大坝渗压监测技术在引嫩渠首扩建工程的应用

付 庆，刘晓臣，王越宇

(黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江 大庆160000)

北部引嫩渠首位于讷河市拉哈镇西北约7.0 km处，距尼尔基水库25 km。1976年投入运行，工程现状为无坝引水，渠首包括引水口工程和江道整治工程。自1976年建成投入运行以来已有28 a，工程经历了3 次大的整修加固，已在引水口以上约7 km江段內的3个弯道平顺联接形成“S”型弯道。

为了保证工程运行安全，保证大庆石油化工企业用水，北引渠首改建为有坝渠首，新建进水闸3孔，泄洪水闸12 孔，为了保证新建闸门、坝体的安全，在渠首新建坝体中安装了33 处渗压计，监测坝体渗流压力，以保证坝体的安全运行。

1 渗压计的工作原理及选用

1.1 振弦式渗压计的工作原理

渗压计的传感器元件就是一根与压力膜片接触的振弦，由安放在相连的管子周围的两个电磁线圈激振动，而膜片上所受的压力将引起振弦的拉伸变化。拉伸的幅度与振动成比例，且与振弦的自振频率有关。与电磁线圈相连的读数仪激励线圈，从而使振弦产生振动。同时，振弦的振动会在线圈中产生交流电压，信号被读数仪放大，这些信号决定于振弦的共振频率［1］。振弦技术的独特优势，是频率输出信号不受电缆电阻或者接触电阻的影响，电缆的长度可达1.6 km。

1.2 渗压计的选用

选用北京基康有限公司生产的BGK4500S 系列振弦式渗压计，其适合埋设在水工建筑物、基岩内或安装在测压管、钻孔、堤坝管道和压力容器里，测量孔隙水压力或液体液位，其测量结果可直接换算成水位的形式显示。其各种性能非常优异，其主要部件均用特殊钢材制造，适合各种恶劣环境使用。特别是在完善电缆保护措施后，可直接埋设在对仪器要求较高的碾压混凝土中。标准的透水石是用带50 μm小孔的烧结不锈钢制成，具有好的透水性。本工程选用0.35 MPa量程的传感器;分辨力:0.025%FS;测量精度:直线公式0.5% FS;多项目式公式0.1%FS。选用的所有渗压计均安装在测压管内，渗压计安装在测压管的方法步骤如下:

1)建立零读数(基准值)，先测量测压管内的水位，记录水位的位置，将渗压计透水石浸透以后吊放到测压管内水位以上1 m左右的位置，静止30 min以上，使渗压计测量环境与周围的环境一致，再测量渗压计的频率和温度，以此作为零读数，也是渗压计的基准值。如图1 所示［2］。

图1 渗压计测压管内安装示意图

2)将渗压计继续放入测压管，一般放到死水位时测压管水位以下，在孔口固定电缆，测量渗压计读数。如图2 所示。

3)渗压计的悬吊，在安装过程中渗压计的悬吊非常重要，如果用电缆来直接悬吊渗压计，由于渗压计的电缆本身比较细，在渗压计及电缆本身重量的长期作用下会产生蠕变，因此渗压计的高程也会变化，从而影响测值的精度，特别是当测压管深度较深时，这种影响更加明显，因此在实际安装过程中，采用不锈钢丝来悬吊渗压计和电缆，使电缆处于不受力的状态，从而避免上述问题［3］。

图2 渗压计测压管内安装示意图

2 监测项目及测点布置

2.1 坝体渗流压力

选取3个监测断面(桩号:0 +600、1 +400、2 +300)，包括观测断面的压力分布和浸润线位置的确定。根据断面形状及地质情况，在每个观测断面的上游侧、下游侧、马道附近(高程178.80)等处分别布设渗压计。3个监测断面共计布设18 支渗压计。

2.2 泄洪闸堰基渗流压力(扬压力)监测

在泄洪闸4个断面的闸室前、中、后分别布置3支渗压计，共计12 支渗压计，用来监测泄洪闸底板的扬压力。

2.3 进水闸渗流压力

在进水闸断面的闸室前、中、后分别布置3 支渗压计，用来监测进水闸底板的扬压力。

3 数据采集装置系统

数据采集装置是大坝安全监测自动化系统得核心部分，主要由机箱、测量模块、电源模块、防雷模块、温控防潮模块等组成。各种测量模块均设计有独立的CPU、实时时钟、掉电保护数据存储、数据通讯等功能，可对工程变形、渗流、应力应变、等监测项目设置仪器设备(采用或转换为电信号)进行自动监测。由于数据采集装置内部采集模块的独立性，使分布式数据采集进一步分散到模块一级，系统的故障率进一步降低，采集速度和可靠性大为提高。数据采集装置(MCU)可接收采集计算机的命令设定、修改实时时钟和测控参数，保证各数据采集装置(MCU)实时时钟的一致性，将测控参数等存储在掉电保护数据存储器中，保证设置的参数、测量数据等不会丢失。

考虑到本工程所在地为寒冷地区，冬季温度很低，数据采集装置内置加热装置，当采集装置内温度低于设定温度时，自动启动加热装置，升高采集装置内的温度，保证采集装置正常工作。依据本工程需要，考虑监测功能及自动化系统的性能价格比，选择南京卡尔胜水电科技有限公司生产的NCT3000 型安全监测自动化系统，该系统的特点是技术先进，功能强大，测值准确、可靠性高、实用方便，性价比高。

数据采集装置配备数据采集主机、服务器、便携式计算机、不间断电源、隔离稳压电源、打印机等。数据采集主机控制所有数据采集装置的运行，服务器负责数据的存储及与其它系统的接口。在渠首管理站配置数据采集工作站一台，作为数据采集网络的监控主机，管理人员可通过本机进行数据采集网络的管理，也可通过网站的信息管理主机进行远距离控制，实现自动化数据浏览和管理。

［1］葛守西. 现代洪水预报技术［M］. 北京:中国水利水电出版社，2003:20－23.

［2］马树廷. 流域水文模拟——新安江模型与陕北模型［M］.水利电力出版社，1984:77－78.

［3］李炜. 水力计算手册［S］. 北京:中国水利水电出版社，2006.