洪澤湖大堤安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)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(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)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(tài)工況，及時發(fā)現(xiàn)并分析潛在的問題，提升工程管理水平，適應(yīng)現(xiàn)代水利管理的需要，洪澤湖大堤實施安全監(jiān)測自動化采集是必要的。

洪澤湖大堤；安全監(jiān)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(qū)碼頭鎮(zhèn)，南至盱眙張莊高地，全長67.25KM，它是淮河下游地區(qū)3000萬畝耕地，2600萬人口的防洪屏障。由于大堤建設(shè)年代久遠，歷經(jīng)興毀，決而復(fù)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(jiān)測系統(tǒng)

2.1 改造前工程安全監(jiān)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(jiān)測以堤身滲流監(jiān)測為主。改造前，大堤有8個滲流監(jiān)測斷面共計39根測壓管，監(jiān)測斷面較少，且主要以人工電測法進行監(jiān)測和人工數(shù)據(jù)處理，費時費力，測量精度低，不能滿足大堤安全監(jiān)測自動化的要求。

2.2 安全監(jiān)測系統(tǒng)工程內(nèi)容

安全監(jiān)測系統(tǒng)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(yīng)，準確反映堤身和堤基的滲透壓力，實現(xiàn)自動化采集，運行維護成本低，操作簡便。根據(jù)工程地質(zhì)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(shè)大堤堤身和堤基存在安全隱患的8個監(jiān)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(jiān)測斷面，共計75根測壓管的堤身滲流監(jiān)測系統(tǒng)。

2.3 安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

洪澤湖大堤除險加固工程省管段安全監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式自動化系統(tǒng)，由中心監(jiān)控站、分布式數(shù)據(jù)采集設(shè)備、安全信息管理分析評價系統(tǒng)以及相應(yīng)監(jiān)測儀器組成。安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有可靠性高、通用性強、組態(tài)靈活、安裝簡便、抗干擾性能較強等優(yōu)點，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。同時系統(tǒng)具有一定的擴展性，根據(jù)工程需要隨時組建和擴充。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸

現(xiàn)場16個監(jiān)測斷面各設(shè)置了一個觀測站，安裝數(shù)據(jù)采集裝置（集成GPRS無線通訊、現(xiàn)場顯示單元）等設(shè)備，實時采集大堤各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，并能現(xiàn)場顯示和查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)。各個觀測站與監(jiān)測系統(tǒng)中心站采用無線GPRS通訊方式傳輸數(shù)據(jù)，觀測站每天實時發(fā)布數(shù)據(jù)。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(shè)于觀測房內(nèi)。

2.5 信息管理系統(tǒng)軟件

工程安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)軟件是安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)重要組成部分，具有數(shù)據(jù)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(tǒng)進行無縫聯(lián)接。通過使用工程安全監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件，管理人員和上級部門可以及時了解工程當前狀態(tài)，為上級部門決策提供科學(xué)依據(jù)，為洪澤湖大堤工程的長期安全、經(jīng)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(jiān)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(yōu)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(huán)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(jié)束時，鋼弦還繼續(xù)振動，但固有頻率的正弦信號在線圈上逐漸減弱，并傳輸?shù)阶x數(shù)儀上，并在此被解調(diào)和顯示。

3.2 安裝

每支儀器都提供了率定數(shù)據(jù)，包括在特定溫度和氣壓之下的零讀數(shù)。現(xiàn)場的零讀數(shù)要在壓力的溫度修正后應(yīng)與工廠的讀數(shù)基本一致，其差別在20個字之內(nèi)。

（1）在測壓管中的安裝

首先建立零讀數(shù)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?jié)B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(shù)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(shù)儀的讀數(shù)、電纜的連接造成影響，數(shù)據(jù)傳輸具有很好的可靠性和穩(wěn)定性。

4 使用效果

安全監(jiān)測系統(tǒng)運行至今，75只滲壓計數(shù)據(jù)均能無障礙地傳輸至控制中心，太陽能設(shè)備在連續(xù)陰雨天10-15天內(nèi)可以正常工作，系統(tǒng)運行基本正常。

4.1 管理系統(tǒng)軟件運行情況

安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)軟件運行正?？煽?，能夠及時準確的提供監(jiān)測數(shù)據(jù)報表、數(shù)據(jù)分布曲線和堤身浸潤線等資料。

4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性

為了驗證自動化觀測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行對比。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、校正，自動化和人工觀測數(shù)據(jù)差值趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

2014年7 月，安全監(jiān)測系統(tǒng)工程進行試運行，從實際運行效果看，該安全監(jiān)測系統(tǒng)工程功能實用，技術(shù)先進，性能可靠，結(jié)構(gòu)開放。正常情況下系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸均能做到準確、可靠和及時，設(shè)備運行比較正常，實現(xiàn)了安全數(shù)據(jù)采集的自動化、數(shù)據(jù)處理的模型化。但在數(shù)據(jù)的深入分析和評判的智能化方面存在不足，需加強對數(shù)據(jù)的分析和系統(tǒng)的維護。

[1] 方衛(wèi)華,水工建筑物安全監(jiān)測自動化技術(shù)研究[M].河海大學(xué),2006.

[2] 李珍照,大壩安全監(jiān)測[M].中國電力出版社,1997.

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