白沙水庫大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測

□趙 翼 □趙麗朋（河南省白沙水庫管理局）

白沙水庫大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測

□趙 翼 □趙麗朋（河南省白沙水庫管理局）

文章通過對白沙水庫大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測施工方案及具體過程的分析，提出了對方案優(yōu)化的合理建議。

自動(dòng)化監(jiān)測；施工方案；大壩安全；白沙水庫

一、概述

河南省白沙水庫位于淮河支流沙潁河上游，壩址在河南省禹州市境內(nèi)。樞紐建筑物主要由攔河大壩、溢洪道、輸水洞、堵壩、東西副壩等工程組成。水庫是50年代初建成的大型水庫之一，歷經(jīng)數(shù)次改造、擴(kuò)建、加固，仍存在洪水標(biāo)準(zhǔn)低、壩基滲漏、壩體產(chǎn)生大量變形和裂縫等問題，故于2003年5月開始對水庫工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固。除險(xiǎn)加固后主壩壩長為1330m，最大壩高為48.4m，溢洪道泄洪閘也改為5孔9.5m×12m弧型鋼閘門。

本次自動(dòng)化工程為除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目，將19個(gè)壩基揚(yáng)壓力觀測點(diǎn)、10個(gè)壩體浸潤線觀測點(diǎn)、1個(gè)壩體滲漏觀測點(diǎn)、1個(gè)上游水位觀測點(diǎn)和1個(gè)氣溫觀測點(diǎn)納入自動(dòng)化系統(tǒng)。在每個(gè)觀測點(diǎn)安裝傳感器并將電纜接入自動(dòng)化采集系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)控制采集系統(tǒng)對各監(jiān)測點(diǎn)實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測。

二、各監(jiān)測點(diǎn)的布置

（一）壩體浸潤線監(jiān)測

在主壩0+279、0+947兩個(gè)斷面埋設(shè)壩體浸潤線測壓管，每個(gè)斷面5根，共10根，壩體浸潤線測壓管均位于原測壓管附近，以便新舊實(shí)測滲壓力相互對比。

（二）壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測

于主壩0+280、0+574、0+945設(shè)3個(gè)壩基測壓管觀測斷面，每個(gè)斷面5支，共15支。另外在兩壩肩（0+100，1+100）各設(shè)2個(gè)壩基測壓管。

（三）壩體滲流量監(jiān)測

黑龍灘是主壩壩基滲流出口，它的流量變化與大壩壩基穩(wěn)定關(guān)系十分密切，故在此處設(shè)有三角形量水堰進(jìn)行滲流量觀測。

三、監(jiān)測設(shè)備

（一）滲壓計(jì)

滲壓計(jì)用來測量浸潤測管、壩基測壓管（揚(yáng)壓力）和上游庫區(qū)水位。由于各浸潤測點(diǎn)和揚(yáng)壓力測點(diǎn)分布較散，傳感器電纜較長，雷擊問題突出，所以傳感器應(yīng)選用輸出頻率信號的鋼弦式滲壓計(jì)。鋼弦式滲壓計(jì)內(nèi)無電子元件，抗雷擊性能良好，輸出的頻率信號能傳輸600m以上。根據(jù)白沙水庫實(shí)際情況，選用南瑞公司的NVP型滲壓計(jì)。其技術(shù)指標(biāo)如下,量程：200kPa；分辨率：0.05%F.S.；精度：≤0.5%F.S；溫度系數(shù)：＜0.05%F.S./℃；溫度測量范圍：0℃～+60℃；所用電纜：4芯專用屏蔽電纜（紅黑白綠芯線）；測量模塊：NDA1403。

（二）量水堰計(jì)

量水堰計(jì)安裝在黑龍灘量水堰槽內(nèi)測量堰槽內(nèi)水面高度。量水堰計(jì)要求測量精度高，抗雷擊性能好，傳輸信號遠(yuǎn)，與滲壓計(jì)輸出信號相同。工程選用南瑞公司生產(chǎn)的NVWG型鋼弦式量水堰計(jì)內(nèi)無電子元件，輸出與滲壓計(jì)相同的頻率信號，其技術(shù)指標(biāo)如下，量程：0～300mm；分辨率：≤0.05%F.S.；精度：≤0.5%F.S.；長期穩(wěn)定性：＜0.1%F.S./yr；環(huán)境溫度:0～＋60℃；所用電纜：4芯專用屏蔽電纜（紅黑白綠芯線）；測量模塊：NDA1403。

（三）自動(dòng)化采集系統(tǒng)

自動(dòng)化采集系統(tǒng)選用南瑞公司研制生產(chǎn)的DAMS-IV型自動(dòng)化采集系統(tǒng)，特點(diǎn)如下。

·開放式結(jié)構(gòu)，智能分布、高精度、穩(wěn)定可靠，具有高抗干擾及防雷電感應(yīng)能力；

·每個(gè)DAU由若干個(gè)不同類型的智能采集模塊（NDA）、通信模塊和電源模塊組成，并配有防雷、防潮及浮充蓄電池供電等部件；

·廣泛的傳感器兼容能力，通過配置不同的NDA系列智能采集模塊，可接入各類監(jiān)測儀器；

·NDA具有獨(dú)立的CPU、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信等功能，每個(gè)NDA可配置16個(gè)通道，使分布式數(shù)據(jù)采集進(jìn)一步分散到模塊一級；

·通信方式：本工程選用GPRS無線通信方式；

·供電方式：本工程采用集中AC220V供電；

·強(qiáng)大的自診斷功能。

四、系統(tǒng)工作原理

現(xiàn)場采用移動(dòng)公司GPRS通信，每個(gè)DAU安裝1臺(tái)GPRSModem，監(jiān)測計(jì)算機(jī)通過移動(dòng)公司網(wǎng)站向DAU發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。傳感器接入DAU內(nèi)的采集模塊，模塊根據(jù)監(jiān)測計(jì)算機(jī)指令對傳感器進(jìn)行測量并傳遞數(shù)據(jù)給監(jiān)測計(jì)算機(jī)。

五、系統(tǒng)安裝方案

（一）滲壓計(jì)安裝

依照設(shè)計(jì)及現(xiàn)場放樣，精確確定滲壓計(jì)的接長電纜。電纜接長應(yīng)牢固，接頭處作好絕緣處理；電纜頭部的標(biāo)記應(yīng)醒目、牢固、耐久、不易損壞；根據(jù)設(shè)計(jì)情況確證滲壓計(jì)的安裝位置。滲壓計(jì)必須安裝在測壓管內(nèi)最低水位以下約1m的位置；安裝前安裝人員必須進(jìn)一步確證測壓管的測值變化情況，檢查以前的人工測值變化范圍，并對測壓管水位進(jìn)行實(shí)際測量，保證設(shè)計(jì)的儀器安裝位置與實(shí)際情況相符；安裝前用小儀表或數(shù)據(jù)采集單元對儀器進(jìn)行測量，并記錄測量值；按照安裝圖安裝測壓管管口附件，將儀器電纜固定；將儀器安裝到位，記錄下儀器的安裝位置，對儀器進(jìn)行測量，同時(shí)測讀測壓管內(nèi)水位、孔內(nèi)電纜長度、儀器編號等初始安裝參數(shù)并記錄；連接傳感器電纜；電纜鋼管保護(hù)，引至DAU測站；人工測讀管內(nèi)水位，自動(dòng)化測量儀器頻率并記錄，以作為軟件初始化數(shù)據(jù)。

（二）量水堰計(jì)安裝調(diào)試

開挖儀器埋設(shè)坑，該坑的深度與堰槽深度相當(dāng)；將連通管與儀器埋設(shè)坑連接；將儀器水平地固定在埋設(shè)坑內(nèi)；將電纜接入相應(yīng)的DAU模塊；測量儀器頻率，同時(shí)人工測量堰上水頭高度并記錄，作為軟件初始化數(shù)據(jù)。

（三）DAU數(shù)據(jù)采集單元安裝調(diào)試

在主壩上修建3個(gè)DAU保護(hù)房，修建尺碼為1m×1m×1m。數(shù)據(jù)采集裝置的安裝位置要考慮儀器接入，DAU維護(hù)方便，一般在觀測站中高度不宜超過1.6m，用4個(gè)地腳螺栓連接，安裝后機(jī)箱平整，儀器進(jìn)線整齊、標(biāo)識明確，信號線、通訊線、電源線與DAU接線端子的接頭均用鍍銀冷壓接頭冷壓，按模塊接口定義接入，以保證可靠性。將機(jī)箱的接地端子連接到觀測站地線上。

（四）電纜的鋪設(shè)、保護(hù)與連接

1.電纜的埋設(shè)與保護(hù)

安裝傳感器和DAU采集單元前先鋪設(shè)電纜。每個(gè)測點(diǎn)至相應(yīng)的DAU之間必須各鋪設(shè)一條傳感器信號電纜（4芯屏蔽電纜），DAU與DAU之間必須鋪設(shè)一條電源電纜（2芯電源電纜）。為防止雷電給系統(tǒng)帶來致命破壞，所有電纜必須用鋼管保護(hù)。先將電纜按所需實(shí)際長度并放少許余量截好，穿入鋼管并做好接頭處理。鋼管經(jīng)過下一測點(diǎn)時(shí)用三通將測點(diǎn)電纜匯集到鋼管中。鋼管中的電纜必須松弛，防止溫度變化拉斷電纜。鋼管連接好后，沿鋼管經(jīng)過路線開溝，將鋼管埋入后恢復(fù)原狀。

2.電纜連接

觀測電纜在儀器埋設(shè)點(diǎn)附近應(yīng)預(yù)留一定的富余長度，以方便電纜焊接。在觀測儀器引線進(jìn)行必要的連接、套接和安放前后，必須進(jìn)行通電測試。連接前的準(zhǔn)備工作如下：應(yīng)根據(jù)監(jiān)測設(shè)計(jì)和現(xiàn)場情況準(zhǔn)備儀器的加長電纜；按照規(guī)范的要求剝制電纜頭，去除芯線銅絲氧化物；連接時(shí)應(yīng)按規(guī)范規(guī)定使各芯線接頭錯(cuò)開，采用錫和松香焊接，檢查芯線的連接質(zhì)量。

六、建議

在傳感器伸入管內(nèi)過深時(shí)，傳導(dǎo)信號的光纜承受拉力有限，應(yīng)在管內(nèi)設(shè)一受拉鋼絲繩，使鋼絲繩承受傳導(dǎo)光纜及傳感器的重量，以防止由于重力過大傳導(dǎo)光纜受力過緊而影響信號的傳導(dǎo)。光纜埋設(shè)過程中，在鋼管的外側(cè)隔一段距離最好埋設(shè)一地埋線，以防止雷電對光纜傳導(dǎo)信號的影響。

2010-05-19