洪澤湖大堤安全監測系統應用探討

章成偉陳鐘陳江云

1.江蘇省洪澤湖堤防管理所江蘇省223100

2.江蘇省洪澤湖水利工程管理處江蘇省223100

3.江蘇省三河閘管理所江蘇省223126

洪澤湖大堤安全監測系統應用探討

章成偉1陳鐘2陳江云3

1.江蘇省洪澤湖堤防管理所江蘇省223100

2.江蘇省洪澤湖水利工程管理處江蘇省223100

3.江蘇省三河閘管理所江蘇省223126

為及時迅速掌握洪澤湖大堤的動態工況，及時發現并分析潛在的問題，提升工程管理水平，適應現代水利管理的需要，洪澤湖大堤實施安全監測自動化采集是必要的。

洪澤湖大堤；安全監測；滲流觀測；自動化；滲壓計

1 工程概況

洪澤湖大堤位于洪澤湖東岸，始建于東漢(公元200年)，北起淮陰區碼頭鎮，南至盱眙張莊高地，全長67.25KM，它是淮河下游地區3000萬畝耕地，2600萬人口的防洪屏障。由于大堤建設年代久遠，歷經興毀，決而復堵，毀而重建，堤身留有許多亂石堆、埽工、淤泥等安全隱患，堤基存在集中滲流和堤后大面積窨潮、滲水等險情。

2 安全監測系統

2.1 改造前工程安全監測概況

洪澤湖大堤緊臨湖水段，在高良澗以南，主要集中在省管段，總長32.35km。堤防安全監測以堤身滲流監測為主。改造前，大堤有8個滲流監測斷面共計39根測壓管，監測斷面較少，且主要以人工電測法進行監測和人工數據處理，費時費力，測量精度低，不能滿足大堤安全監測自動化的要求。

2.2 安全監測系統工程內容

安全監測系統采用定位安裝滲壓計方式對堤身滲透壓力進行觀測，可有效消除觀測值的滯后效應，準確反映堤身和堤基的滲透壓力，實現自動化采集，運行維護成本低，操作簡便。根據工程地質勘察報告，選擇大堤堤身和堤基存在安全隱患的重點斷面進行觀測，增設大堤堤身和堤基存在安全隱患的8個監測斷面，計36根測壓管；另對原有測壓管進行疏通清洗和自動化改裝，形成16個監測斷面，共計75根測壓管的堤身滲流監測系統。

2.3 安全監測系統結構

洪澤湖大堤除險加固工程省管段安全監測系統采用分布式自動化系統，由中心監控站、分布式數據采集設備、安全信息管理分析評價系統以及相應監測儀器組成。安全監測自動化系統采用分布式數據采集系統，具有可靠性高、通用性強、組態靈活、安裝簡便、抗干擾性能較強等優點，保證監測數據的連續性。同時系統具有一定的擴展性，根據工程需要隨時組建和擴充。

2.4 數據傳輸

現場16個監測斷面各設置了一個觀測站，安裝數據采集裝置（集成GPRS無線通訊、現場顯示單元）等設備，實時采集大堤各種監測數據，并能現場顯示和查詢監測數據。各個觀測站與監測系統中心站采用無線GPRS通訊方式傳輸數據，觀測站每天實時發布數據。電源主要采用太陽能供電，太陽能板安裝于觀測房頂，蓄電池設于觀測房內。

2.5 信息管理系統軟件

工程安全監測信息管理系統軟件是安全監測自動化系統重要組成部分，具有數據采集與處理、資料管理與整編、資料分析以及可擴展性，能與其它自動化系統進行無縫聯接。通過使用工程安全監測管理系統軟件，管理人員和上級部門可以及時了解工程當前狀態，為上級部門決策提供科學依據，為洪澤湖大堤工程的長期安全、經濟運行提供可靠保證。

3 滲壓計

3.1 工作原理

洪澤湖大堤安全監測采用GK4500ALV通氣型滲壓計，該滲壓計主要用于長期測量測壓管、鉆孔、堤壩、管道和壓力容器里的液體及孔隙水壓力，其性能非常優異，其主要部件均用特殊鋼材制造，有足夠的強度適合各種惡劣環境安裝使用。

儀器中有一個靈敏的不銹鋼膜片，在它上面連接振弦。使用時，膜片上壓力的變化引起它移動，這個微小位移量可用振弦元件的張力和振動頻率來測量。振動頻率的平方正比于膜片上的壓力。共有兩個線圈，分別緊靠鋼弦對稱放置。使用時，一個變頻的脈沖信號（掃描頻率）加到線圈上，這就使鋼弦在它的固有頻率上振動。激勵結束時，鋼弦還繼續振動，但固有頻率的正弦信號在線圈上逐漸減弱，并傳輸到讀數儀上，并在此被解調和顯示。

3.2 安裝

每支儀器都提供了率定數據，包括在特定溫度和氣壓之下的零讀數。現場的零讀數要在壓力的溫度修正后應與工廠的讀數基本一致，其差別在20個字之內。

（1）在測壓管中的安裝

首先建立零讀數和檢查率定，然后將滲壓計用電纜放進測壓管中所要求的位置，電纜上作深度標志，以使滲壓計端頭的位置達到精確的深度。最后將電纜牢固的固定在測管的頂部，否則由于滲壓計滑入測井里可能引起讀數的誤差。

（2）接線和集線箱

因為振弦儀器的輸出信號是頻率而不是電流或電壓，所以電纜電阻細微的變化不會對讀數儀的讀數、電纜的連接造成影響，數據傳輸具有很好的可靠性和穩定性。

4 使用效果

安全監測系統運行至今，75只滲壓計數據均能無障礙地傳輸至控制中心，太陽能設備在連續陰雨天10-15天內可以正常工作，系統運行基本正常。

4.1 管理系統軟件運行情況

安全監測信息管理系統軟件運行正常可靠，能夠及時準確的提供監測數據報表、數據分布曲線和堤身浸潤線等資料。

4.2 監測數據的準確性

為了驗證自動化觀測數據的準確性，采用電測水位計人工觀測測壓管水位高程，與自動化觀測數據進行對比。經過反復調試、校正，自動化和人工觀測數據差值趨于穩定。

5 結束語

2014年7 月，安全監測系統工程進行試運行，從實際運行效果看，該安全監測系統工程功能實用，技術先進，性能可靠，結構開放。正常情況下系統的數據采集、傳輸均能做到準確、可靠和及時，設備運行比較正常，實現了安全數據采集的自動化、數據處理的模型化。但在數據的深入分析和評判的智能化方面存在不足，需加強對數據的分析和系統的維護。

[1] 方衛華,水工建筑物安全監測自動化技術研究[M].河海大學,2006.

[2] 李珍照,大壩安全監測[M].中國電力出版社,1997.

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.122