北江大堤渗流自动监测技术的研究及应用

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1、北江大堤渗流自动监测技术的研究及应用-工程设计简介：北江大堤上下灵洲段测压管自动化监测系统是“北江大堤安全监测预警系统”的关键技术之一，是为“预警系统”所进行的部分前期工作。该技术是真正意义上的分布式安全监测系统，它能适用恶劣的环境，安装方便，组网灵活，不受场地的限制，可埋设在泥土里，较好地解决了北江大堤的防盗难题。关键字：北江大坝渗流监测数据采集1概述　　北江流域水患历来十分突出，是我省的重点防洪区域，作为防洪抗灾的主要设施——北江大堤的安全十分重要，它直接关系到整个流域及珠江三角洲人民生命财产的安全。确保北江大堤的安全，就是确保人民生命财产的安全，也是确

2、保我省20多年以来的改革开放的成果。我们必须走“科技兴水，科技兴省”的道路，充分运用现代科学技术，采取一定的非工程措施，对影响堤围安全的一些重要因素进行必要的监测和分析，确保能够实时地掌握大堤的运行情况及安全状态。　　为了更好地管理北江大堤，实现水利现代化，广东省北江大堤管理局委托广东省水利水电科学研究院对石角上下灵洲段的3个断面(7+330、7+505、7+932)　的15孔测压管进行渗流自动化监测工程的试点工作。　　北江大堤石角段约5.4km，由于大堤修筑在深厚冲洪积层上，强透水砂层及卵石层厚达20m以上，历史上曾多次决堤，是北江大堤的险段之一。　　自2

3、0世纪80年代以来，大堤经过多次加高、培厚、压渗、减压、排渗等工程处理，特别是1990年至1994年进行了四期高压定喷防渗处理，投入了大量的人力和物力，但是在1994年及1997年较大洪水时，仍出现了一些险情。　　石角段现有测压管83孔，用来观测堤坝的渗漏和浸润线，测点的分布广而散，一些测点穿过村庄(如桩号8+806、8+930等)，有的测点则跨过池塘(如桩号8+504)。目前，这些测压管内的水位，全部采用人工的观测方法进行施测。巡测一遍需要花费很多的时间和精力，测量的结果和精度与监测人员的素质关系较大。如果是在防洪抢险的紧急时期，靠人工观测数据，则很难满足

4、要求，因为这时需要一小时或更短的时间测量一次数据，这样就必需投入大量的人力物力，而且还容易出现错测漏测现象。只有实现了安全监测自动化，才能够满足现代水利工程和防洪指挥的需要。实施自动化监测，不仅可以对堤坝的所有监测项目进行实时监测，而且根据测得的数据通过特定的数学模型演算，对堤坝的安全性态可做出预测预报，供有关部门决策。2自动化监测系统　　北江大堤石角上下灵洲段渗流自动化监测系统，主要由传感器、分布式数据采集模块、通信线路、防雷器、供电装置等硬件及数据采集、远程监控、通信、数据库、数据分析和信息管理等软件部分构成。系统网络结构见图1所示。　　2.1传感器的选

5、型与检测　　据相关专家对堤坝渗流的长期研究，认为要准确地掌握堤坝的渗流状态，测压管内水位监测的精度应在0.02mH2O以内，才能够满足安全分析及预测预报的需要。因此，堤坝的渗流监测对传感器的技术要求较苛刻。图1系统网络结构图　　根据我们长期从事安全监测的实践经验及北江大堤的具体情况，本自动化监测系统选用MPM426W压阻式液位压力传感器，其敏感元件为瑞士KELLER公司生产的高稳定性PR-10系列带隔离膜扩散硅，精度为0.1%F.S。该传感器的压力与温度信号，经专用放大电路的多路14位A/D转换(转换速率＞100次/秒)及微处理器的运算、补偿、修正后，再由1

6、6位D/A转换器输出标准的4～20mA模拟信号，输出信号每10ms更新一次。　　用于本工程的所有传感器，除要求生产厂家严把质量关外，我们还专门委托武汉大学对测量精度、零漂和温漂等控制参数，首先进行严格的实验室检验和测试，然后再拿去水库进行实体标定。第一批的15支传感器，经过这些措施的检验和测试，未能达到我们的设计要求，全部退回厂家重新制造。重新生产的15支传感器，仍有一支未能通过检测。经过这样严格的三次检测，本试验段的15支传感器的质量均达到了要求。　　每支传感器检测后的修正数据，输入系统的参数管理数据库。当系统进行数据采集时，采集软件将会根据各支传感器的具

7、体情况，对其输出的结果进行自动修正。用户可通过RS-485接口，对传感器实现全数字化温度补偿及非线性修正。　　2.2分布式数据采集模块　　分布式数据采集模块主要由I/V转换电路、A/D转换电路、单片机、时钟电路、通信接口电路、光电隔离电路、过压保护器以及电源等构成。其电路结构如图2所示。图2数据采集模块结构示意图　　I/V转换电路将传感器输出的4～20mA电流信号转换成1～5V的标准电压信号，A/D转换电路将1～5V的模拟信号转换为数字信号。单片机对采集的数据进行预处理，以获得测点的水位值，然后，将测点号、水位值及测量时间等存放在数据存储区。数据存储区可存储

8、10天的测量信息。　　数据采集模块每天定时地自动地进