自2021年6月白鶴灘水電站首批機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電以來，截止2022年11月白鶴灘水電站共有14臺(tái)百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行。白鶴灘水電站建成后，為僅次于三峽水電站成為中國第二大水電站和世界第二大水電站，能夠滿足約7500萬人一年的生活用電需求，可替代標(biāo)準(zhǔn)煤約1968萬噸，減排二氧化碳約5200萬噸。
為保障白鶴灘的長期安全穩(wěn)定運(yùn)營，2022年10月，歐美大地儀器設(shè)備中國有限公司的技術(shù)、售后工程師赴白鶴灘水電站，完成了白鶴灘大壩地震響應(yīng)觀測系統(tǒng)的安裝調(diào)試。
01 大壩地震響應(yīng)觀測系統(tǒng)
歐美大地儀器設(shè)備中國有限公司為白鶴灘水電站提供了16套GeoSIG公司的強(qiáng)震記錄儀，組成了大壩地震響應(yīng)觀測系統(tǒng)。此系統(tǒng)由GMSplus強(qiáng)震數(shù)據(jù)記錄儀和AC-73三軸力平衡加速度計(jì)，以及相應(yīng)的供電、通訊設(shè)施組成。主要用于白鶴灘水電站大壩的地震動(dòng)態(tài)響應(yīng)監(jiān)測，保證壩體的健康運(yùn)行。
在大壩監(jiān)測中，動(dòng)態(tài)測量往往比靜態(tài)測量更為重要，因?yàn)榈卣饡?huì)對大壩造成永久的損壞，從而造成嚴(yán)重的后果。對預(yù)定的參數(shù)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測可以提供了解結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)，從而監(jiān)測其變化率。結(jié)合其他靜態(tài)監(jiān)測，例如形變、位移滲漏和孔隙水壓力，可以進(jìn)一步反映大壩的性能。
觀測研究也表明，一部分水庫蓄水后的地震活動(dòng)水平和活動(dòng)特征都與蓄水前有明顯的差異。世界上許多大型水庫蓄水后都伴有地震活動(dòng)異常，特別是高壩大庫蓄水后地震活動(dòng)明顯增強(qiáng)的例子較多。水庫誘發(fā)地震在時(shí)間和空間分布、震源機(jī)制、序列特征等諸多方面與天然地構(gòu)造地震相比較，有其自己的特征。因此，根據(jù)水庫的規(guī)模和誘發(fā)地震的大小確定相應(yīng)規(guī)模的監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)并開展預(yù)測研究也是必要的。
上述典型的大壩地震響應(yīng)觀測系統(tǒng)將提供大壩健康狀況的有價(jià)值信息?？梢栽O(shè)置結(jié)構(gòu)可接受變化的閾值，以提供自動(dòng)通知。在遭受地震事件后，可以提供關(guān)于大壩變化的有價(jià)值的信息。憑借可靠的數(shù)據(jù)和分析，在任何給定的時(shí)間都能生成有關(guān)結(jié)構(gòu)生存能力的安全決策。
工程師在壩頂和廊道內(nèi)安裝調(diào)試強(qiáng)震記錄儀
壩頂強(qiáng)震記錄儀調(diào)試完畢
02 大壩強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測
我國大壩強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測從1962年開始，其進(jìn)展大致可劃分為4個(gè)階段。
第一階段：強(qiáng)震觀測階段
為了研究廣東新豐江水庫水平裂縫產(chǎn)生的原因，提出抗震加固方案，研制出多通道電流計(jì)式強(qiáng)震儀，并建立了我國第一個(gè)試驗(yàn)性水工建筑物強(qiáng)震觀測臺(tái)站，也是我國強(qiáng)震觀測工作的開始。以后，陸續(xù)建立了黃壁莊、密云、官廳、豐滿、江都、丹江口、劉家峽和陡河等10余座大壩強(qiáng)震觀測臺(tái)站。
該階段強(qiáng)震觀測的特點(diǎn)是，觀測儀器多為用感光紙或感光膠片直接記錄的強(qiáng)震加速度儀。儀器的主要缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍小，記錄“丟頭”和記錄的處理分析慢。后期生產(chǎn)使用了模擬磁帶式強(qiáng)震儀，即被稱為第二代強(qiáng)震儀，提高了記錄的處理分析速度，但其他缺點(diǎn)依然存在。隨著強(qiáng)震觀測的開展，取得了不少的強(qiáng)震記錄，利用這些強(qiáng)震記錄，科技人員計(jì)算了反應(yīng)譜曲線，獲得了符合我國場地特性的“平均反應(yīng)譜”或“設(shè)計(jì)反應(yīng)譜”，使反應(yīng)譜分析得以真正用于工程設(shè)計(jì)，從而使我國水工建筑物抗震設(shè)計(jì)從“靜力”法過渡到以反應(yīng)譜為中心的“動(dòng)力”分析方法階段。
第二階段：強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測階段
我國研制并生產(chǎn)了數(shù)字磁帶記式強(qiáng)震儀，又開發(fā)了水工建筑物強(qiáng)震加速度記錄處理分析程序，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)震觀測與現(xiàn)場及時(shí)分析緊密結(jié)合，使強(qiáng)震觀測進(jìn)入強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測的新階段。我國先后在官廳、三門峽、龍羊峽、東江、水口、李家峽和小浪底等大壩上建立了大壩強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測系統(tǒng)。
此強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測階段的特點(diǎn)是，監(jiān)測儀器采用數(shù)字磁帶記錄式加速度強(qiáng)震儀。這類儀器采用了瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器，使儀器的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大到90~102dB，采用了預(yù)存儲(chǔ)器，解決了記錄“丟頭”問題，保證了記錄波形的完整。數(shù)字磁帶記錄的強(qiáng)震動(dòng)的處理分析首先是對取得記錄的磁帶，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換的回放裝置連接微機(jī)直接讀取記數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)震觀測記錄能在現(xiàn)場及時(shí)分析，使強(qiáng)震觀測進(jìn)入強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測新階段。
第三階段：大壩震害速報(bào)階段
大壩震害速報(bào)階段的特點(diǎn)是監(jiān)測儀器升級(jí)采用了數(shù)字固態(tài)存儲(chǔ)式加速度強(qiáng)震儀。加速度計(jì)采用力平衡式，有效地提高了儀器的頻響特性。使低頻端接近0Hz，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)120dB以上。記錄器應(yīng)用微處理器，采用24bit的A/D 變換，使儀器動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)120dB以上。目前，強(qiáng)震動(dòng)記錄的讀取十分快捷便利，通過串口或者網(wǎng)絡(luò)便可獲得強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)。通過軟件系統(tǒng)的設(shè)置，強(qiáng)震儀強(qiáng)震動(dòng)記錄可自動(dòng)傳輸?shù)焦芾碇行牡闹鳈C(jī)上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析處理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和評估建筑的可能震害。主管部門根據(jù)速報(bào)信息，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，減輕或防止地震次生水災(zāi)的發(fā)生。
在這一階段，我國大壩強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測已取得和積累了一批有價(jià)值的、具有影響的記錄數(shù)據(jù)，其中包括新豐江、黃壁莊、密云、官廳、陡河、劉家峽、龍羊峽、克孜爾和二灘等大壩，為大壩抗震設(shè)計(jì)積累了寶貴的資料。
第四階段：基于水工建筑物強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范和物聯(lián)網(wǎng)的大壩強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測與震損評估階段
鑒于2008年汶川地震時(shí)，許多重要的水工建筑物由于沒有設(shè)置強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測設(shè)備或由于管理方面的問題，沒有取得強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測記錄的現(xiàn)狀，中國水利水電科學(xué)研究院主編了水工建筑物強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，分別由電力行業(yè)和水利行業(yè)在2009年、2011年頒布實(shí)施，從而使水工建筑物強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測有技術(shù)法規(guī)可循。水工建筑物強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范主要內(nèi)容包括：強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測臺(tái)陣布置、監(jiān)測系統(tǒng)組成與技術(shù)要求、監(jiān)測系統(tǒng)的測試安裝與驗(yàn)收、監(jiān)測系統(tǒng)的管理與維護(hù)、強(qiáng)震動(dòng)記錄的處理分析、震害調(diào)查等內(nèi)容。隨著對大壩強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測認(rèn)識(shí)的提高以及《水工建筑物強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測規(guī)范》的有效實(shí)行，新完工的重要水庫大壩工程均建立了強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，提升了大壩強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測的技術(shù)水平。
主要大壩類型
影響大壩的典型因素
典型的大壩兩種振型
推薦的大壩地震響應(yīng)觀測系統(tǒng)布點(diǎn)
03 大壩地震響應(yīng)觀測系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備
AC-73三軸力平衡加速度計(jì)
AC-73傳感器組件是一款為寬頻地震監(jiān)測設(shè)計(jì)的機(jī)電式三軸加速度計(jì)，用于寬頻地震，強(qiáng)震，結(jié)構(gòu)測量和監(jiān)測。這些監(jiān)測應(yīng)用都需要高靈敏度的、堅(jiān)固的傳感器，且要求少的維護(hù)和方法簡單的定期測試。
GMSplus數(shù)據(jù)記錄儀
用于長距離部署若干測量點(diǎn)的需求，應(yīng)用于：
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寬頻地震、天然地震、結(jié)構(gòu)測量和監(jiān)測
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野外和城區(qū)的實(shí)時(shí)地震學(xué)
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高密度地震監(jiān)測網(wǎng)
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基于儀器數(shù)據(jù)繪制震動(dòng)/災(zāi)害區(qū)域圖
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地震預(yù)警°和快速響應(yīng)
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災(zāi)害評估，災(zāi)難管理
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地震報(bào)警和安全停機(jī)
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環(huán)境振動(dòng)測試（可選全無線）
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誘發(fā)振動(dòng)監(jiān)測和通告
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儀器符合建筑規(guī)范
