一、工程概況
碧流河水庫位于遼寧省大連市普蘭店雙塔鎮(zhèn)與莊河市荷花山鎮(zhèn)交界的碧流河干流上，是一座以防洪、城市供水為主，兼有發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等綜合效益的大Ⅱ型水利工程。工程于1975年開工，1986年竣工。水庫控制流域面積2085Km²,總庫容9.34億立方米，樞紐工程由主壩（瀝青砼心墻土壩、瀝青砼心墻堆石壩、砼重力壩）。三座副壩，輸水建筑物和泄水建筑物組成，主壩全長708.5m，最大壩高53.5m，一副壩為粘土心墻土壩，壩長22.7m，最大壩高21.7m，二副壩為均質(zhì)壩，壩長380米，最大壩高9m，三副壩為瀝青砼心墻堆石壩，壩長53.5米，最大壩高為10米。
二、大壩安全監(jiān)測現(xiàn)狀
為全面了解大把內(nèi)外部變化情況，水庫大壩監(jiān)測工作起到了耳目作用，為管好、用好工程、維修工程等提供了真實、準(zhǔn)確、可靠的第一手資料。碧流河水庫大壩安全監(jiān)測項目于1997年由中國與加拿大合作，對大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造后的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)分為中方、加方大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，兩大監(jiān)測系統(tǒng)使用至今。
（一）中方大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)
中方大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)由國家電力公司電力自動化研究院大壩監(jiān)測技術(shù)所設(shè)計、研制、生產(chǎn)、安裝。監(jiān)測項目主要有水平位移監(jiān)測、撓度監(jiān)測。
1、水平位移監(jiān)測。水平位移監(jiān)測，是利用監(jiān)測儀器、設(shè)備連續(xù)測量大壩在水平方向上的變化情況（向上游移動為負(fù)，向下游移動為正）。水平位移監(jiān)測由四條由引張線組成，其中兩條位于壩頂，兩條位于廊道中。
壩頂引張線由二十九臺單項引張線儀組成，儀器編號為EX01-EX21、EX23-EX30。由于主壩全長708.5米，原設(shè)計采用一條引張線過長，受風(fēng)等因素影響，引張線擺動較大，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。為確保資料真實性，經(jīng)論證在壩頂設(shè)置兩條引張線。EX01-EX21單向引張線儀組成的引張線由壩右岸的倒垂線儀TP01和雙線垂線儀SD01、倒垂線儀TP05控制觀測。EX23-EX30單向引張線儀組成的引張線由壩左岸的倒垂線儀TP02和雙向垂線儀SD01倒垂線儀TP05控制觀測。
廊道內(nèi)兩條引張線，其中一條位于砼壩段，儀器編號為EX31-EX46，全長267.15米。由十六臺單項引張線儀組成，其右段固定于廊道基巖中，左端由倒垂線儀器TP03控制觀測。另一條為雙向引張線，位于土壩壩段中，由四臺雙向引張線儀組成，儀器編號為EX01-ES04，兩個端點分別由三向垂線儀器TD01- TD03控制觀測。
2、撓度監(jiān)測。撓度監(jiān)測是借助專用監(jiān)測儀器對壩體內(nèi)鉛垂線上不同高程測點與倒垂線之間的水平位移進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，土壩瀝青砼心墻。撓度監(jiān)測設(shè)備是由兩組正垂線和三條倒垂線組成，其中兩組正垂線分別位于土壩1#，2#豎井中，每一組正垂線有一臺雙向垂線坐標(biāo)儀和六臺單向坐標(biāo)儀組成，由1#，2#豎井中倒垂線TD1和TD3控件監(jiān)制。砼壩是在砼壩17#壩段中的倒垂線上安置三臺雙向垂線坐標(biāo)儀進(jìn)行撓度監(jiān)制。
（二）加方大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)
加方大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)由加拿大ROCTEST公司設(shè)計、研制、生產(chǎn)、安裝、監(jiān)測項目主要有大壩變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測。
1、大壩變形監(jiān)測。大壩變形監(jiān)測包括裂縫監(jiān)測，壩體傾斜監(jiān)測、裂縫監(jiān)測采用儀器為振弦式測縫記，壩體傾斜監(jiān)測采用儀器靜力水準(zhǔn)儀，編號C1-C13,分布于砼壩溢漿廊道5支，排水廊道2支，觀測廊道6支。
2、滲流監(jiān)測。滲流監(jiān)測包括左、右岸繞壩滲流監(jiān)測、揚壓力監(jiān)測、一副壩浸潤線觀測、二副壩滲流監(jiān)測，左、右岸繞壩滲流，編號RB-1A-RB-12A，砼壩基礎(chǔ)廊道揚壓力，編號Y1-Y20,一副壩浸潤線編號，K1-A-K8-A。二副壩滲流編號S1a-S7a,以上均采用振弦式滲壓計進(jìn)行觀測。
以上兩大監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)已運行13年。中方大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)從采取在現(xiàn)場布置的MCU，通過YKC遙控轉(zhuǎn)換箱對各類傳感器的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，暫存于MCU中，并根據(jù)中控室主機(jī)的命令向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理和分析運行方式，與人工比測方式測出的數(shù)據(jù)一致，兩者誤差甚小，從而說明監(jiān)測數(shù)據(jù)真實、可靠。從歷年的水平位移的測值過程線、人工比測值過程線、庫水位變化過程線和氣溫過程線可看出，當(dāng)庫水位、氣溫升高，使壩產(chǎn)生向下游位移，反之，向上游位移。但位移數(shù)據(jù)極小，變化不明顯，結(jié)論為產(chǎn)生水平位移，撓度變化主要受庫水位、溫度影響。
加方大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中的變形監(jiān)測值均小于1mm，主要受溫度、庫水位影響，左右岸繞壩滲流、壩體滲流、浸潤線觀測結(jié)果分析，滲流量大小與庫水位變化有關(guān)，具有與庫水位變化同步、趨勢相似等特點。揚壓力監(jiān)測其滲壓等數(shù)大小，主要受地質(zhì)條件影響，截至目前為止均小于允許的最大滲壓系數(shù)0.3。大壩沉陷觀測中的土壩、砼壩、堆石壩以及上下游壩肩、基礎(chǔ)廊道等沉陷量很小，可忽略不計，從關(guān)系曲線上看近似一條水平線。
綜上所述，碧流河水庫大壩通過長期連續(xù)監(jiān)測資料分析數(shù)據(jù)來看是安全、穩(wěn)定的，其數(shù)據(jù)變化是在允許值范圍內(nèi)的。
三、存在問題
雖然碧流河水庫中方、加方安全監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)運行正常、安全、穩(wěn)定，但仍存在以下問題應(yīng)急需解決。
1、通訊故障多加方通訊系統(tǒng)為有線通訊，通訊方式采用以MCU1為主接收站，MCU2、MCU3通過MCU1轉(zhuǎn)發(fā)的方式，與計算機(jī)進(jìn)行通訊，當(dāng)MCU1出現(xiàn)故障，MCU2 、MCU3將不能和監(jiān)控計算機(jī)進(jìn)行通信，在實際運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)故障，導(dǎo)致該系統(tǒng)全部癱瘓。
2、雷擊損害嚴(yán)重。每當(dāng)雷雨季節(jié)均遭受雷擊，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備損失，加之有些設(shè)備已停止生產(chǎn)（備用設(shè)備已用完）。如出現(xiàn)此事故，無法更換。
3、日常運行工作量大。為減少雷擊次數(shù)，每次降雨時必須關(guān)閉系統(tǒng)運行，給日常管理帶來極大的不便。
4、采集、整編軟件落后。中加項目中的監(jiān)測軟件為DOS版本，且是英文界面，對于操作人員的素質(zhì)要求較高，加之整編軟件office97已淘汰落后。如監(jiān)測系統(tǒng)軟件出現(xiàn)問題，將使觀測資料全部丟失，導(dǎo)致觀測資料的整編、分析無法進(jìn)行。
四、升級改造方案
隨著計算機(jī)、通訊、自動采集和控制技術(shù)的快速發(fā)展，大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)也得到了長足的發(fā)展，無論是傳感器、自動化設(shè)備，還是數(shù)據(jù)采集、資料整編、分析軟件都有較大進(jìn)步。從技術(shù)層面上講，我認(rèn)為碧流河水庫大壩安全監(jiān)測自動化監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行升級改造。
1、更換測量控制單元（MCU）。MCU具有維修復(fù)雜，維修周期長，廠房已不再生產(chǎn)，加之防雷性能差等特點，建議采用南京水利科學(xué)研究院研制的THSMS-1型測量控制單元，它吸收了原有的優(yōu)點，克服了原有的缺點，在此基礎(chǔ)上研制出來的，適用于大中型水利工程，系統(tǒng)采用集成度高、模塊化的結(jié)構(gòu)。能在惡劣氣候條件下保持系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠工作。同時大大提高防雷性能，并且已在全國幾十座水庫上應(yīng)用，效果較好。
2、有線通訊改為光纖通訊。原MCU通信，采用有線通信方式。由于通信線路較長，常遭雷擊，導(dǎo)致有線通信設(shè)備，甚至MCU損壞，而系統(tǒng)中斷監(jiān)測，數(shù)據(jù)損失。如將有線通信改為光纖通信（組成雙環(huán)自愈光纖網(wǎng)），可大大提高通信的可靠性，從而降低遭受雷擊的概率。
3、更換水位計和雨量計。原加方安裝編碼水位計、雨量計，以監(jiān)測上游水位及降雨量情況，但在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，非專業(yè)人員無法排除，建議使用浮子式水位計，來獲得上游水位的數(shù)據(jù)。雨量計采用國家防總推薦的0.5mm標(biāo)準(zhǔn)雨量計，從而解決非我國標(biāo)準(zhǔn)口徑、測量需轉(zhuǎn)換、測量精度差等問題。
4、安裝新的數(shù)據(jù)采集軟件和資料整編新的采集軟件和資料整編，軟件是在WIN2000平臺上，基于WEB的方式，在任何地方只要登陸到該計算機(jī)上，就能夠查詢到當(dāng)前和歷史的測量數(shù)據(jù)、圖表等，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，同時開發(fā)相應(yīng)的分析軟件，以實時分析大壩安全狀況。