白沙水库大坝安全自动化监测

□赵 翼 □赵丽朋（河南省白沙水库管理局）

白沙水库大坝安全自动化监测

□赵 翼 □赵丽朋（河南省白沙水库管理局）

文章通过对白沙水库大坝安全自动化监测施工方案及具体过程的分析，提出了对方案优化的合理建议。

自动化监测；施工方案；大坝安全；白沙水库

一、概述

河南省白沙水库位于淮河支流沙颍河上游，坝址在河南省禹州市境内。枢纽建筑物主要由拦河大坝、溢洪道、输水洞、堵坝、东西副坝等工程组成。水库是50年代初建成的大型水库之一，历经数次改造、扩建、加固，仍存在洪水标准低、坝基渗漏、坝体产生大量变形和裂缝等问题，故于2003年5月开始对水库工程进行除险加固。除险加固后主坝坝长为1330m，最大坝高为48.4m，溢洪道泄洪闸也改为5孔9.5m×12m弧型钢闸门。

本次自动化工程为除险加固工程项目，将19个坝基扬压力观测点、10个坝体浸润线观测点、1个坝体渗漏观测点、1个上游水位观测点和1个气温观测点纳入自动化系统。在每个观测点安装传感器并将电缆接入自动化采集系统，通过计算机控制采集系统对各监测点实施自动化监测。

二、各监测点的布置

（一）坝体浸润线监测

在主坝0+279、0+947两个断面埋设坝体浸润线测压管，每个断面5根，共10根，坝体浸润线测压管均位于原测压管附近，以便新旧实测渗压力相互对比。

（二）坝基扬压力监测

于主坝0+280、0+574、0+945设3个坝基测压管观测断面，每个断面5支，共15支。另外在两坝肩（0+100，1+100）各设2个坝基测压管。

（三）坝体渗流量监测

黑龙滩是主坝坝基渗流出口，它的流量变化与大坝坝基稳定关系十分密切，故在此处设有三角形量水堰进行渗流量观测。

三、监测设备

（一）渗压计

渗压计用来测量浸润测管、坝基测压管（扬压力）和上游库区水位。由于各浸润测点和扬压力测点分布较散，传感器电缆较长，雷击问题突出，所以传感器应选用输出频率信号的钢弦式渗压计。钢弦式渗压计内无电子元件，抗雷击性能良好，输出的频率信号能传输600m以上。根据白沙水库实际情况，选用南瑞公司的NVP型渗压计。其技术指标如下,量程：200kPa；分辨率：0.05%F.S.；精度：≤0.5%F.S；温度系数：＜0.05%F.S./℃；温度测量范围：0℃～+60℃；所用电缆：4芯专用屏蔽电缆（红黑白绿芯线）；测量模块：NDA1403。

（二）量水堰计

量水堰计安装在黑龙滩量水堰槽内测量堰槽内水面高度。量水堰计要求测量精度高，抗雷击性能好，传输信号远，与渗压计输出信号相同。工程选用南瑞公司生产的NVWG型钢弦式量水堰计内无电子元件，输出与渗压计相同的频率信号，其技术指标如下，量程：0～300mm；分辨率：≤0.05%F.S.；精度：≤0.5%F.S.；长期稳定性：＜0.1%F.S./yr；环境温度:0～＋60℃；所用电缆：4芯专用屏蔽电缆（红黑白绿芯线）；测量模块：NDA1403。

（三）自动化采集系统

自动化采集系统选用南瑞公司研制生产的DAMS-IV型自动化采集系统，特点如下。

·开放式结构，智能分布、高精度、稳定可靠，具有高抗干扰及防雷电感应能力；

·每个DAU由若干个不同类型的智能采集模块（NDA）、通信模块和电源模块组成，并配有防雷、防潮及浮充蓄电池供电等部件；

·广泛的传感器兼容能力，通过配置不同的NDA系列智能采集模块，可接入各类监测仪器；

·NDA具有独立的CPU、时钟、数据存储、数据通信等功能，每个NDA可配置16个通道，使分布式数据采集进一步分散到模块一级；

·通信方式：本工程选用GPRS无线通信方式；

·供电方式：本工程采用集中AC220V供电；

·强大的自诊断功能。

四、系统工作原理

现场采用移动公司GPRS通信，每个DAU安装1台GPRSModem，监测计算机通过移动公司网站向DAU发送和接收数据。传感器接入DAU内的采集模块，模块根据监测计算机指令对传感器进行测量并传递数据给监测计算机。

五、系统安装方案

（一）渗压计安装

依照设计及现场放样，精确确定渗压计的接长电缆。电缆接长应牢固，接头处作好绝缘处理；电缆头部的标记应醒目、牢固、耐久、不易损坏；根据设计情况确证渗压计的安装位置。渗压计必须安装在测压管内最低水位以下约1m的位置；安装前安装人员必须进一步确证测压管的测值变化情况，检查以前的人工测值变化范围，并对测压管水位进行实际测量，保证设计的仪器安装位置与实际情况相符；安装前用小仪表或数据采集单元对仪器进行测量，并记录测量值；按照安装图安装测压管管口附件，将仪器电缆固定；将仪器安装到位，记录下仪器的安装位置，对仪器进行测量，同时测读测压管内水位、孔内电缆长度、仪器编号等初始安装参数并记录；连接传感器电缆；电缆钢管保护，引至DAU测站；人工测读管内水位，自动化测量仪器频率并记录，以作为软件初始化数据。

（二）量水堰计安装调试

开挖仪器埋设坑，该坑的深度与堰槽深度相当；将连通管与仪器埋设坑连接；将仪器水平地固定在埋设坑内；将电缆接入相应的DAU模块；测量仪器频率，同时人工测量堰上水头高度并记录，作为软件初始化数据。

（三）DAU数据采集单元安装调试

在主坝上修建3个DAU保护房，修建尺码为1m×1m×1m。数据采集装置的安装位置要考虑仪器接入，DAU维护方便，一般在观测站中高度不宜超过1.6m，用4个地脚螺栓连接，安装后机箱平整，仪器进线整齐、标识明确，信号线、通讯线、电源线与DAU接线端子的接头均用镀银冷压接头冷压，按模块接口定义接入，以保证可靠性。将机箱的接地端子连接到观测站地线上。

（四）电缆的铺设、保护与连接

1.电缆的埋设与保护

安装传感器和DAU采集单元前先铺设电缆。每个测点至相应的DAU之间必须各铺设一条传感器信号电缆（4芯屏蔽电缆），DAU与DAU之间必须铺设一条电源电缆（2芯电源电缆）。为防止雷电给系统带来致命破坏，所有电缆必须用钢管保护。先将电缆按所需实际长度并放少许余量截好，穿入钢管并做好接头处理。钢管经过下一测点时用三通将测点电缆汇集到钢管中。钢管中的电缆必须松弛，防止温度变化拉断电缆。钢管连接好后，沿钢管经过路线开沟，将钢管埋入后恢复原状。

2.电缆连接

观测电缆在仪器埋设点附近应预留一定的富余长度，以方便电缆焊接。在观测仪器引线进行必要的连接、套接和安放前后，必须进行通电测试。连接前的准备工作如下：应根据监测设计和现场情况准备仪器的加长电缆；按照规范的要求剥制电缆头，去除芯线铜丝氧化物；连接时应按规范规定使各芯线接头错开，采用锡和松香焊接，检查芯线的连接质量。

六、建议

在传感器伸入管内过深时，传导信号的光缆承受拉力有限，应在管内设一受拉钢丝绳，使钢丝绳承受传导光缆及传感器的重量，以防止由于重力过大传导光缆受力过紧而影响信号的传导。光缆埋设过程中，在钢管的外侧隔一段距离最好埋设一地埋线，以防止雷电对光缆传导信号的影响。

2010-05-19