摘 要：近年来，随着水利工程管理水平的不断提高和技术水平的不断进步，很多水库在除险加固工程中建设了大坝渗流安全监测自动化系统，以改变人工观测的落后局面。本文结合渗流安全自动化系统在城西水库大坝渗流安全监测中的应用进行简要阐述，并对监测结果进行分析。
关键词：大坝渗流；安全监测；自动化
为提高城西水库大坝渗流监测设施的自动化水平，2003年4月，结合城西水库除险加固工程，建设完成“城西水库大坝渗流安全自动化监测系统”投入日常监测。并于2011年和2013年分别结合城西水库补充防渗加固工程和西涧北路工程对部分渗压计和MCU进行了更新改造后建成现状规模。本文就渗流监测自动化系统的功能进行阐述，并根据监测结果对补充防渗加固工程的防渗墙效果进行分析。
一、监测断面布置
城西水库渗流监测自动化系统共布置为七个断面，共计53只GK4500AL振弦式渗压计，其中坝基渗压计29只，坝身渗压计24只，断面布置及数量分别如下：
一断面（大坝桩号0+450）共计6根渗压计,3根坝体，3根坝基。
二断面（大坝桩号0+550）共计9根渗压计,4根坝体，5根坝基。
三断面（大坝桩号0+700）共计9根渗压计,4根坝体，5根坝基。
四断面（大坝桩号0+800）共计9根渗压计,4根坝体，5根坝基。
五断面（大坝桩号0+900）共计9根渗压计,4根坝体，5根坝基。
六段面（大坝桩号1+100）共计6根渗压计,3根坝体，3根坝基。
七段面（大坝桩号1+200）共计5根渗压计,2根坝体，3根坝基。
二、渗流监测自动化系统结构
城西水库大坝渗流安全监测自动化系统由监测站房、监控仪器（渗压计、下游水位计、气压计等）、数据自动采集装置（MCU）、监控主机、交流电源、通信设备及避雷设备等组成。
三、系统通讯
经更新改造后，为保证监测数据的连续性和稳定性，现5台MCU与监控主机通信及监测数据传输均采用GPRS通信方式。
四、渗流自动化监测资料整编系统
资料整编系统按照《土石坝安全监测技术规范》（SL551-2012）及相关规程要求对观测资料进行整编，同时，资料整编系统能够对资料进行维护。资料整编系统由数据采集、资料维护、报表打印、图形绘制、资料整编、变形数据导入、等功能。
（一）渗流自动化监测数据采集系统
数据采集系统的功能有测控单元初始化、测控单元设置、测控单元自检、单点测量、定时测量、MCU操作记录和异常监测数据显示及监测数据远程传输。
（1）测控单元初始化。设置通讯端口、通讯速率，设置测控单元内部时间，停止定时测量，清除已有的定时测量数据。
（2）测控单元设置。设置各通道参数，包括测量次数、测量方式。
（3）单点测量。测量某个测点的各种电测量，如渗压计的频率和温度，计算出工程物理量，能对异常数据进行报警。
（4）巡回测量。测量一个或多个测站的所有测点，计算出工程物理量，保存监测数据至数据库，在打印机上打印出监测数据，能对异常数据进行报警。
（5）定时测量。可以设置测控单元定时测量时间，取定时测量数据，保存监测数据至数据库，打印出监测数据，能对异常数据进行报警。
（6）测控单元操作记录。显示计算机对测控单元进行操作的记录，包括操作时间、操作情况等信息。
（7）异常监测数据。显示异常的历史监测数据。
（二）渗流自动化监测数据资料整编系统
资料整编系统按照《土石坝安全监测技术规范》（SL551-2012）及相关规程要求对观测资料进行整编，资料整编系统由资料维护、报表打印、图形绘制等模块组成。
（1）资料维护。 资料维护包括考证资料维护、监测数据添加、监测数据查询修改、监测资料删除、监测数据计算、异常数据处理。
1.1考证资料维护。根据监测项目不同，给出测点的相关信息，包括测点部位和监测仪器参数。每次显示一个测点信息，可通过前后反转查看其他测点信息，也可从测点列表中选择某个测点查看。查询到所需测点时，即可进行修改和删除操作。考证资料维护也可以添加新测点信息。
1.2监测资料查询修改。 对于监测资料，可以查询多个测点一段时间的监测数据。选择监测项目、开始日期、结束日期、开始测点、结束测点后，将显示所有符合条件的数据，显示顺序可以按日期排序或按测点排序。显示数据同时，可以对所查询的数据进行修改，并可保存修改结果。
1.3监测资料添加。 提供针对历史监测资料和当前监测资料的两种数据添加方式，使人工监测数据如上游水位、降水量录入更加方便、快捷，并具有异常数据实时报警功能。
1.4监测数据删除。根据观测项目、开始日期、结束日期、开始测点、结束测点等参数从数据库中删除符合条件监测数据。
1.5监测数据计算。对人工录入的数据进行计算，得出工程物理量，并保存至数据库。
1.6异常数据处理。通过对系列监测数据进行比较，查找到监测资料的尖峰值，这些突变值可能是异常数据。当选择某个监测项目中一个测点，系统将给出测点的基本信息（如桩号、坝轴距、设置高程等），绘制这一测点数据的过程线，用红点标出突变值。当确定这些数据是测量或人为造成的，可以修改或删除这些数据。
1.7资料备份。根据开始日期、结束日期将这一段时间所有监测数据备份到指定存储设备。
1.8资料恢复。根据开始日期、结束日期将这一段时间的监测数据从指定存储设备恢复到数据库中，如果数据库已有这一段时间的数据，则进行覆盖。
（2）报表打印。报表打印包括考证表、日报表、月报表、年报表等报表打印。
2.1考证表。有两种形式，多个测点组成一张表，包含测点的主要信息，如测点编号、桩号、坝轴距、高程等；一个测点组成一张表，包含测点的所有信息。
2.2日报表。一个监测项目一日监测数据组成的一张表，包含原始测量数据和经过计算的工程物理量，每个测点一行，不同的观测项目用不同表（表的列名、列数不一样）。
2.3月报表。一个监测项目一个月的监测数据组成的报表，可以根据需要打印指定月份的监测数据。
2.4年报表。有两种形式，一个测点构成一张表，每日观测数据均打印，表尾部为各月和全年统计；多个测点构成一张表，可以根据需要打印指定日期的监测数据，统计数据打印在最后一页纸的尾部。
（3）图形绘制。图形绘制包括绘制过程线、特征库水位下过程线、相关线、位势过程线、坝体浸润线、坝基渗流压力分布图、渗流压力平面分布图、位势平面分布图等。
3.1过程线。根据项目绘制不同的过程线。过程线不同主要表现在坐标和所选的数据上。横坐标为时间坐标，坐标可以在图的下方或上方，时间的标注根据时间的长度不同而不同；纵坐标为各观测项目的工程物理量，包括位移、渗流压力等，大部分在图的左侧，降水量在图的上方，数值坐标大小可以人工设置，并可进行局部放大。绘制过程线时，系统根据项目的不同，选择相应的坐标和监测数据。
3.2特征库水位下过程线。根据选定的上游水位，绘制在这个上游水位下渗流压力过程线，图形与过程线类似。
3.3相关线。可绘制渗流压力水位与上游水位相关线。上游水位和温度为横坐标，其他为纵坐标。绘制相关线时，将计算相关系数、剩余标准差，并给出线性方程。
3.4位势过程线。绘制渗流压力位势时间序列过程线，与过程线类似。
3.5坝体浸润线。绘制断面图，在断面图上绘制坝体浸润线。
3.6坝基渗流压力分布图。绘制断面图，在断面图上绘制坝基渗流压力分布线，并给出渗透坡降；
3.7渗流压力平面分布图。绘制平面图，在平面图上绘制渗流压力等值线。
3.8位势平面分布图。绘制平面图，在平面图上绘制位势等值线。
五、监测数据成果及分析
选取大坝典型断面（大坝桩号0+700处）渗压计渗流压力水位过程线图（图一）、横断面坝基渗流压力分布图（图二）及横断面浸润线图（图三）来说明混凝土防渗墙的防渗效果。（图中H1为库水位，H2为下游水位，A为坝基渗压计，B为坝身渗压计）
由图可见，混凝土防渗墙后坝基渗流压力明显下降，当前上游水位为27.52m，下游水位为15.13 m，防渗墙在该断面降低水头12.39 m，墙后剩余位势32.36%，该结果表明，防渗墙在该断面的防渗效果显著，其余断面的坝基渗流压力分布图也显示出这种效果。
由图可见，混凝土防渗墙后坝体渗流压力明显下降，当前上游水位为27.52m，防渗墙后的3-2B渗压计水位为18.95m，在该断面降低水头8.57 m，浸润线降幅较大，该结果表明，防渗墙在该断面的防渗效果显著，其余断面的横断面浸润线图也显示出这种效果。
结束语：渗流安全监测自动化系统使用方便快捷，能及时对大坝的渗流状态进行监测，从图形中可以判定混凝土防渗墙的防渗效果显著。渗流安全监测自动化也是今后水利工程安全监测的发展方向，在使用过程中要加强长系列监测资料的分析，总结规律，及时掌握大坝渗流状态，确保大坝渗流安全。
参考文献：
[1] SL551-2012，《土石坝安全监测技术规范》[S]
[2] 张国栋，大坝渗流安全自动化检测系统改造报告[R]
论文作者:黄荣峰
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第07期
论文发表时间:2019/7/2
标签：数据论文; 坝基论文; 大坝论文; 断面论文; 水位论文; 资料论文; 防渗墙论文; 《工程管理前沿》2019年第07期论文;