摘要:渗流监测是大坝安全监测的重要内容之一，渗流监测的成果对大坝的安全性、稳定性分析有着重要的作用。文中介绍了托口电站河湾地块渗流监测点进行自动化改造的原因，提出了托口电站河湾地块渗流监测点的自动化改造方法，并详述了自动化改造的整个实施过程。
关键词:水电站；河湾地块；渗流监测；自动化改造
引言
渗流监测是大坝安全监测的重要内容之一[1]。托口电站按设计布设了44个绕坝渗流监测孔，散布于主副坝间河湾地块5km范围内，改造前采取人工观测方式，按每月一次的频次进行测量。由于托口电站渗流监测点广布在河湾山地，施测过程难度较大且单次测量时间较长，无法及时掌握河湾渗流的实时变化情况，无法满足汛期等重要时段渗流数据获取的时效性。因此，为了对托口大坝运行的安全性进行及时、准确、有效的分析评估，有必要对河湾渗流监测点进行自动化改造。本文介绍了托口电站河湾地块渗流监测点进行自动化改造的原因，提出了托口电站绕坝渗流监测点的自动化改造方法，并详述了自动化改造的整个实施过程。
一、渗流监测改造方案
在对原有托口河湾地块渗流监测测点进行全面梳理、分析的基础上，针对上述人工测量模式出现的问题，制定了具体的改造方案：
a .现有50个人工测点全部改造成自动化测点。传感器采用振弦式渗压计，将渗压转换为频率信号通过电缆或GPRS无线传输至测量控制单元，实现自动化采集，以保证重要时段内监测工作连续性和时效性。
b .副坝灌浆平洞内及业主营地共16个测点使用有线方式采集、220V交流电供电，其余布局较为分散的32个测点，每个测点单独设为一个站，使用带有采集功能的GPRS无线通讯模块进行采集、太阳能系统供电。
c . 充分考虑渗流仪器监测应稳定、可靠，在仪器故障情况下可对渗压计进行维护检修，因此预留人工观测条件，在必要时可进行人工比测；同时，可将渗压计从管内取出。
二、渗流监测改造内容
根据以上改造方案，对位于不同位置渗流监测孔进行改造采用的方法也不同。按照采集方式分为：
a. 单站多点采集改造：对主、副坝灌浆平洞内及业主营地内的渗流监测孔，采用在孔底安装渗压计，集中设站，将电缆接入附近的 MCU，实现单站多点采集。
b. 单站单点采集改造：对河湾地块散布的渗流监测孔在孔底安装渗压计，单点设站，而是采用GPRS无线传输，实现单站单点采集。
三、渗流监测改造实施
1、渗压计安装高程确定
渗流监测孔内安装渗压计，安装位置需要参考渗流监测历史监测数据来确定，根据孔内历史最高水位、最低水位来评估安装高程，确保渗压计的有效量程，托口河湾监测测点渗压计设计安装高程见表1。
表1 渗压计设计安装高程
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2、安装前的检查
在安装测压计之前，对安装所用材料的型号、规格进行仔细的检查。
a . 渗压计
为了保证监测成果的可靠性、稳定性，考虑托口大坝安全监测系统的MCU版本兼容性，50支渗压计全部选用南水公司生产的SXX-35型振弦式压力传感器。仪器参数：量程：0～0.35MPa；精度：±0.1%F.S；线性度：≤0.5%F.S；温度范围：-20℃～+60℃。
b . 采集模块
通道数：≥16通道，接入≥16个频率或温度通道；量程：频率400～5000kHz，温度-20～+80℃；精度：频率≤0.2Hz，温度≤0.5℃；分辨率：0.01%；测量时间：2～5s/point；通信接口：EIA-RS-485；存储容量：>100次；工作温度：-10～+50℃。
d . 无线通讯模块
电源：供电电压：5V DC ～ 32V DC；GPRS通信平均功耗：100mA@12V；空闲时设备仍和GSM基站保持信号连接，可以接收短信或GPRS数据；无线射频：EGSM900/1800Mhz；符合ETSI GSM Phase2+标准；符合SMG31bit技术规范。
e . 太阳能供电系统
太阳能板：输出电压17V、功率20W；太阳能充电控制器：防止过充电，供模块使用；蓄电池：容量16Ah。
f . 电缆
渗压计电缆：选用水利部南京水利水文自动化研究所监制生产的DGVWS4型专用的标准4芯双绞屏蔽线作为渗压计电缆，电缆外套采用丁晴橡胶，绝缘电阻在50M欧姆以上。
通信电缆：系统选用水利部南京水利水文自动化研究所监制生产的DGCS2型专用的2芯双绞屏蔽线作为通讯电缆，绝缘电阻在50M欧姆以上。
电源电缆：系统选用水利部南京水利水文自动化研究所监制生产的DGPS2型专用的2芯屏蔽线作为电源电缆，电缆外套采用丁晴橡胶，绝缘电阻在50M欧姆以上。
3、地基的制作和立杆安装
a . 地基：测站的地基采用开挖浇筑混凝土的方法制作；首先开挖约100mm*100mm*80mm的地坑，在坑中绑扎钢筋，打入接地桩以降低接地电阻；然后进行混凝土基础浇筑，地笼中心部位预埋25mm的钢丝软管，方便支撑杆与测压管穿线；浇筑完进行适当的洒水养护，待3d至4d基础牢固后安装测站支撑架。
b . 立杆：测站支撑架采用镀锌钢管焊接而成，外部喷塑。支撑杆下部114mm段长600mm，上部76mm段长240mm，支撑杆下部留有检修孔方便仪器连接和检修。
4、渗压计的安装
渗压计的安装步骤如下：
a . 安装渗压计前人工测量安装前的地下水位高程在安装表格上记录水位高程。
b . 将渗压计及其电缆接上读数仪测取渗压计 在孔口的初始测值及温度并用空壳式气压计测取孔口的大气压 。
c . 将渗压计沿测压管内壁轻轻下放 同时用读 数仪监控渗压计在孔内的状态。
d . 当渗压计达到实测的地下水位处时渗压计 的读数逐步减小，当渗压计下放到设计高程后测读测压管内水位或压力表读数等初始安装参数。
e . 渗压计安装完成后将电缆在测压管内预留 50cm以上使电缆处于松弛状态，并保证管口附件与测压管的结合处不得漏水。
g. 渗压计安装完毕后须对孔口进行保护，管口保护装置侧面开孔方便电缆进入，采用现浇混凝土及孔口保护管，防止雨水流入和人畜破坏，并上锁。
f . 渗压计安装完成后对测压管渗压计进行了人工比测，方法是人工测量的同时自动化也测量一次。
5、电缆的敷设与保护
5.1、电缆走线
1）观测电缆在仪器埋设点附近预留一定的富余长度。电缆牵引方向尽量垂直或平行于混凝土面埋设。
2）施工期电缆临时走线根据现场条件采取相应敷设方法，并加以标志，注意保护。
3）电缆走线敷设时，严格按照电缆走线设计图和技术规范施工，尽可能减少电缆接头。
4）电缆敷设过程中，要保护好电缆头和编号标志，防止浸水或受潮，同时随时检测电缆和仪器的状态及绝缘情况，并记录和说明。
5.2、电缆的连接
监测仪器引线进行必要的连接、套接和安放后，在回填或埋入混凝土中之前，监测仪器引线立即进行测试。仪器电缆也进行通电测试。
1）按照规范的要求剥制电缆头，去除芯线铜丝氧化物；
2）连接时保持各芯线长度一致，并使各芯线接头错开，采用锡和松香焊接，检查芯线的连接质量；
3）芯线搭接部位用电工绝缘胶布和橡胶带包裹，电缆外套用热缩套管密封；
5.3、电缆保护
为防止电缆受到机械损伤或盗窃等人为损害并防止雷电感应电流的损害，保护电缆的钢管需接地，钢管与钢管之间采用套管，要尽可能多点接地，钢管地埋50cm，钢管的接地电阻小于5欧姆。
本项目电缆敷设主要集中在副坝平硐、主坝平硐和业主营地周边。
1）副坝平硐11个测点，仪器电缆集中到洞口靠近原系统采集箱安装，因仪器数量多，电缆距离长，采用50的镀锌钢管穿线保护，镀锌钢管分别与测压管连接，方便接入地网。
2）主坝平硐两个测点铺设电缆总长度为190米，采用20的PVC管穿线保护，最终接入原湖南远程公司的采集箱。
3）业主营地周边所有仪器电缆采用20镀锌钢管保护；业主营地电缆保护管连接处采用25的钢丝软套管保护，方便日后检修和电缆变形。
6、测控装置的安装
本项目测控装置分两种安装方法，第一种野外测点采用支撑架悬挂方式安装，支撑架顶部安装太阳能板，与箱体内部的蓄电池一起给设备供电；第二种营地周边、平硐内采用常规的壁挂式安装，接入市电，利用开关电源将供电电压转换成直流12V。两种方法箱体均用螺母安装牢固，方便维护操作。
7、自动化监测系统的调试
7.1、采集软件安装调试
本项目配有监控主机，由配套数据采集软件对测控装置进行数据接收及相关操作。数据采集方式具备中央控制方式、自动控制方式、特殊条件下具备应急控制方式、人工测量方式等功能。监测数据的采集方法常规巡测、检查巡测、定时巡测、常规选测、检查选测、人工测量。运行人员可在监控主机上设定或修改起始测量时间和定时自动测量周期。 数据采集软件主要功能测试结果见表2。
表2 采集软件测试结果
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7.2、管理软件的安装调试
可显示监测系统的全貌、网络连接图、仪器测点布置平面和剖面图，各种监测数据过程线等，显示报警状态，显示所有监测数据、监测成果，显示有关系统信息。
监控主机具有监测数据监视操作、输入/输出、显示打印等一般管理能力，存储系统所有监测数据，对测控装置传输来的原始测值进行初步处理，供运行人员进行浏览、检查、绘图、打印等，并有数据越限报警功能。可调度各级显示画面及修改、设置仪器的参数、修改/设置系统的配置、进行系统测试、系统维护等，完成系统调度、过程信息文件形成、入库等任务。管理软件各主要功能菜单测试情况见表3。
表3 采集软件测试结果
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7.3、GPRS配置及调试
1）现场级数据通讯功能调试
现场测控装置和监控主机之间，采用GPRS实现双向通讯。现场GPRS模块设置数据接受服务器IP，通讯方式为UDP+DDP。托口电站的内部网络采用固定IP方式接入英特网，GPRS模块的数据传输需要穿过公网进入到数据库服务器，在水电厂网络防火墙内需要进行端口映射配置。GPRS模块参数配置完成后数据网络连接正常。
2）管理级数据通讯功能调试
管理主机可对现场测控装置实现远程控制功能；管理主机通过英特网，实现资源共享。
3）远程数据通讯功能调试
系统具有远程通讯接口，可通过网络方式与上级管理部门的计算机之间进行通讯，实现远程监控。
系统采集软件和数据管理软件各项功能测试均正常运行，满足技术文件要求。
四、结论
托口电站原有渗流监测由于测点广布在河湾山地，施测过程难度较大，而读数又采用逐孔进行，因此在汛期等重要时段无法及时获取监测数据，改造后监测测点实现自动化监测，从而取得连续的监测数据，为大坝监测的安全性、稳定性提供可靠的成果分析基础；改造后的渗流监测系统运行正常，达到了预期目的。本文介绍的托口电站河湾渗流监测点自动化改造的详细步骤与实施过程，在渗流监测系统中具有较好的适用性，具有一定的参考价值。
【参考文献】
[1]戴国强.二滩水电站绕坝渗流监测系统的自动化改造[J].水电自动化与大坝监测,2004.12