自2021年6月白鶴灘水電站首批機組正式投產(chǎn)發(fā)電以來，截止2022年11月白鶴灘水電站共有14臺百萬千瓦水輪發(fā)電機組正式投入商業(yè)運行。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，可替代標準煤約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觀測系統(tǒng)的安裝調(diào)試。
01 大壩地震響應觀測系統(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公司的強震記錄儀，組成了大壩地震響應觀測系統(tǒng)。此系統(tǒng)由GMSplus強震數(shù)據(jù)記錄儀和AC-73三軸力平衡加速度計，以及相應的供電、通訊設(shè)施組成。主要用于白鶴灘水電站大壩的地震動態(tài)響應監(jiān)測，保證壩體的健康運行。
在大壩監(jiān)測中，動態(tài)測量往往比靜態(tài)測量更為重要，因為地震會對大壩造成永久的損壞，從而造成嚴重的后果。對預定的參數(shù)進行及時準確的監(jiān)測可以提供了解結(jié)構(gòu)運行狀況的數(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水平和活動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異常，特別是高壩大庫蓄水后地震活動明顯增強的例子較多。水庫誘發(fā)地震在時間和空間分布、震源機制、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規(guī)模的監(jiān)測臺網(wǎng)并開展預測研究也是必要的。
上述典型的大壩地震響應觀測系統(tǒng)將提供大壩健康狀況的有價值信息?？梢栽O(shè)置結(jié)構(gòu)可接受變化的閾值，以提供自動通知。在遭受地震事件后，可以提供關(guān)于大壩變化的有價值的信息。憑借可靠的數(shù)據(jù)和分析，在任何給定的時間都能生成有關(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)試強震記錄儀
壩頂強震記錄儀調(diào)試完畢
02 大壩強震動安全監(jiān)測
我國大壩強震動安全監(jiān)測從1962年開始，其進展大致可劃分為4個階段。
第一階段：強震觀測階段
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式強震儀，并建立了我國第一個試驗性水工建筑物強震觀測臺站，也是我國強震觀測工作的開始。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余座大壩強震觀測臺站。
該階段強震觀測的特點是，觀測儀器多為用感光紙或感光膠片直接記錄的強震加速度儀。儀器的主要缺點是動態(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震儀，即被稱為第二代強震儀，提高了記錄的處理分析速度，但其他缺點依然存在。隨著強震觀測的開展，取得了不少的強震記錄，利用這些強震記錄，科技人員計算了反應譜曲線，獲得了符合我國場地特性的“平均反應譜”或“設(shè)計反應譜”，使反應譜分析得以真正用于工程設(shè)計，從而使我國水工建筑物抗震設(shè)計從“靜力”法過渡到以反應譜為中心的“動力”分析方法階段。
第二階段：強震動安全監(jiān)測階段
我國研制并生產(chǎn)了數(shù)字磁帶記式強震儀，又開發(fā)了水工建筑物強震加速度記錄處理分析程序，實現(xiàn)了強震觀測與現(xiàn)場及時分析緊密結(jié)合，使強震觀測進入強震動安全監(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震動安全監(jiān)測系統(tǒng)。
此強震動安全監(jiān)測階段的特點是，監(jiān)測儀器采用數(shù)字磁帶記錄式加速度強震儀。這類儀器采用了瞬時浮點放大器，使儀器的動態(tài)范圍擴大到90~102dB，采用了預存儲器，解決了記錄“丟頭”問題，保證了記錄波形的完整。數(shù)字磁帶記錄的強震動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直接讀取記數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了強震觀測記錄能在現(xiàn)場及時分析，使強震觀測進入強震動安全監(jiān)測新階段。
第三階段：大壩震害速報階段
大壩震害速報階段的特點是監(jiān)測儀器升級采用了數(shù)字固態(tài)存儲式加速度強震儀。加速度計采用力平衡式，有效地提高了儀器的頻響特性。使低頻端接近0Hz，動態(tài)范圍可達120dB以上。記錄器應用微處理器，采用24bit的A/D 變換，使儀器動態(tài)范圍可達120dB以上。目前，強震動記錄的讀取十分快捷便利，通過串口或者網(wǎng)絡便可獲得強震動數(shù)據(jù)。通過軟件系統(tǒng)的設(shè)置，強震儀強震動記錄可自動傳輸?shù)焦芾碇行牡闹鳈C上，實現(xiàn)自動分析處理、統(tǒng)計報表和評估建筑的可能震害。主管部門根據(jù)速報信息，啟動應急預案，減輕或防止地震次生水災的發(fā)生。
在這一階段，我國大壩強震動安全監(jiān)測已取得和積累了一批有價值的、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)計積累了寶貴的資料。
第四階段：基于水工建筑物強震動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范和物聯(lián)網(wǎng)的大壩強震動監(jiān)測與震損評估階段
鑒于2008年汶川地震時，許多重要的水工建筑物由于沒有設(shè)置強震動監(jiān)測設(shè)備或由于管理方面的問題，沒有取得強震動監(jiān)測記錄的現(xiàn)狀，中國水利水電科學研究院主編了水工建筑物強震動監(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年頒布實施，從而使水工建筑物強震動監(jiān)測有技術(shù)法規(guī)可循。水工建筑物強震動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范主要內(nèi)容包括：強震動監(jiān)測臺陣布置、監(jiān)測系統(tǒng)組成與技術(shù)要求、監(jiān)測系統(tǒng)的測試安裝與驗收、監(jiān)測系統(tǒng)的管理與維護、強震動記錄的處理分析、震害調(diào)查等內(nèi)容。隨著對大壩強震動安全監(jiān)測認識的提高以及《水工建筑物強震動安全監(jiān)測規(guī)范》的有效實行，新完工的重要水庫大壩工程均建立了強震動監(jiān)測系統(tǒng)，提升了大壩強震動安全監(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觀測系統(tǒng)布點
03 大壩地震響應觀測系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備
AC-73三軸力平衡加速度計
AC-73傳感器組件是一款為寬頻地震監(jiān)測設(shè)計的機電式三軸加速度計，用于寬頻地震，強震，結(jié)構(gòu)測量和監(jiān)測。這些監(jiān)測應用都需要高靈敏度的、堅固的傳感器，且要求少的維護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的需求，應用于：
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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)的實時地震學
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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/災害區(qū)域圖
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地震預警°和快速響應
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災害評估，災難管理
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地震報警和安全停機
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環(huán)境振動測試（可選全無線）
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誘發(fā)振動監(jiān)測和通告
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儀器符合建筑規(guī)范
