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水库大坝渗压监测系统

水库大坝渗压监测系统

1. 设计内容

水库闸坝、输水隧洞等重要水利工程自动化监测及**评估系统的设计内容大致可以归纳为以下几个如下：
1. 水工**监测系统：包括坝体渗流量监测、测压管及传感器埋测、库水位监测、库位移观测等；
2. 闸门自动监测：包括输水闸门的自动控制监测及溢洪道闸门的图像监视；
3. 所有监测仪器的防雷措施；
4. 整体监测系统的控制显示、管理软件等；
5. **评估软件。

2. 技术路线
结合水利工程的**监测需求情况，建立以信息采集为基础、通讯系统为保障，计算机网络系统为高速公路、决策支持系统为核心的自动化**监测及**评估系统，实时对水库库区及重要水工建筑物的**监测监视、重要的溢洪道和输水隧洞闸门运行监测、洪水预报等功能，为防汛供水管理的科学决策提供准确、及时的信息和科学的依据。另外还可为社会提供防汛供水信息服务，为社会经济发展发挥更大的效益。

2.1**监测设计原则
★ 应**反映被监测建筑物的工作状况，目的明确，重点突出，对坝体测压管压力、渗流量、库水位、位移等观测项目综合考虑；
★ 宜选地质、结构复杂及有代表性的测点，进行监测；
★ 观测项目测点布设宜集中，监测方法宜简捷、直观、满足精度要求，重点部位的观测值务求可相互校核；
★ 应排除或避免影响精度的因素，监测仪器及导线应有必要的保护装置；
★ 选择精度可靠，稳定耐久的仪器设备，以自动观测技术为主，人工观测为辅，保证观测数据连续可靠；
★ 尽可能利用国内外*先进的仪器和技术设备，并达到高效、节能、节约的目的。

2.2**监测点布设工作条件
★ 应具有良好的照明、交通、防潮、防寒作业条件；
★ 满足施工期观测条件，尤其应确保初蓄水时，基准期观测资料的完整性；
★ 宽缝、排水廊道应配备抽水设施，以便排干检查。

2.3监测系统设计依据
☆ 水库**管理条例
☆ 国家三角测量规范（GB/T17942－2000）
☆ 水库大坝**评价导则（SL258－2000）
☆ 水利水电工程结构可靠度设计统一标准
☆ 水利水电工程地质观测规程（SL245－1999）
☆ 防洪标准（GB50201－94）
☆ 土石坝**监测技术规范（SDL336－89－1994）
☆ 水工建筑物抗震设计规范（SL203－97）
☆ 建筑抗震设计规范（GB50011－2001）
☆ 相关设备厂商提供的技术资料
☆ 客户的实际需求

2.4实现方法
建立一个中心站，及若干分站。各类不同类型量测项目，分类接到不同的检测单元MCU，再由通讯电缆/光缆把数据和图像信号先送到分站，分站上传到管理中心站，实现集中管理。中心站具有功能强大的软件包，可分析、处理及管理有关数据和信息，并可随意检索监测内容，或用大屏幕进行显示。中心站可设立自己网页，与广域网络联接，供上**管理部门调用、监测。为将来更大范围的管理网络信息化打下基础。

2.5系统建设目标
系统建设达到以下目的：
**实现大坝、闸门、溢洪道等水工建筑的渗压、渗流、应变等参数的自动化监测和监测数据的计算机管理；
实现对水库重点位置（如闸门、溢洪道等）的图像集中监控、图像远程传输及图像存贮、回放；
建立调度中心计算机局域网系统，实现各监测子系统数据的计算机管理，建立专业数据库，提供数据访问服务；
开发**诊断、洪水预报、水质分析评价等计算机辅助分析软件，用于水库综合调度及管理；
培养一批懂技术的现代管理人材，以保证该系统的正常运行并发挥作用。

3. **监测系统
**监测系统的通信网络示意图如下：
监测点数据通过通信电缆/光缆就近接入到MCU站房内，通过光端机传输到中心及分中心站，实现监测数据/监视图像的集中处理。

通信系统示意图

在**监测系统采用光纤式传感器的情况下，分布在各个监测点的传感器将数据接入DMI，通过串口服务器及光纤转换器传输到中央控制室，接入中央控制室以太网主干。

远程控制与评估**系统布置在隧洞管理处的隧洞运行调度控制中心。设置网络服务器，用于存贮监测数据库、通过Web查询服务和运行隧洞**评估系统；另设置计算机作为工作站，用于采集监测数据和监测系统的控制，如设置DMI的数据采集周期等，工作站利用RS232串行口，通过串行口1至4转换器和工业光纤连接器接单模光缆与DMI读数仪相连。服务器和工作站通过标准网络交换机连接。

在广泛采用传统监测手段的情况下，我们也对采用声发射检测技术等新技术手段进行水利工程**监测做了有益的尝试，并取得了可喜的成果。

声发射检测技术是研究岩石力学性质的一种声学方法。岩体在发生破裂、滑移、坍塌等破坏时，主要与裂纹的产生、扩展及断裂过程有关。在岩体的裂纹形成或扩展时，造成应力松弛、储存的部分能量以应力波的形式突然释放出来，从而产生声发射现象。通过对岩体的声发射信号的分析和研究，可推断岩体内部的动态变化，反演岩体的破坏机制。近年来，声发射检测技术作为一种检测岩体内部状态变化的工具，已越来越多地应用于预测、预报岩石坝体工程的破坏进程。

目前，大多数声发射技术研究及应用采用的还是延用了几十年的声发射信号特征主要参数的提取。为了充分利用声发射信号的信息，提高声发射检测的能力，我们在全波形声发射信号采集及分析技术方面进行了大量的研究。

总体方案设计
该套监测系统的设计思想是通过远程、多通道实时采集坝体内部岩体的声发射波形信号，通过远程RS－485通信送入计算机进行显示、处理，并通过利用神经网络、模式识别等方法来对采集到的各种数据进行分析、处理，来预测坝体内部岩体的活动情况，并对坝体内部的滑移、破碎、坍塌等各种异常情况作出预警处理。

该套检测系统的工作原理如图1所示。其硬件部分主要由以下两部分组成：
1设计一远程数据采集模块：该模块能不失真地采集声发射波形信号，并要求能长时间地连续正常工作，并具有较强的抗干扰能力。

2实现多个模块与IPC机的远程通信：根据现场需求一套系统要配有8-10个数据采集模块。模块与IPC机的通信距离*大为800M。其基本要**能将各个模块采集的数据正确地传输到IPC机，并要求有至少几十K的传输速率，以使该系统具有较好的实时性。

图1 声发射监测系统原理图

图2 声发射监测系统监测到的信号

声发射监测不仅可用来监测水库施工过程中的岩石、坝体应力释放和滑移等情况，也可对水库使用过程中的**状况进行在线监测，如监测渗流和堤坝基石运动情况等。下面几幅图是我们对小浪砥渗流和堤坝基石运动的声发射检测结果。

4. **评估系统
**评估系统根据实时监测信息，利用智能专家系统对**状态进行定量评估，以便及时发现运行过程的非**因素，为运行决策部门分析判断工程的**性提供依据。

整个工程的**性往往受制于某个或数个子系统的**性，从而要求评估系统对每一个子系统进行同等重要的监测。因此**评估系统应具有同时处理多个子系统的功能，根据监测数据变化情况自动地启动**评估系统对其进行评估。

对于已运行多年的水利工程，新埋设的监测系统只能得到相对于当前状态的各种物理量的变化值，而仅使用这些物理量的变化值不能对**状态直接进行评估，需要知道目前的受力变形情况和**状态。因此**评估系统包括初始受力状态反演和基于监测信息的**评估系统两部分。

**评估系统具有知识库、结构反分析程序库、智能推理子系统、多媒体人机交互子系统等部分组成。知识库是对监测数据库进行加工，得到智能推理判断的必备知识；结构反分析程序库是利用有限元法或边界元法对隧洞结构进行正分析和反分析，以便了解结构的工作状态；智能推理子系统利用知识库对系统进行训练，并根据结构的工作性态对隧洞的**进行评估判断，定量地给出结构的**程度；多媒体人机交互子系统借助于现代的多媒体技术，提供隧洞**的各种图表显示输出以及生成文字报告等。

5. 主要工程及成果
1. 密云水库**溢洪道**监测。在**溢洪道上安装了电阻温度计、测缝计、卡尔逊应变计、钢筋应力计等。
2. 引滦入津输水隧洞自动化**监测与评估系统
3. 龙羊峡、二滩动力特性的原型观测和分析研究，并结合三维电算，取得了较好的科研成果并获得国家教委科技进步二等奖。
4.清华大学水利水电工程系与西北水电勘测设计院等兄弟单位合作研究的“高坝**监测技术及反馈”成果，获得1995年国家科技进步二等奖。
5.1990年底利用山西大同地震余震对册田水库大坝进行特性的观测及分析研究，采用清华大学研制成功的地震自动跟踪记录装置，获得10多次宝贵的实际地震时的原位测试资料。
6.福建溪柄水电站碾压混凝土薄拱坝的**监测。原型观测系统包括坝体位移、坝体温度、坝体混凝土应变、人工短缝开合度观测及渗压计等观测项目。设置了大坝**监测自动采集系统，编制了中文界面、Windows风格的大坝**监测系统软件。进行了施工期、蓄水期的**监测和数据分析，为大坝**运行提供了资料。
7. 三峡长久船闸坝体检测系统
8. 河南小浪砥渗流和堤坝基石运动声发射检测系统

技术及产品
1.故障诊断用特殊传感器。国家“七五”科技攻关项目。主要研究适用于不同环境条件下的各种类型的传感器，其中高稳定度电涡流传感器获北京市科技进步三等奖。

2.监控仪表系统方面的工作。已研制出大型机组监控用的系列仪表，其中轴振动、轴位移、轴转速监视仪获北京市科技进步三等奖；8500电涡流传感器及监视仪表系统获国家教委科技进步二等奖。

3.汽轮发电机组状态监测与故障诊断**保护系统。参加了国家“七五”重点科技攻关项目“200MW汽轮发电机组监测、故障诊断系统”和国家“八五”重点科技攻关项目“大型旋转机械状态监测分析及故障诊断系统”。其中所研制的“BB-1电站专用旋转机械监测诊断装置”获国家重大技术装备成果奖；“ZHX-10型200兆瓦汽轮发现机组监测、故障诊断系统”获国家“七五”攻关重大成果奖；“大型汽轮发电机组监测故障诊断系统”获机械部科技成果一等奖及国家教委科技成果二等奖。

4.应用红外发射光谱分析技术、铁谱技术并结合磨损失效机理对设备进行磨损状态监测与故障诊断。该技术成功地应用于民航波音747航空发动机、坦克发动机及内燃机车发动机等，该项成果获国家教委科技进步三等奖。

5. 智能数据采集系统与计算机监控系统。

关键词：水库大坝渗压监测系统，水库大坝渗压监测，大坝渗压监测，水库渗压监测

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