(shè)置的觀測項目包括壩基滲流觀測、壩體滲流觀測、滲流量觀測、外部水平位移觀測及垂直位移觀測；混凝土建筑物設(shè)置的觀測項目包括揚壓力觀測、繞滲觀測、垂直位移觀測和水平位移觀測；設(shè)置了混凝土防滲墻應(yīng)力狀態(tài)和防滲效果觀測。隨著工程施工的進(jìn)行，出現(xiàn)了一些新的問題，尤其是副壩防滲墻施工時因壩基多次嚴(yán)重漏漿，先后出現(xiàn)了7次塌坑。為了滿足度汛要求、檢驗塌坑處理的效果，并結(jié)合永久觀測的需要，觀測項目隨之進(jìn)行了增補(bǔ)。

一是結(jié)合副壩嚴(yán)重漏漿段和基巖破碎段的灌漿處理，增設(shè)了基巖滲流壓力觀測點，用于觀測防滲墻底的滲流情況及帷幕的防滲效果。二是在副壩塌坑中心附近增設(shè)壩基滲流壓力觀測斷面和壩體表面變形觀測斷面。三是在副壩6號塌坑中心附近增設(shè)1個防滲墻應(yīng)力觀測斷面。四是在副壩塌坑和嚴(yán)重漏漿段增設(shè)內(nèi)部變形設(shè)施，包括沉降管和測斜管，用于觀測防滲墻、壩體及壩基內(nèi)部變形情況。五是新增非常溢洪道設(shè)置2個寬縫監(jiān)測斷面為施工服務(wù)。另外在副壩塌坑段內(nèi)增設(shè)了臨時沉降點，用于觀測塌坑處理后及防滲墻施工過程的沉降情況，之后此臨時沉降點作為永久垂直位移觀測測點進(jìn)行觀測。

到2012年，黃壁莊水庫觀測項目有滲流觀測、變形觀測、壓力 （應(yīng)力）觀測、環(huán)境量觀測四部分。滲流觀測包括壩基滲流壓力、壩體滲流壓力、繞壩滲流、滲流量、減壓井水位觀測等。變形觀測包括壩體表面變形及內(nèi)部變形觀測。壓力 （應(yīng)力）觀測包括防滲墻應(yīng)力應(yīng)變觀測和土壓力觀測。環(huán)境量觀測包括溫度及降雨量觀測。

各建筑物共埋設(shè)滲壓計195支。副壩在13個斷面共埋設(shè)滲壓計85支，其中壩基滲壓計71支、基巖滲壓計14支；主壩共埋設(shè)滲壓計41支，其中壩基滲壓計17支，壩體滲壓計24支；正常溢洪道埋設(shè)滲壓計19支，其中揚壓力計12支，繞滲計7支，用于監(jiān)測閘室揚壓力和兩岸繞滲情況；非常溢洪道埋設(shè)滲壓計15支，其中揚壓力計6支，繞滲計9支，用于監(jiān)測閘室揚壓力和左岸繞滲情況；新增非常溢洪道埋設(shè)滲壓計19支，其中揚壓力計12支，繞滲計7支，用于監(jiān)測閘室揚壓力和右岸繞滲情況；電站重力壩埋設(shè)滲壓計16支，其中揚壓力計10支，繞滲計6支，用于監(jiān)測閘室揚壓力和兩岸繞滲情況。

主壩壩后設(shè)置量水堰1個，用于監(jiān)測壩基滲流量，還保留11個測壓管。副壩在6個觀測斷面上分別埋設(shè)土壓力計38支、應(yīng)變計64支和無應(yīng)力計18支，共計120支，以監(jiān)測防滲墻的受力情況。副壩埋設(shè)測壓管57個，其中8個為加固前舊測壓管，49個為新布設(shè)測壓管。副壩壩后共有274眼減壓井，目前正常觀測的有28眼。壩前鋪蓋設(shè)置有8支滲壓計，7支裂縫計。

新增非常溢洪道埋設(shè)溫度計10支，裂縫計8支。電站重力壩保留原有測壓管7個。另外，壩體表面變形位移點共192個，包括水平位移標(biāo)點81個，垂直位移標(biāo)點111個 （水平和豎向標(biāo)點共用一點的有60個標(biāo)點）。內(nèi)部變形測斜孔7個，沉降孔11個。環(huán)境量包括1個氣溫計，1個雨量計。

（一） 觀測方法和測次

滲流壓力觀測采用振弦式滲壓計，用基康讀數(shù)儀五天觀測1次；防滲墻受力狀態(tài)觀測儀器均采用差動電阻式，SQ系列數(shù)字式電橋五天觀測1次；滲流壓力觀測、防滲墻受力狀態(tài)觀測及環(huán)境量觀測采用自動化觀測，觀測儀器的數(shù)據(jù)采集及傳輸納入黃壁莊水庫自動化系統(tǒng)中。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)平時采用自報方式運行，即由MCU（現(xiàn)地監(jiān)測單元）每天定時測量，定時采集，儲存數(shù)據(jù)。CCU （采集軟件）自動讀取各MCU的自報數(shù)據(jù)。每周保證一次系統(tǒng)巡回測量，并記錄系統(tǒng)運行情況。對有問題的測點，采用選點測量的方式測量該點。如果仍有問題，及時派出人員到現(xiàn)場進(jìn)行檢查，排除故障。

土石壩表面水平位移采用GPS全球定位系統(tǒng)觀測，混凝土建筑物表面水平位移采用視準(zhǔn)線法與GPS全球定位系統(tǒng)同時觀測的方法，即工作基點用GPS觀測，同時，用視準(zhǔn)線進(jìn)行測點的觀測。表面垂直位移采用精密電子水準(zhǔn)儀，混凝土建筑物按一等水準(zhǔn)測量精度觀測，土壩按二等水準(zhǔn)測量精度觀測。外部變形每年觀測1次；內(nèi)部分層沉降采用沉降管，用沉降儀觀測，內(nèi)部分層水平位移采用測斜管，用測斜儀觀測。內(nèi)部變形每月觀測1次；滲流量觀測采用固定斷面，用量水堰觀測，每10天1次；測壓管水位采用電測水位器人工觀測，10天觀測1次；減壓井水位采用電測水位器人工觀測，每月觀測2次。當(dāng)庫水位較高時，所有觀測項目加密測次。

（二） 各建筑物觀測項目情況

（1）主壩。主壩觀測項目有壩體滲流壓力觀測、壩基滲流壓力觀測、滲流量觀測、表面水平位移觀測和表面垂直位移觀測。

工程觀測

1）滲流壓力觀測。加固工程在主壩壩體基本沿3個斷面共埋設(shè)24支滲壓計，其中樁號0+450、0+700兩個斷面各有7支滲壓計沿垂直壩軸線方向布設(shè)，樁號1+000附近布置10支滲壓計與壩軸線斜交。滲壓計安設(shè)在98.5～112米高程，其中多數(shù)在100～105米高程。主壩壩基5個斷面共埋設(shè)17支滲壓計，右壩頭觀測斷面與壩軸線斜交，其余斷面滲壓計垂直壩軸線方向布設(shè)，其中斜交斷面（0+258、0+280、0+300）布設(shè)3支，0+450、0+705、0+850斷面各布設(shè)4支，1+050斷面布設(shè)2支。壩基滲壓計埋設(shè)斷面基本與壩體滲壓計相對應(yīng)，布設(shè)在89.7～105米高程，較壩體滲壓計低10米左右。在壩后排水溝設(shè)有1個滲流量觀測點，為梯形量水堰。

主壩滲壓計于2002年5—9月埋設(shè)，截至2013年，大多數(shù)滲壓計工作正常。除了加固工程布設(shè)的滲流觀測點外，主壩原有測壓管還保留11個，其中壩基管10個，壩體管1個。

2）表面變形觀測。在主壩樁號0+300、0+455、0+710、0+855、1+000、1+055、1+200處，布設(shè)7個表面變形觀測斷面，1+200斷面設(shè)有3個觀測測點，其余6個斷面均設(shè)4個觀測點，分別在上游距壩軸線15米的部位設(shè)1個測點，在下游距壩軸線3.8米、下游馬道各設(shè)1個測點，下游距壩軸線50.5～69米范圍內(nèi)設(shè)1個測點，共計27個測點。測點采用綜合標(biāo)點，同時觀測水平位移和垂直位移。

（2）副壩。副壩觀測項目有壩體滲流壓力觀測、壩基滲流壓力觀測、防滲墻應(yīng)力觀測、表面水平位移觀測和表面垂直位移觀測、內(nèi)部水平位移觀測和內(nèi)部垂直位移觀測。

1）副壩滲流壓力觀測。除險加固工程中在副壩樁號A0+526.8、1+765.6、2+367、2+824、3+118、3+870、4+064、4+088.7、4+127、4+316、4+498.5、5+200和5+364.8布置13個壩基滲流壓力觀測斷面，共85支滲壓計；在0+425、0+531、0+726、1+126.8、2+360、3+886.5、4+129、4+469、5+362.1和6+039布置10個壩基滲流壓力觀測斷面，共39個測壓管；在樁號0+256、0+465和0+760布置3個壩體浸潤線觀測斷面，共10個測壓管。此外，還有一部分原有完好的測壓管和減壓井，零星分布在壩后。

2）防滲墻應(yīng)力觀測。為監(jiān)測混凝土防滲墻應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，沿副壩防滲墻軸線方向設(shè)有6個應(yīng)力觀測斷面，在各斷面防滲墻上下游側(cè)沿高程方向設(shè)有64支應(yīng)變計、18支無應(yīng)力計。為了解防滲墻上、下游兩側(cè)作用的土壓力，且便于與應(yīng)變計監(jiān)測成果對比分析，在與混凝土應(yīng)變監(jiān)測斷面接近的樁號布設(shè)6個土壓力監(jiān)測斷面，38支土壓力計均成對布置在防滲墻兩側(cè)不同高程。混凝土防滲墻受力狀態(tài)觀測儀器隨儀器埋設(shè)部位混凝土澆筑進(jìn)行了埋設(shè)，大部分觀測儀器于2000年4—9月埋設(shè)，目前大多數(shù)儀器工作正常。

3）表面變形觀測。在副壩樁號0+520、1+240、1+755、2+380、2+826、3+860、4+088、4+129、4+314、4+462、5+353等處布設(shè)11個表面變形監(jiān)測斷面，在每個監(jiān)測斷面的上游坡125.3米高程、壩頂下游壩肩及下游120米高程馬道上各設(shè)1個測點，共計33個測點。測點采用綜合標(biāo)點，同時觀測水平位移和垂直位移。另外，在塌坑段布設(shè)施工期臨時沉降觀測點，共布設(shè)3個監(jiān)測斷面，每個斷面3個測點，共9個測點，以觀測施工期塌坑部位的沉降變形?，F(xiàn)臨時沉降點已作為永久垂直位移觀測測點進(jìn)行觀測。

4）內(nèi)部變形觀測。為了解防滲墻和壩體、壩基的內(nèi)部變形狀態(tài)，在樁號1+245、1+770、2+848、3+130、4+312處布設(shè)5個監(jiān)測斷面，每個斷面防滲墻內(nèi)設(shè)1個測斜管，壩軸下3.25米處設(shè)1個沉降管，在樁號5+198處布設(shè)1個監(jiān)測斷面，設(shè)1個沉降管，共計5個測斜管和6個沉降管。在塌坑中心附近，樁號4+140、4+118、4+088.7、4+064.7處布設(shè)4個內(nèi)部變形監(jiān)測斷面，共設(shè)2個測斜管、5個沉降管。其中在樁號4+088.7斷面設(shè)2個測斜管和2個沉降管，沉降管均布設(shè)在防滲墻上游側(cè)，距壩軸線分別為5.4米、16.4米，測斜管1個設(shè)在防滲墻內(nèi)，1個設(shè)在上游距壩軸線16.4米的部位；在樁號4+140、4+118、4+064.7斷面上游側(cè)各布設(shè)1個沉降管，距壩軸線分別為5.4米、6.2米、5.4米。測斜管的管底高程為防滲墻的墻底高程，沉降管的管底入卵石層3米。

（3）電站重力壩。重力壩觀測項目有壩基滲流壓力觀測、繞堰滲流觀測、表面垂直位移觀測。

1）滲流壓力觀測。重力壩壩基帷幕后設(shè)1縱向揚壓力觀測斷面，沿上下游方向設(shè)2個橫向揚壓力觀測斷面，共計10支滲壓計，在重力壩左右兩端共布設(shè)6個繞堰滲流測點，共計6支滲壓計。重力壩滲壓計于2002年5—7月埋設(shè)，目前大多數(shù)滲壓計工作正常。另外，保留原有壩基測壓管7個。

2）表面變形觀測。重力壩表面變形觀測只設(shè)有垂直位移觀測。在壩頂距防浪墻下游面30厘米處，除中間2個最高壩塊外，其余每個壩塊各設(shè)1個垂直位移位移測點，共6個垂直位移位移測點。

（4）正常溢洪道。正常溢洪道觀測項目有堰基揚壓力觀測、繞滲壓力觀測、表面水平位移觀測和表面垂直位移觀測。

1）滲流壓力觀測。正常溢洪道共埋設(shè)19支滲壓計，其中在閘墩上共布設(shè)4個揚壓力觀測斷面，共計12支滲壓計，在溢洪道兩側(cè)共布設(shè)7個繞堰滲流測點，共計7支滲壓計。正常溢洪道大部分繞滲滲壓計于2002年3月埋設(shè)，堰基揚壓力觀測的滲壓計于2003年11—12月埋設(shè)，截至2012年年底大多數(shù)滲壓計工作正常。

2）表面變形觀測。正常溢洪道每個閘墩上設(shè)1個垂直位移標(biāo)點和1個水平位移測點，共計9個垂直位移位移測點，9個水平位移測點。

（5）非常溢洪道。非常溢洪道觀測項目有堰基揚壓力觀測、繞滲壓力觀測、表面水平位移觀測和表面垂直位移觀測。

1）滲流壓力觀測。非常溢洪道共埋設(shè)15支滲壓計，其中在閘墩上共布設(shè)2個揚壓力觀測斷面，共計6支滲壓計，在溢洪道左側(cè)共布設(shè)9個繞堰滲壓計。截至2012年年底，大多數(shù)滲壓計工作正常。

2）表面變形觀測。非常溢洪道上下游共計有21個垂直位移測點，此垂直位移測點均為原有測點，加固工程中在上游又布設(shè)了6個水平位移測點。

（6）新增非常溢洪道。新增非常溢洪道觀測項目有堰基揚壓力觀測、繞滲壓力觀測、表面水平位移觀測和表面垂直位移觀測、溫度觀測、裂縫觀測。

1）滲流壓力觀測。非常溢洪道共埋設(shè)19支滲壓計，其中在閘墩上共布設(shè)2個揚壓力觀測斷面，共計12支滲壓計，在溢洪道右側(cè)共布設(shè)7個繞堰滲壓計。目前大多數(shù)滲壓計工作正常。

2）表面變形觀測。新增非常溢洪道上游共計有6個垂直位移測點，下游有6個水平位移測點。

3）閘墩溫度觀測。新增非常溢洪道在2號和5號閘墩上共布設(shè)2個溫度觀測斷面，共計10支溫度計。

4）閘墩裂縫觀測。在新增非常溢洪道2號和5號閘墩上分別布設(shè)2個裂縫觀測斷面，共計8支測縫計。

三、觀測資料的分析

水庫建成以來，水庫檢查觀測人員自始至終發(fā)揚不怕苦和累的精神，精益求精，認(rèn)真細(xì)致，嚴(yán)格按規(guī)定的時間、項目、部位對工程進(jìn)行全面、系統(tǒng)和連續(xù)的檢查觀測，保證觀測資料的真實性、完整性、連續(xù)性和準(zhǔn)確性。對每次檢查與觀測的現(xiàn)場記錄、測值，都及時進(jìn)行整理分析、繪制圖表。

水庫建成伊始，現(xiàn)觀測資料主要是隨測隨記，經(jīng)計算寫到觀測統(tǒng)計上，年終進(jìn)行總結(jié)、整理，一式三份，并匯編成冊。1980年前后，由于對各水工建筑物進(jìn)行加固、歲修時，觀測資料來回交換，使用時間較長，加之技術(shù)資料檔案管理不規(guī)范，手續(xù)不健全，造成了部分觀測資料的丟失。

為此，1996年引入了水利部大壩管理中心的 “大壩觀測資料整編與分析系統(tǒng)”。此系統(tǒng)是在Windows環(huán)境下運行，對水庫和大壩觀測資料進(jìn)行整編與分析的軟件，該系統(tǒng)的使用使觀測資料的整編標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和系統(tǒng)化，觀測人員做到了隨觀測、隨校核、隨入機(jī)、隨分析。

觀測資料的分析

1998—2005年除險加固工程完工后，通過對各建筑物觀測資料統(tǒng)計分析，可以得出以下結(jié)論，一是大壩滲流監(jiān)測基本反映了壩體及壩基的滲流規(guī)律，壩基滲壓與庫水位有明顯的相關(guān)性。除險加固后，在正常蓄水位情況下，副壩壩后減壓溝無明流滲出，除旋噴段外副壩垂直防滲墻防滲效果顯著，混凝土防滲墻上、下游測點水位差比較明顯，加固前后的測壓管水位差較大，一般在12米以上，對滲流水頭的消減起到了很大作用。經(jīng)計算分析，各建筑物滲流性態(tài)安全。二是防滲墻應(yīng)力和土壓力測值大部分在允許范圍，防滲墻墻體隨時間推移，壓應(yīng)力有增大發(fā)展趨勢，但變化趨勢很緩慢，防滲墻兩側(cè)土壓力變化過程線較平穩(wěn)，總體分布遵循下大上小的規(guī)律，防滲墻墻體較安全。三是各建筑物表面位移最大在副壩塌壩段，垂直位移最大測點EM01，為45.92毫米，水平位移最大測點為S8 1，合力位移為16.41毫米，表面位移測點雖有位移，但不存在顯著性變形，大壩整體上處于穩(wěn)定狀態(tài)。四是新增非常溢洪道溫度計溫度隨氣溫進(jìn)行周期性波動變化，裂縫開合度隨溫度周期性變化，且整體向減小的方向發(fā)展。

通過觀測資料分析，目前水庫各建筑物運行正常，狀態(tài)良好。

第二節(jié) 工程檢查與維護(hù)養(yǎng)護(hù)

一、工程檢查

為排除水庫工程安全隱患，確保汛期工程各部位正常安全運行，建庫以來，工程巡查人員始終嚴(yán)格按照 《水庫工程管理通例》《水庫工程巡查細(xì)則》等有關(guān)規(guī)定，對主副壩、溢洪道、重力壩及附屬工程開展經(jīng)常性的常規(guī)檢查工作；由水庫管理處 （局）有關(guān)部門人員組成，對工程汛前、汛后運用情況開展了安全定期檢查，由水庫管理處 （局）領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)工程技術(shù)人員等，必要時邀請上級主管部門和設(shè)計施工部門人員參加，對工程非常情況或發(fā)生重大事故時，如暴風(fēng)襲擊、庫水位驟變等情況下，進(jìn)行重點巡查，及時發(fā)現(xiàn)工程存在問題，并提出意見及時匯總上報，為消除大壩安全隱患提供可靠依據(jù)和寶貴時機(jī)。

汛前檢查布置

每年進(jìn)行如下系統(tǒng)檢查：①每年汛前汛后、農(nóng)灌放水前后、冰凍期，定時對大壩工程進(jìn)行工程檢查；②當(dāng)發(fā)生特大洪水、暴雨、地震、重大事故、庫水位驟降及工程非常運行時，進(jìn)行特別檢查觀測；③對大壩背水坡、重力壩兩岸接頭和壩腳帶，觀察有無各種破壞現(xiàn)象發(fā)生；④檢查土壩表面有無滑坡、塊石隆起、松動、塌陷、塌坑和壩腳突起現(xiàn)象；⑤觀察壩頂路面及防浪墻是否完好，有無塌陷、裂縫及傾斜現(xiàn)象；⑥監(jiān)視大壩浸潤線自動化系統(tǒng)的運行狀況，掌握測壓管水位變化情況，按規(guī)范要求進(jìn)行觀測，隨時掌握壩體運行是否安全。

工程巡查

二、養(yǎng)護(hù)維修

為保證水利工程安全運行，根據(jù)工程管理規(guī)范要求，定期對工程設(shè)施進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)是工程管理工作的重要組成部分。黃壁莊水庫投入運行以來，通過對水工建筑物的檢查觀測及資料分析所把握的工程運行狀況，參照 《水庫工程管理通則》及管理單位制定的養(yǎng)護(hù)維修制度，堅持對工程進(jìn)行經(jīng)常性的維修、歲修、大修和搶修。對土、石、混凝土建筑物經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)維修、歲修，由水庫工程管理部門負(fù)責(zé)組織實施。其歲修工程是根據(jù)每年汛后所發(fā)現(xiàn)的問題，編制下年度歲修計劃，報請上級主管部門批準(zhǔn)后按質(zhì)按量完成。由于大修工程工作量大、技術(shù)性較強(qiáng)，一般由黃壁莊水庫管理處 （局）邀請設(shè)計部門等有關(guān)單位共同制定專門修復(fù)計劃，報批后進(jìn)行大修。

工程的養(yǎng)護(hù)維修處理

土壩經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)維修主要是對背坡縱橫排水溝清淤，保持暢通；壩體坡面整修整治、壩頂壩后公路維修、保護(hù)各種觀測設(shè)備的完好等。

溢洪道的維修主要是對引水渠、閘體、堰后消力池等涉及的土、石、混凝土工程的養(yǎng)護(hù)維修；閘門啟閉機(jī)、機(jī)電動力設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修、溢洪道邊墩混凝土建筑物及鋼閘門的防凍維護(hù)等。

重力壩的維修主要是對混凝土工程、岸坡護(hù)砌工程、迎水坡面修復(fù)等的養(yǎng)護(hù)維修。

三、建庫以來的主要維修情況

（一） 主副壩工程

1976年4月，鋪設(shè)副壩壩后公路柏油路路面，投資11.1萬元。

1977年11月，完成120米高程以下幾個斷面20個端點的交會測量和標(biāo)點埋設(shè)，并加固了10個尚存的標(biāo)點和兩個測量控制點。

1989年，完成副壩長5500米、路面寬5.5米、厚度0.15米壩后公路路面的維修工程，其中澆筑混凝土4540立方米，投資45.4萬元。

1991年，針對壩后排水溝多次發(fā)生塌陷、管涌、淤堵等問題，完成壩后排水溝長5400米的翻修任務(wù)，其中砂石土127100立方米，投資305.1萬元。

1991年3月，副壩壩頂公路開工，至7月完工，共鋪瀝青路面5890米。

1990年10月至1991年12月，副壩壩后公路開工并完成。

2003年，對水庫水情自動測報系統(tǒng)、洪水調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行更新、調(diào)試和完善，完成副壩432線高壓線路的改造任務(wù)，對37臺大小啟閉機(jī)實行維修保養(yǎng)分工負(fù)責(zé)制，建立運行檢修檔案；完成水庫高程120米征地線、125米遷建線共92個界樁的埋設(shè)和庫淤測量工作。

2004年，完成副壩3000多平方米防護(hù)墩刷漆、副壩0+470下游護(hù)坡滲水開挖與恢復(fù)、副壩原2號拌和站電纜鋪設(shè)和馬鞍山泵房電源線路鋪設(shè)、機(jī)電維修養(yǎng)護(hù)、等工程的維修工作。增設(shè)減壓溝上游長近6千米、高2米的漿砌石墻，使水庫工程增加了一道防護(hù)屏障。

2005年，主要對主副壩排水溝、正常溢洪道消力池右岸塌陷護(hù)坡、主壩壩頂破損路面、管理房頂翻修、主副壩部分觀測臺階等進(jìn)行了處理，保證了工程正常運行。

2006年，對主壩下壩路損壞部位及1+400下游護(hù)坡塌陷、副壩下游框格碎石護(hù)坡涌沙及碎石沉陷、副壩壩腳路路面裂縫進(jìn)行了處理。

2007年，對副壩2+100處損壞的公路橋進(jìn)行了恢復(fù)處理、新老非下游結(jié)合部位沉陷的六棱塊護(hù)坡、副壩公路裂縫進(jìn)行了封堵處理。

2008年，對各建筑物壩坡翻動的護(hù)坡、排水溝、正常溢洪道底板漏水進(jìn)行了處理。

2009年，利用55萬元歲修經(jīng)費，11月底前完成了副壩公路裂縫的封堵處理工作，共計完成裂縫封堵4萬多米；完成主副壩及各溢洪道護(hù)坡、六棱塊護(hù)坡的整修；完成排水溝的清淤工作。

2010年，利用省廳下達(dá)我局歲修經(jīng)費30萬元，由維養(yǎng)中心組織了壩坡維修施工，保證了副壩工程安全。

2011年，利用歲修經(jīng)費20萬元，對正溢廣場路面、正溢閘門管道、非溢啟閉機(jī)室屋面檐瓦等進(jìn)行了翻修、更新和改造。對副壩壩頂公路 （馬山段）進(jìn)行了翻修。

2012年，完成副壩六棱塊壩坡排水溝加固、副壩左壩端壩腳排水溝的修復(fù)。

2013年，全面完成副班上游坡砌石護(hù)坡縫的水泥灌封工作。

（二） 溢洪道工程

主要維修養(yǎng)護(hù)有以下項目，1962年，正常溢洪道消力池新建排水溝并增設(shè)錨筋樁等。完成正常溢洪道錨筋加固1823米，使水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)由100年一遇提高到300年一遇。

1969年2月，進(jìn)行水庫工程建設(shè)尾工項目，主要有重力壩及正常溢洪道帷幕灌漿，正常溢洪道錨筋樁、接縫處理、測壓管、非常溢洪道閘門主輪處理、廊道水泵安裝、小電站建設(shè)等。

副壩上游坡灌縫處理

1974年4月，非常溢洪道尾渠施工。完成副壩壩后壓坡、排水溝改建、護(hù)坡混凝土灌縫等工程。

1975年，對正常溢洪道基礎(chǔ)進(jìn)行帷幕灌漿，1976年開工，每年利用低水位時施工，至1987年竣工。1976年，完成副壩壩后公路柏油路面的鋪設(shè)工程。1977年6月，完成11扇閘門11000平方米的防銹噴漆任務(wù)及穿銷工作。并處理減壓井12個，沖洗測壓管44根。

1982年7月，非常溢洪道改建加固工程開工，主要項目：建啟閉機(jī)房700平方米，建備用電源機(jī)房及操作室100平方米，閘墩增高、建機(jī)架橋主次梁及橋面板，啟閉機(jī)改造3臺，啟閉機(jī)安裝11臺，總用工1.47萬工日，總投資254.57萬元。

1982—1983年，完成非常溢洪道1～12號橋墩加高改建工程；1982年10—12月，1～6孔新建機(jī)架橋施工完成。

1983年4—6月，完成非常溢洪道啟閉機(jī)安裝和閘門吊耳改裝工程及永久電器設(shè)備和永久避雷防護(hù)系統(tǒng)，新建非常溢洪道啟閉機(jī)房。

1984年6月，非常溢洪道啟閉機(jī)二次電氣設(shè)備安裝，采用KXQ型電線代用KVV20型線。

1987—1988年，針對正常溢洪道陡槽底板凍融剝蝕破損嚴(yán)重情況，完成清除破碎層，鑿毛5厘米，新澆30厘米鋼筋混凝土的陡槽段混凝土底板剝蝕處理工程，工程量13199立方米，總投資462萬元。

1988年正常溢洪道底板加固工程開工，投資300多萬元。1989年8月陡槽底板加固工程竣工并驗收。

1997年完成對208線路更新改造、非常溢洪道電氣閉鎖設(shè)備的更新改造。

第三節(jié) 閘門及電氣設(shè)備管理

黃壁莊水庫投入運行以來，水庫的管理人員對閘門及電氣設(shè)備等進(jìn)行了有效的管理，逐步完善了各種規(guī)章制度，充分發(fā)揮了水庫的防洪、灌溉、發(fā)電、供水效益。2005年水庫除險加固工程完工后，針對機(jī)電、閘門等變動大、管理要求高的情況，進(jìn)一步完善各項操作規(guī)程、管理制度。目前，各建筑物基本情況見表4 2。

仔細(xì)檢查閘門啟閉設(shè)施運行狀況，確保水量調(diào)整，保證水流通暢

嚴(yán)格按操作規(guī)程操作

閘門及電氣設(shè)備的管理工作包括操作、檢查、養(yǎng)護(hù)維修。設(shè)備操作包括閘門的啟閉操作、電氣設(shè)備的倒閘操作、備用電源的投入運行。設(shè)備檢查包括經(jīng)常檢查、定期檢查、特別檢查、安全鑒定。養(yǎng)護(hù)修理包括養(yǎng)護(hù)維修、歲修、搶修、大修。養(yǎng)護(hù)修理工作本著 “經(jīng)常養(yǎng)護(hù)、隨時維修、養(yǎng)重于修、修重于搶”的原則。為了規(guī)范設(shè)備管理工作，制訂了 《崗位責(zé)任制》 《安全生產(chǎn)責(zé)任制》、各種設(shè)備的《操作規(guī)程》等各種規(guī)章制度，并且每隔若干年，對規(guī)章制度進(jìn)行修訂。黃壁莊水庫歷年在12月底結(jié)冰，次年3月初解凍，冰凍期長達(dá)3個月，溢洪道的閘墩及鋼閘門是防冰凍的重點部位，建庫后多采用人工破冰、空壓機(jī)破冰措施，自2005年起，采用潛水泵破冰。

第四節(jié) 工程確權(quán)劃界

水利工程管護(hù)范圍確權(quán)劃界工作是加強(qiáng)工程管理的一項基礎(chǔ)工作。一是為依法管好工程奠定了基礎(chǔ)，保證了工程的完好性，使得管理保護(hù)范圍內(nèi)的資源開發(fā)和建設(shè)項目管理得到加強(qiáng)，提高了工程的管理水平，從而為管理工作規(guī)范化、制度化創(chuàng)造了良好的環(huán)境和條件。二是許多歷史遺留問題得到解決，避免了因權(quán)屬不清而引起的水事糾紛和管理混亂。三是為工程管理單位進(jìn)行水土資源的綜合開發(fā)利用創(chuàng)造了有利條件。

建庫幾十年來，由于長期工程界權(quán)不明確而導(dǎo)致的土地爭議、用地糾紛等問題時有發(fā)生，一定程度上影響了水庫的正常管理秩序，影響了依法管理和水資源的保護(hù)工作，對水庫工程安全運行也帶來許多不利因素。因此，水庫歷屆班子領(lǐng)導(dǎo)始終把黃壁莊水庫的確權(quán)劃界工作擺在重要位置，多次專門組織治理工作，并取得了一定進(jìn)展。1993年，管理處組織開展了一次土地劃界工作，于1994年與靈壽縣牛城鄉(xiāng)的牛城村和忽凍村、鹿泉市馬山鄉(xiāng)的永樂村和馬山村簽訂協(xié)議，實現(xiàn)部分區(qū)域的劃界，并埋設(shè)界樁43個。但與黃壁莊村、古賢村、下黃壁村等的劃界由于情況復(fù)雜，未能完成。2000年，管理處領(lǐng)導(dǎo)班子把劃界作為一項百年大計的事業(yè)來抓，專門成立了水庫確權(quán)劃界領(lǐng)導(dǎo)小組，本著尊重歷史、正視現(xiàn)實的原則，以政策法規(guī)為依據(jù)，在大量前期工作的基礎(chǔ)上，與周邊村鎮(zhèn)認(rèn)真協(xié)商，耐心工作，艱苦談判，克服困難，求同存異，幾經(jīng)曲折和反復(fù)，終于使問題得到圓滿解決，并抓住機(jī)遇，積極與永樂、馬山、古賢、牛城等村進(jìn)行協(xié)調(diào)，使1992年未完成的土地證辦理工作也得到解決。從此使黃壁莊水庫工程范圍內(nèi)的土地基本實現(xiàn)了界權(quán)清晰、產(chǎn)權(quán)明確、面積準(zhǔn)確的3條標(biāo)準(zhǔn)，完成了幾十年來水庫人的一個夙愿。具體完成情況為：

確權(quán)劃界明晰權(quán)屬

1999年4月，黃壁莊水庫除險加固建設(shè)局與靈壽縣牛城村簽訂新增非常溢洪道引渠征地手續(xù)，并辦理國有土地使用證。

2000年8月，黃壁莊水庫與靈壽縣牛城村簽訂非常溢洪道尾渠部分工程管理范圍和安全保護(hù)范圍協(xié)議書，并辦理國有土地使用證。

2002年3月，黃壁莊水庫與鹿泉市古賢村簽訂副壩、主副壩連接體馬鞍山、原生產(chǎn)科漁場等部分工程管理范圍和安全保護(hù)范圍協(xié)議書，并辦理國有土地使用證。

2002年11月，在黃壁莊水庫與獲鹿縣馬山村簽訂副壩部分及黃壁莊水庫與靈壽縣牛城村、忽凍村簽訂非常溢洪道及主壩部分工程管理范圍和安全保護(hù)范圍協(xié)議書的基礎(chǔ)上分別補(bǔ)辦了國有土地使用證。

2004年6月，在黃壁莊水庫與獲鹿縣永樂村簽訂副壩部分工程管理范圍和安全保護(hù)范圍協(xié)議書的基礎(chǔ)上，補(bǔ)辦了國有土地使用證。

2005年6月，黃壁莊水庫與鹿泉市黃壁莊村簽訂正常溢洪道及生活、生產(chǎn)區(qū)部分工程管理范圍和安全保護(hù)范圍協(xié)議書，并辦理國有土地使用證。

2005年，為滿足水庫管理需要，提高管理工作效率，黃壁莊水庫管理局委托河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，自2003年3月19日至7月30日，進(jìn)行了黃壁莊水庫庫區(qū)界樁的埋設(shè)及測量，120米淹沒線界樁、125米遷建線界樁布設(shè)，間距原則上每1000米埋設(shè)1座永久性界樁，村莊附近、河道拐彎處、溝岔交匯處適當(dāng)加密。共埋設(shè)界樁92座，其中125米遷建線界樁54座，120米淹沒線界樁38座。

界樁測設(shè)方法：首先，在1∶10000地形圖上進(jìn)行界樁位置設(shè)計、施測等基本高程控制；然后，按界線高程實地放樣界樁位置，現(xiàn)場澆筑界樁埋石，標(biāo)石埋設(shè)完成后，實測界樁高程及平面位置。界樁平面位置以五等電磁波測距導(dǎo)線施測，高程采用五等水準(zhǔn)測量。庫區(qū)界樁成果見表43和表44。

第五節(jié) 水庫庫區(qū)測淤

黃壁莊水庫上游丘陵起伏，群山重迭，植被很差，一經(jīng)暴雨水流挾沙入庫，極易造成庫區(qū)淤積。由于崗南以上干、支流來砂均由崗南水庫攔存，下泄泥砂甚微，因此黃壁莊水庫泥砂來源主要為冶河，其次是南甸河等支流，另外崗南流下的清水也會沖刷河道，將土、砂推入庫區(qū)范圍內(nèi)。

庫區(qū)淤積是水庫觀測的重要項目之一，黃壁莊水庫上游來水含砂量較大，泥砂問題尤屬重要。建庫以來，分別于1964—1965年、1978年、1989年、1997年、2004年進(jìn)行了五次庫區(qū)淤積測量，測量中按照基本垂直水流的主流方向、均勻布置間距的原則，在干流滹沱河、冶河布設(shè)庫淤測量斷面。1964年在干流滹沱河布設(shè)17個斷面，支流冶河布設(shè)4個斷面，南甸河布設(shè)2個斷面，斷面間距1000米。1989年在干流滹沱河布設(shè)13個斷面，支流冶河4個斷面，斷面間距1000米。1997年、2003年在庫區(qū)布設(shè)22個斷面、支流冶河4個斷面，斷面間距500米。

1964年、1989年陸上部分采用視距測量斷面及水準(zhǔn)測量斷面，水下地形測量采用斷面法，測深使用測深儀或測深錘測量。1997年陸上部分采用視距與電磁波兩種方法，水下地形測量采用斷面法，測深使用SDH 13D測深儀測量。2004年陸上數(shù)據(jù)采集采用極坐標(biāo)法，使用全站儀觀測。水下地形測量采用橡皮船安置雙頻GPS接收機(jī)，配合回聲測深儀，按斷面法或散點法施測，斷面間距最大100米。

1965年、1978年、1989年、1997年均采用斷面法計算庫區(qū)淤積量，2004年采用積分法計算庫區(qū)淤積量。經(jīng)計算，1958—1965年大沽高程124米以下總的淤積量為4500萬立方米；1965—1978年大沽高程124米以下總的淤積量為1億立方米；1978—1989年大沽高程126米以下總的淤積量為106萬立方米；1989—2003年大沽高程128米以下總的淤積量為2810萬立方米。

通過淤積測量，可以得出以下結(jié)論：

（1）黃壁莊水庫1997年庫區(qū)淤積從平面看，主要集中在水庫壩前12.2千米范圍內(nèi)，該范圍淤積量為2531萬立方米，占庫區(qū)淤積總量的96.5%。冶河入庫匯合處沖刷較多，共42萬立方米，為“96·8”冶河洪水所致，冶河上游稍有淤積。

（2）從高程上看，2003年庫區(qū)主要淤積量在大沽高程118.0米以下，118.0米高程以下共淤積2640萬立方米，占庫區(qū)淤積總量的94%。其中汛限水位114米 （大沽高程）以下淤積1940萬立方米，占庫區(qū)淤積總量的69%。

（3）1997年非常溢洪道前5.86平方千米局部范圍淤積計算，結(jié)果為110.51米高程以上發(fā)生沖刷，110.51～114.51米間沖刷為35.2萬立方米，原因為 “96·8”洪水表層流速較大造成沖刷所致。

（4）黃壁莊水庫1989—2003年128米以下總的淤積量為2810萬立方米，14年間除1996年外，其他年份來水均不大，故淤積主要為大洪水所致，而且洪水造成了冶河口的沖刷。

（5）黃壁莊水庫自建庫至2003年，大沽高程124米高程以下總的淤積量為1.7503億立方米。

（6）2004年水庫測淤后的水位 面積關(guān)系表見表45與關(guān)系圖如圖41所示。

圖412004年水庫水位 面積關(guān)系圖

第六節(jié) 大壩安全鑒定

2006年3月，水利部河北水利水電勘測設(shè)計研究院與黃壁莊水庫管理局共同完成了黃壁莊水庫大壩安全鑒定報告輯，2006年6月30日，河北省水利廳組織安全鑒定專家組，對水庫大壩進(jìn)行了安全鑒定并評定了大壩安全類別，結(jié)論如下所述。

（1）黃壁莊水庫主要除險加固項目實施完成后，2004年最高蓄水位達(dá)119.55米 （接近正常蓄水位120米），并經(jīng)歷了6個多月的高水位運行，根據(jù)工程監(jiān)測資料分析，各建筑物運行狀態(tài)正常。

（2）副壩加固工程施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求，塌坑段的處理措施有效?，F(xiàn)有監(jiān)測資料表明，加固后除旋噴段外，副壩垂直防滲墻防滲效果顯著，目前壩體與壩基滲透穩(wěn)定。計算分析表明，各建筑物滲流性態(tài)安全。鑒于尚未遭遇設(shè)計防洪水位、水位驟降及地震工況考驗，運用過程中需加強(qiáng)監(jiān)測，并及時整理分析。

（3）經(jīng)計算分析，主壩、副壩、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道和電站重力壩在各種運用工況下，建筑物穩(wěn)定安全系數(shù)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，各混凝土建筑物滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

大壩安全鑒定會

（4）經(jīng)計算分析，各類閘門、啟閉機(jī)等金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備強(qiáng)度、應(yīng)力和啟閉力滿足設(shè)計規(guī)范及安全運行要求。

（5）水庫供配電設(shè)施齊全，安全可靠；閘門監(jiān)控系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情自動測報系統(tǒng)、通信系統(tǒng)安全可靠，符合規(guī)范規(guī)程規(guī)定，滿足水庫調(diào)度運用要求。

綜上，黃壁莊水庫實際抗御洪水標(biāo)準(zhǔn)達(dá) 《防洪標(biāo)準(zhǔn)》 （GB50201—94）規(guī)定，大壩工作狀態(tài)正常；工程無重大質(zhì)量問題，能按設(shè)計正常運行。黃壁莊水庫大壩為一類壩。

第七節(jié) 信息化建設(shè)與管理

一、水雨情自動測報系統(tǒng)

黃壁莊水庫早期水雨情自動測報系統(tǒng)始建于1990年，由原電子工業(yè)部第54所承建，包括崗南和黃壁莊兩大水庫上游共21處報汛站。1995年，又由北京海淀燕禹通信遙測聯(lián)合新技術(shù)開發(fā)部進(jìn)行了改建，1996年改建完成，并投入試運行。其中崗南水庫以上共布設(shè)6處雨量、水文遙測站，5處雨量站；崗黃區(qū)間布設(shè)6處雨量、水文遙測站，4處雨量站?！?6·8”洪水期間，河北省各級防汛部門利用本系統(tǒng)收集到的雨水情信息，及時準(zhǔn)確地進(jìn)行分析和預(yù)報，為各級領(lǐng)導(dǎo)指揮防汛調(diào)度、防災(zāi)減災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。

1999—2004年黃壁莊水庫除險加固工程期間，崗 黃水、雨情自動測報系統(tǒng)作為除險加固工程改建項目，仍由北京海淀燕禹通信遙測聯(lián)合新技術(shù)開發(fā)部中標(biāo)承建，于2002年6月系統(tǒng)改造完成并投入試運行。項目除新增山西及河北部分衛(wèi)星站以外，還有部分站是對老設(shè)備進(jìn)行更新改造。本次工程新建的項目有3處中心站 （河北防抗辦水情組、黃壁莊水庫管理處、崗南水庫管理處），1處維護(hù)管理中心站 （石家莊水文水資源勘測局），2處超短波中繼站 （黃壁莊水庫、崗南水庫），14處衛(wèi)星遙測雨量站，11處衛(wèi)星水文站。改建的項目有1處衛(wèi)星水文站 （微水），2處超短波雨量站 （溫塘、宅北），6處超短波水文站 （平山、下觀、黃壁莊、崗南、王岸、石板），1處超短波水位站 （崗南二壩），3處超短波人工置數(shù)站 （黃壁莊、崗南、平山）。最終，形成擁有3個中心站，2處超短波中繼站，1個維護(hù)站，34個遙測站的采用Inmarsat C衛(wèi)星通信和超短波通信混合組網(wǎng)方式的水雨情自動遙測系統(tǒng)，如圖42和圖43所示。

圖4 2 崗黃水庫衛(wèi)星信道信息共享數(shù)據(jù)流向圖

黃壁莊水庫洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)是水雨情自動測報系統(tǒng)的子系統(tǒng)，它包括兩套程序，第一套程序是崗 黃水庫洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)，于1999年8月由河北省防辦責(zé)成大連理工大學(xué)開發(fā)，最初建成的系統(tǒng)和水雨情自動測報系統(tǒng)的接口設(shè)計不夠成熟，數(shù)據(jù)提取存在問題，后經(jīng)過除險加固項目對本系統(tǒng)及水文自動測報系統(tǒng)進(jìn)行了改造，不論從操作界面還是使用功能上，使系統(tǒng)都更趨合理。第二套程序是“河北雨洪模型”預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)，于除險加固期間由河北省水文局聯(lián)合河海大學(xué)共同開發(fā)，2003年年底完成并安裝試運行。系統(tǒng)采用了河北雨洪模型、新安江模型、常規(guī)模型3種洪水預(yù)報方法，具有實時雨水情信息接收處理、洪水預(yù)報、實時校正、超前洪水預(yù)報、預(yù)報成果對比分析等功能。水庫洪水調(diào)度子系統(tǒng)分為自動調(diào)度方案和交互式調(diào)度方案，并采用模糊方法進(jìn)行方案優(yōu)選，形成最優(yōu)的水庫調(diào)度方案供調(diào)度使用。

圖4 3 崗黃水庫超短波信息共享數(shù)據(jù)流向圖

實際運用時，水雨情數(shù)據(jù)的采集由水情自動測報系統(tǒng)完成，各測站實時采集水文數(shù)據(jù)，自動將數(shù)據(jù)發(fā)送到各中心站或經(jīng)過中繼站轉(zhuǎn)發(fā)到各中心站，中心站的前置機(jī)通過超短波 MODEM和衛(wèi)星小站遙測終端設(shè)備得到數(shù)據(jù)，并經(jīng)過處理以后通過網(wǎng)絡(luò)添加到后臺服務(wù)器的專用數(shù)據(jù)庫，調(diào)度人員及決策者可以通過網(wǎng)絡(luò)界面查詢到及時可靠的水雨情信息。同時，洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)可以通過軟件接口，從數(shù)據(jù)庫提取所需實時數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)水庫實時洪水預(yù)報和控制調(diào)度，按照數(shù)學(xué)模型求得入庫流量及流量的變化過程，制作入庫洪水預(yù)報，根據(jù)預(yù)報成果提取洪水調(diào)度方案，提供氣象情況、洪水圖形仿真、洪水調(diào)度決策及水資源優(yōu)化調(diào)度方案，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)。

二、閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)

黃壁莊水庫閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)作為1998—2004年黃壁莊水庫除險加固工程的一部分，于2002年開始建設(shè)。2003年6月，完成了各個集控室至控制中心的通信光纜的敷設(shè)；2003年12月底，完成了監(jiān)控主體設(shè)備，包括流速儀、閘門開度儀、水位計、控制機(jī)柜等的安裝；截至2004年年底，系統(tǒng)全部安裝調(diào)試完成。

黃壁莊水庫閘門監(jiān)控系統(tǒng)工程所涉及的范圍為黃壁莊水庫樞紐的幾個閘門組，控制范圍在4千米之內(nèi)。監(jiān)控內(nèi)容包括正常溢洪道8個表孔及2個底孔、11孔非常溢洪道、5孔新增非常溢洪道的閘門和重力壩1孔灌溉洞閘門的控制，閘門開度、上下游水位、閘門運行工況及故障等信號的檢測。圖像監(jiān)控單元采集并監(jiān)視正常溢洪道上下游和閘門、非常溢洪道和新增非常溢洪道啟閉機(jī)房橋面、重力壩的上下游和路旁的情況。

黃壁莊水庫閘門監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)閘門組的具體位置，分為正常溢洪道閘門監(jiān)控子系統(tǒng)、重力壩閘門監(jiān)控子系統(tǒng)、非常溢洪道閘門監(jiān)控子系統(tǒng)、閘門監(jiān)控中心子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)分別包括閘門監(jiān)控和視頻監(jiān)控2個部分。每個閘門監(jiān)控子系統(tǒng)與現(xiàn)場的各個單元通過各種方式有機(jī)地結(jié)合在一起，各個閘門監(jiān)控子系統(tǒng)之間通過光纖介質(zhì)實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)資源的共享。

閘門監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為二級網(wǎng)絡(luò)分布式控制系統(tǒng)，由1個閘門監(jiān)控中心和3個現(xiàn)地閘門集控單元組成，3個集控單元分別用于正常溢洪道、非常溢洪道及新增非常溢洪道和重力壩閘門的監(jiān)控及控制。

閘門監(jiān)控中心與現(xiàn)地閘門集控單元之間采用分布式以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要由監(jiān)控中心控制主機(jī)、3個現(xiàn)地集控單元組成?，F(xiàn)地集控單元由工控機(jī)和PLC以及其他附屬設(shè)備組成，核心設(shè)備為PLC。主要完成對各生產(chǎn)對象的數(shù)據(jù)采集處理及顯示與安全監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)自診斷等，其設(shè)計能保證當(dāng)它與主控級系統(tǒng)脫離后仍能在當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)對有關(guān)設(shè)備的監(jiān)視和控制功能。當(dāng)其與主控機(jī)恢復(fù)聯(lián)系后又能自動地服從上位機(jī)系統(tǒng)的控制和管理。

各個閘門監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場核心采集單元采用美國 GE公司的GE9070系列可編程邏輯控制器（PLC），通過PLC各個采集模塊實現(xiàn)與現(xiàn)場主要設(shè)備的數(shù)據(jù)狀態(tài)的連接；同時通過嚴(yán)格的設(shè)計要求，充分考慮到現(xiàn)場環(huán)境的特殊性，采用了避雷器以及溫度、濕度控制器等一系列器件，從而實現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)備的安全保護(hù)。

各個閘門監(jiān)控系統(tǒng)配置不間斷電源 （UPS），保證了設(shè)備在短期斷電情況下的正常運行，以及系統(tǒng)在外部斷電情況下對相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。通過改造現(xiàn)場開度儀表，在經(jīng)濟(jì)、合理的原則下，增加了原有設(shè)備的RS 485通信接口，以實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對現(xiàn)場各個閘門開度位置信息數(shù)據(jù)的采集。各個視頻監(jiān)控單元之間能夠互相進(jìn)行畫面的監(jiān)視和控制。鑒于正常溢洪道閘門在黃壁莊水庫防洪調(diào)度中的主導(dǎo)作用，在8個表孔溢洪道閘門安裝了8個固定的攝像頭，以監(jiān)視8孔閘門的開啟狀況，同時安裝了2個可移動的攝像頭，實現(xiàn)對水庫上下游進(jìn)行全面、直觀的觀察。

現(xiàn)場原使用了PLC控制柜，為達(dá)到與監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和連接，充分利用原有PLC的Profibus總線通信方式，通過增加PLC主站Profibus總線通信模件的方式，實現(xiàn)了對新增非常溢洪道閘門的遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制。

系統(tǒng)軟件采用南瑞集團(tuán)公司自主開發(fā)的EC2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件，通過計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信接口，依據(jù)現(xiàn)場各個采集單元和智能裝置的通信協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)或RS 485以及Profibus總線等通信方式，將各個閘門單元的數(shù)據(jù)實時地反映到自身獨立的計算機(jī)監(jiān)控界面，再通過網(wǎng)絡(luò)通信將所有的數(shù)據(jù)匯總到中心計算機(jī)監(jiān)控主界面。通過各主要畫面的切換，可以在計算機(jī)上很直觀的反映站內(nèi)的工作情況，并且可以鏈接各種動態(tài)畫面。數(shù)據(jù)畫面可以動態(tài)的反映現(xiàn)場閘門開度情況，以及現(xiàn)場閘門的運行情況、電機(jī)運行的電流和電壓等信號。EC2000良好的人機(jī)界面直觀、有效的反映了現(xiàn)場設(shè)備的各種運行情況。EC2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件本身具有報表統(tǒng)計功能，可以針對閘門監(jiān)控系統(tǒng)的具體要求，自動統(tǒng)計每天、每月、每年的閘門運行時間，以及閘門啟閉次數(shù)和時間，同時通過靈活的軟件編程，實時計算出日、月、年的泄水量，為管理人員提供有價值的參考數(shù)據(jù)。

閘門自動控制通過軟件設(shè)定目標(biāo)開度的方式實現(xiàn)閘門的開啟，在閘門到達(dá)目標(biāo)開度的情況下自動停止。閘門自動控制流程中還包括閘門控制過程故障的自動判斷和處理、閘門運行條件情況的自動判斷和處理。

三、大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)

黃壁莊水庫觀測設(shè)備始建于20世紀(jì)50—60年代，均為人工觀測，由于人工觀測工作量大、信息收集周期長、數(shù)據(jù)整理工作繁瑣、結(jié)果不準(zhǔn)確、觀測手段落后，逐漸不能滿足水庫現(xiàn)代化管理的需要。鑒于此，結(jié)合水庫除險加固工程，黃壁莊水庫除險加固工程大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)于2002年9月9日進(jìn)行了公開招標(biāo)，最終水利部南京水利水電科學(xué)研究所中標(biāo)。2002年11月，該所完成了《河北省黃壁莊水庫除險加固工程大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)技施設(shè)計報告》，該報告作為黃壁莊水庫大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)的實施依據(jù)。2002年11月至2003年1月，完成了所有自動化系統(tǒng)設(shè)備的研制、生產(chǎn)和進(jìn)口儀器訂貨。2002年1月至2003年3月，完成了所有自動化系統(tǒng)設(shè)備的單機(jī)調(diào)試、檢驗，并模擬現(xiàn)場配置進(jìn)行室內(nèi)聯(lián)調(diào)、拷機(jī)。2003年4月至2004年6月，完成了所有自動化系統(tǒng)設(shè)備的現(xiàn)場安裝、聯(lián)調(diào)、拷機(jī)，于2004年7月上旬通過了現(xiàn)場初驗，進(jìn)入試運行，并移交黃壁莊水庫管理局。

水庫的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)由3個基本部分組成：現(xiàn)地監(jiān)測單元，網(wǎng)絡(luò)通信連接，大壩安全監(jiān)測中心。該系統(tǒng)儀器數(shù)量共320支，包括197支振弦式儀器、121支差阻式儀器以及氣溫、雨量監(jiān)測項目的氣象站1套。依據(jù)儀器的分布，共設(shè)置16個測控點和1個測控中心站。測控點分別為副壩9個、重力壩1個、管理局監(jiān)測中心1個、正常溢洪道1個、主壩2個、非常溢洪道1個、新增非常溢洪道1個。測控中心站為黃壁莊水庫監(jiān)控中心，主要配置硬件有服務(wù)器1臺，工作站1臺，打印機(jī)1臺，UPS1臺。

大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)主要有以下幾項功能：一是系統(tǒng)功能。黃壁莊水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布開放式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，運行方式為分散控制方式，可命令各個現(xiàn)地監(jiān)測單元按設(shè)定時間自動進(jìn)行巡測、存儲數(shù)據(jù)，并向大壩安全監(jiān)測站報送數(shù)據(jù)。二是監(jiān)測功能。監(jiān)測功能包括各類傳感器的數(shù)據(jù)采集功能和信號越限報警功能；按運行要求，對所有接入系統(tǒng)中的各類監(jiān)測儀器進(jìn)行一定方式的自動化測量，存儲所測數(shù)據(jù)，并傳送到中央控制裝置集中儲存或處理，在中央控制裝置故障、總線故障或系統(tǒng)完全斷電情況下，各臺測控裝置自動按設(shè)定時間進(jìn)行巡測，自動存儲數(shù)據(jù)等待提取。斷電后自動運行，時間可持續(xù)一周。每臺米CU均具備常規(guī)巡測、檢查巡測、定時巡測、常規(guī)選測、檢查選測、人工測量功能。三是顯示功能。顯示建筑物及監(jiān)測系統(tǒng)的全貌、各現(xiàn)地監(jiān)測單元的概貌、監(jiān)測布置圖、過程曲線、監(jiān)控圖、報警狀態(tài)窗口顯示等。四是操作功能。在管理微機(jī)上可實現(xiàn)監(jiān)控操作、輸入/輸出、顯示打印、報告現(xiàn)在測值、調(diào)用歷史數(shù)據(jù)、評估運行狀態(tài)，根據(jù)程序執(zhí)行的狀態(tài)或系統(tǒng)工作狀況發(fā)出相應(yīng)的音響，整個系統(tǒng)的運行管理，包括系統(tǒng)調(diào)度、過程信息文件的形成、進(jìn)庫、通信等管理功能，利用鍵盤調(diào)度各級顯示畫面及修改相應(yīng)的參數(shù)，修改系統(tǒng)配置、系統(tǒng)測試、系統(tǒng)維護(hù)。五是數(shù)據(jù)通信功能。包括各個現(xiàn)地控制單元與大壩安全監(jiān)測站之間的數(shù)據(jù)通信、大壩安全監(jiān)測站與黃壁莊水庫監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)通信、大壩安全監(jiān)測站與河北省水利廳監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)通信。六是綜合信息管理功能。包括在線監(jiān)測、大壩狀態(tài)的離線分析、預(yù)測預(yù)報、報表制作、圖文資料，數(shù)據(jù)庫管理及安全評估。七是系統(tǒng)自檢功能。系統(tǒng)具有自檢能力，每次數(shù)據(jù)采集過程均首先進(jìn)行自檢，當(dāng)系統(tǒng)中硬件設(shè)備或通信線路發(fā)生故障時在中央控制裝置顯示故障信息，以便及時維護(hù)。

大壩安全監(jiān)測的系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)包括以下幾項。①傳輸距離，1300～10000米 （采用光纖、無線或增加中繼可使傳輸距離更遠(yuǎn)）；②現(xiàn)地監(jiān)測單元的數(shù)量，大于60個；③每個現(xiàn)地監(jiān)測單元的測點數(shù)，大于32個；④采樣對象，電容式、電阻式、振弦式、電位器式等傳感器以及輸出為電壓、電流的傳感器；⑤測量方式，定時、單檢、巡檢、選測或設(shè)測點群；⑥定時間隔，1分鐘到30天，采集周期根據(jù)工程要求可在大壩安全監(jiān)測站設(shè)定或修改，采集速度：巡檢一遍時間不大于10分鐘，選測一測點時間不超過10秒，步進(jìn)式和電磁式儀器不超過1分鐘；⑦采樣時間，2～5秒每點；⑧工作濕度，小于95%；⑨工作電源，220伏±10%，50赫茲；⑩平均無故障時間，4000小時；○1系統(tǒng)防雷電感應(yīng)，大于等于1500瓦；○12系統(tǒng)接地電阻小于4歐姆。

監(jiān)測方法有兩種：一是人工觀測。自動化系統(tǒng)建成后，需要進(jìn)行必要的人工比測，利用測控裝置內(nèi)的人工比測模塊和連接線，分別用原有的人工測量儀表進(jìn)行人工觀測，同時與自動化系統(tǒng)的自動測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便對自動化系統(tǒng)的測量精度和可靠性進(jìn)行驗證。二是自動化監(jiān)測。黃壁莊水庫安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)具有自動測量功能，正常情況下，系統(tǒng)按設(shè)置的測量時間和時間間隔自動采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運行維護(hù)人員每周對系統(tǒng)的功能作一次檢查，通過測值過程線了解系統(tǒng)的運行狀況，并做好日志的填寫。若自動化系統(tǒng)出現(xiàn)故障，及時了解系統(tǒng)設(shè)備運行情況，分析故障原因，解決系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，并記錄，如解決不了，應(yīng)及時與系統(tǒng)實施單位——南京水利水文自動化研究所聯(lián)系，幫助解決或派人到現(xiàn)場解決。黃壁莊水庫自動化監(jiān)測系統(tǒng)采用自動測量方式進(jìn)行測量，每天自動測量一次，人工觀測比對為每月2次。

自動化系統(tǒng)建成后，為保證系統(tǒng)正常運行并發(fā)揮作用，使系統(tǒng)更加規(guī)范化、精細(xì)化管理，黃壁莊水庫管理局通過建立 《工程管理制度》《大壩自動安全監(jiān)測系統(tǒng)操作規(guī)程》《信息化管理責(zé)任制》，明確責(zé)任與管理要求，落實職責(zé)。同時進(jìn)行必要的人工比測，保留原有人工觀測設(shè)施進(jìn)行觀測，以防自動化設(shè)備出現(xiàn)故障時保持觀測資料的連續(xù)性。系統(tǒng)運行以來，根據(jù)水庫情況進(jìn)行實時采集觀測數(shù)據(jù)。運行信管軟件，進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，形成不同載體的觀測成果整編資料。運行分析軟件可進(jìn)行觀測成果分析，同時實現(xiàn)各種計算，隨時了解水工建筑物的實時運行狀態(tài)，實效快，效率高。

黃壁莊水庫管理局充分利用大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)采集到的各種監(jiān)測信息，加強(qiáng)對信息的整理分析，及時分析大壩存在或出現(xiàn)的安全隱患，對大壩的安全狀況給予客觀的評價，指導(dǎo)大壩的安全運行。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時及時到現(xiàn)場進(jìn)行精心維護(hù)修復(fù)。同時，與系統(tǒng)實施單位——南京水利水文自動化研究所有關(guān)技術(shù)人員勤溝通、多交流，匯報系統(tǒng)運行狀態(tài)，了解系統(tǒng)的前沿發(fā)展情況，遇到不能解決的棘手問題，及時向開發(fā)單位電話咨詢請教，必要時請有關(guān)技術(shù)人員到我?guī)飕F(xiàn)場進(jìn)行全面維護(hù)，確保大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。