水庫尤其是高壩大庫，可有效調(diào)蓄洪水、發(fā)電、利用和保護(hù)水資源等，為人類帶來巨大的利益。中國是世界建壩第一大國，現(xiàn)有水庫 9.8 萬多座，其中大型水庫有 700 余座，中型有 4100 多座。

然而水庫大壩在發(fā)揮其價(jià)值的同時(shí)，也具有潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，大壩一旦出現(xiàn)嚴(yán)重事故甚至潰壩失事，將嚴(yán)重危害下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全和地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。設(shè)計(jì)不當(dāng)、施工質(zhì)量問題以及運(yùn)行管理不善都會(huì)導(dǎo)致水庫大壩失事。

歷史上水庫垮壩沖毀的村莊

大壩的安全狀況是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，一方面，隨著運(yùn)行條件和自然環(huán)境的長期影響，大壩及其地基會(huì)有老化、劣化可能，尤其是近幾年極端氣候變化，更是給大壩安全管理帶來了前所未有的調(diào)整。

另一方面，極少數(shù)大壩存在的設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量先天缺陷，如水文、地質(zhì)、地震資料及參數(shù)不準(zhǔn)確，施工中使用不合格的原材料，隱蔽工程項(xiàng)目施工偷工減料，工程金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備加工制造工藝粗糙、安裝誤差超標(biāo)等，在運(yùn)行初期可能不會(huì)被發(fā)現(xiàn)，但隨著時(shí)間推移，其后果均會(huì)在運(yùn)行中有所顯現(xiàn)。

伊登維爾大壩潰口

所以對(duì)大壩進(jìn)行定期檢查，是發(fā)現(xiàn)工程安全隱患、改善大壩安全狀況、提高大壩耐久性的有效手段。我國 1989 年開始實(shí)施水電站大壩安全定期檢查制度，至今已經(jīng)完成了三輪大壩安全定期檢查工作，目前正在進(jìn)行第四輪大壩定檢。從定檢結(jié)果看，1998年完成 96 座大壩的首輪定檢共確認(rèn)險(xiǎn)壩 2 座、病壩 7 座，2005 年完成 120 座大壩的第二輪定檢共查出病壩7座，2012 年完成 173 座大壩的第三輪定檢共查出病壩 2 座，即使是正常壩也存在不同程度的缺陷需要處理，其中第三輪定檢共提出消缺處理和加固補(bǔ)強(qiáng)的意見達(dá) 522 項(xiàng)。

定期檢查對(duì)規(guī)范大壩運(yùn)行管理、加強(qiáng)大壩等水工建筑物運(yùn)行狀況監(jiān)測和綜合評(píng)價(jià)、檢查監(jiān)控異常部位安全隱患、及時(shí)進(jìn)行加固處理、保障大壩運(yùn)行安全發(fā)揮了重要作用，應(yīng)該長期堅(jiān)持。

位于雅礱江上游的二灘水電站，裝機(jī)總?cè)萘?300兆瓦

中大型水電站往往庫區(qū)大，大壩整體結(jié)構(gòu)大。相比潛水、水下電視等其他傳統(tǒng)的現(xiàn)場檢測技術(shù)，ROV 的使用可以讓水電站大壩的檢測變得更為高效科學(xué)。ROV 作為檢測平臺(tái),自身可配裝光學(xué)和聲學(xué)儀器，對(duì)大壩、涵洞、閘門等水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行水下全方位掃描檢測,對(duì)重點(diǎn)部位還可以進(jìn)行近距離“駐足”觀測測量。檢測數(shù)據(jù)通過數(shù)字化的形式儲(chǔ)存,形成水庫、大壩、水閘等結(jié)構(gòu)的“體檢”檔案。

根據(jù)《水電站大壩安全定期檢查監(jiān)督管理辦法》規(guī)定，大壩定檢一般每五年進(jìn)行一次。首次定檢后，定檢間隔可以根據(jù)大壩安全風(fēng)險(xiǎn)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整，但不得少于三年或者超過十年。桐子林水電站 2016 年 3 月工程竣工，于 2021 年迎來了首次定期檢查。同年 5 月，受國家水電站大壩安全和應(yīng)急工程技術(shù)中心委托，我公司攜帶纜控?zé)o人潛航器 R1-45 搭載水下高清攝像和圖像聲吶對(duì)水電站大壩上游面和門槽水下進(jìn)行檢查。

桐子林水電站是 2010 年國家確定的西部大開發(fā) 23 個(gè)標(biāo)志性重點(diǎn)項(xiàng)目之一，位于四川省攀枝花市鹽邊縣境內(nèi)的雅礱江干流上，是雅礱江干流下游最末一級(jí)梯級(jí)電站。

位于雅礱江下游最末的電站，桐子林水電站

電站距上游的二灘水電站約 18km，距雅礱江與金沙江匯合口約 15.0km，距攀枝花市約 28km。電站樞紐右岸有桐雅公路通過，左岸有攀枝花至米易公路通過，電站距成昆鐵路桐子林火車站約 1km。電站樞紐上游約 700m 處為橫跨雅礱江的桐子林大橋。

桐子林水電站由河床式發(fā)電廠房、泄洪閘及擋水壩等建筑組成，電站總裝機(jī)為 60 萬千瓦，年平均發(fā)電量約30億千瓦時(shí)。電站以發(fā)電任務(wù)為主，水庫正常蓄水位為 1015.00m，總庫容 0.912 億 m³，水庫具有日調(diào)節(jié)性能。工程屬二等大（2）型工程，永久性主要建筑物按2級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物按 3 級(jí)設(shè)計(jì)。

桐子林水電站

2021 年 5 月 19 日～5 月 25 日期間，我公司在桐子林電站大壩的上游面和門槽進(jìn)行進(jìn)行了為期一周的水下檢查。現(xiàn)場作業(yè)時(shí)，壩頂氣溫一度高達(dá)達(dá)到 41℃，工作人員采取了對(duì)應(yīng)的防暑措施，確保水下檢查工作可安全順利進(jìn)行。

門槽內(nèi)庫水表面ROV入水情況

在水利水電工程中，ROV 工作環(huán)境主要受水流速、水下能見度、水面雜物、水底堆積物和水下復(fù)雜結(jié)構(gòu)等的影響。而 R1-45 作為博雅工道的核心級(jí)產(chǎn)品可以很好地應(yīng)對(duì)水下出現(xiàn)的各種狀況。

該系列 ROV 內(nèi)置電子羅盤、壓力傳感器、濕度傳感器、姿態(tài)傳感器以及高清攝像頭和照明系統(tǒng)，通過六個(gè)矢量分布大推力無刷螺旋槳推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)。世界上最高的水壩，雙江口水電站大壩壩高314m，R1-45 的耐壓深度可達(dá)350m，可完全滿足任何大壩水下檢查的需要。

R1-45 還配有 200 萬像素，110° 廣角的攝像頭，支持4倍光學(xué)變焦。星光級(jí)影像模塊，能在 0.001lux 及以下照度環(huán)境下顯示清晰的彩色圖像，配合照明輔助系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水下高清影像采集，最高支持 1080P/30 幀圖像輸出；外置獨(dú)立云臺(tái)，云臺(tái)調(diào)節(jié)范圍 ±90°，設(shè)備監(jiān)視半徑大于 2 m，通過臍帶纜將圖像傳輸?shù)降孛婵刂苹荆刂苹旧系娘@示平臺(tái)能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)高清顯示設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)信息，方便現(xiàn)場人員實(shí)時(shí)了解水下的狀況。

ROV搭載的高清攝像頭拍攝到的水下堆積物及銹蝕狀況

在水下檢查過程中，操作人員利用 ROV 精密控制、水中快速行進(jìn)速度、長時(shí)間水下工作等技術(shù)優(yōu)勢，快慢相結(jié)合，采取 ROV 在大壩上游表面緩慢勻速前進(jìn)、緩慢勻速后退、快速巡游、快速升降。必要時(shí)輔助反復(fù)擺動(dòng) ROV 驅(qū)趕泥垢等方法，結(jié)合水下多波束聲納圖像進(jìn)行水下定位，可以緩慢仔細(xì)排查大壩滲漏點(diǎn)。

此次任務(wù)搭載的多波束圖像聲吶發(fā)射的聲波遇到目標(biāo)后反射回聲納表面，根據(jù)回波可以獲得多波束目標(biāo)聲吶圖像信號(hào)，這樣 ROV 系統(tǒng)就能在渾濁或黑暗環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的辨識(shí)和定位。有了聲吶的幫助，在水下，可以輕易地判斷出設(shè)備所處位置，對(duì)操作帶來了極大便利，下圖為攝像頭中未出現(xiàn)參照物時(shí)操作調(diào)整 ROV 的情況。

ROV搭載的聲吶掃描出的庫岸邊坡圖像

聲吶為ROV操作提供導(dǎo)航及距離信息

桐子林電站水下設(shè)施的首次“體檢”雖查出了一些問題，但綜合評(píng)價(jià)影響較小，總體表現(xiàn)良好。相信隨著技術(shù)的發(fā)展和規(guī)范的建立，ROV 作為水下檢測的有力工具，能更好地配合水電站大壩安全信息化工作，幫助大壩更健康，良好的運(yùn)行。