盾華電子 史新華

引言

水閘作為抵御洪水侵襲的關鍵屏障，其結構的穩定性和安全性直接關系到廣大人民群眾的生命財產安全。在眾多影響水閘安全的因素中，滲流問題尤為關鍵。

由于水閘閘基長期處于水體環境中，閘基可能發生滲流現象，不僅可能導致水閘穩定性破壞，還可能引發管涌、滑坡等嚴重災害。

因此，本文本文將從設計人員的角度，分析如何通過先進的技術手段和系統的監測方法對大中型水閘進行滲流監測設計，從而對水閘滲流進行精確監控。

01 確定滲流監測項目

根據的水利部2018年印發的《水閘安全監測設計規范》（SL 768-2018），我們需要根據水閘的規模確定水閘安全監測項目。如下圖所示。

對于大中型水閘，揚壓力監測是必設項目，側向繞滲是可選項目。因此在實際工作中，應用最多的就是揚壓力監測，因此我們以揚壓力作為切入點進行介紹。

02 滲流監測點布設

對于水閘揚壓力而言，其分布如下圖所示，一般在閘門前沿達到峰值，在排水孔或帷幕處折減，并沿著滲徑遞減。

根據這一特性，我們得出如下結論：每個順水流向監測斷面測點應不少于3個，測點宜布置在滲流控制設施前后及排水幕、地下輪線有代表性的轉折處。

為了保證監測點的均勻分布，我們進一步對垂直水量方向測點進行要求：垂直水流向和順水流向斷面應結合布置。宜設垂直水流向監測斷面1~2個;順水流向監測斷面應不少于閘孔數的1/3,并不少于2個，且應在中間閘室段布置1個。

根據上述要求，我們如果想要用最少的滲壓計得到較為全面的滲流監測數據，則可以在水閘閘底板布置3個滲壓監測斷面，每個監測斷面布置3個滲壓計，共計9根滲壓計。

03 設備安裝步驟

在設計文件中，我們需要對設備安裝步驟提出要求。

1.將滲壓計放入水盆里浸泡2小時，使滲壓計透水池充滿水、排空氣泡。

2.將滲壓計提出水面，用振軒讀數儀測讀并記錄無壓狀態下上午基準模數值和基準溫度值，以便于填入軟件計算物理量。

3.將滲壓計用鋼絲繩穿入固定孔并打結，放入管底并懸空掛住，地面淤泥堵塞透水池。

4.在基巖面上埋設滲壓計時，應先在預定位置鉆一個直徑不小于50mm的孔，孔內充填礫石，再將裝入砂袋的滲壓計放到集水孔上。滲壓計就位并固定后，周圍用砂漿糊住。砂漿終凝后，即可在其上澆筑混凝土。

5.在混凝土內埋設滲壓計時，在混凝土澆筑層面處挖15×15×15cm的方坑，將滲壓計進水口朝上放入。

6.從滲壓計引出來的電纜采用Φ50mm的PE管進行保護。

（圖為滲壓計埋設示意圖）

04 自動化監測系統

為了實現自動化監測，我們需要設計水閘滲流自動化監測系統。

水閘滲流自動化監測系統主要由監測儀器、數據采集裝置、計算機及外部設備、通信線路及裝置、電源及防護裝置、防雷裝置、數據采集和管理軟件等組成。防雷方面，根據規范設計要求，現地監測站可直接利用工程的接地設施。接地裝置電阻應小于10Ω。測站設備的引入電纜應采用屏蔽電纜，其屏蔽層應可靠接地。因此在實際工程中，我們將滲壓計埋設好后，一般將防雷工程引至水閘閘室本身的防雷地網中，從而達到設計要求的電阻值。

監測儀器我們一般采用滲壓計。滲壓計也稱孔隙水壓力計，是指用于測量構筑物內部孔隙水壓力或滲透壓力的傳感器，按儀器類型可以分為差動電阻式、振弦式、壓阻式及硅壓式等。其中振弦式滲壓計工作原理是：當被測水壓荷載作用在滲壓計上，將引起彈性膜板的變形，其變形帶動振弦轉變振弦應變的變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振弦并測量其振動頻率。頻率信號經電纜傳輸至讀數裝置，即可測出水荷載的壓力值。

通信通信方面，我們一般采用遙測終端機（RTU）進行數據采集和傳輸。其需要滿足以下幾個條件：

1.數據存儲容量:不少于50測次的數據。

2.測量方式:定時、單檢、巡檢、選測或設測點群。

3.定時采集周期間隔:不大于10min，并可調節。

4.數據采集缺失率:不大于2%。

5.工作環境:溫度和濕度可適應工程現場環境要求。

6.人工觀測接口:人工觀測時不應影響自動化系統的正常運行和接線配置。

電源方面，大中型水閘均有配電箱，因此供電方式以市電為主，一般不考慮太陽能供電。根據水閘的重要性，我們在設計時可考慮配備UPS不間斷電源作為備用電源，這樣可以避免極端天氣導致監測數據間斷。

05 監測頻率

對于安全監測項目，監測人員（一般是施工人員）需要對水閘進行定期監測，水閘滲流壓力監測頻率如下。

監測人員應編制監測儀器設備安裝埋設和維護技術措施，其內容包括：

1）監測儀器設備編碼標識規則；

2）監測儀器設備安裝埋設方法和程序；

3）監測儀器設備安裝埋設詳圖；

4）施工期監測儀器設備的維護措施；

5）質量和安全保證措施；

6）監測儀器設備安裝埋設與工程建筑物施工的協調安排和要求。

在施工過程中，監測人員應及時編制儀器設備安裝埋設的施工記錄和質量檢查報表，其內容包括：

1）監測儀器設備安裝埋設前、后的測試和調試記錄；

2）儀器設備安裝、埋設和調試記錄；

3）安裝埋設質量檢查表和監理人簽證表；

4）施工期監測記錄；

5）質量事故處理記錄。

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