王金焰

（作者單位：阜陽(yáng)市河道管理局 阜陽(yáng)市沙潁河耿樓樞紐工程管理處 236000）

一、系統(tǒng)概述

耿樓樞紐工程是沙潁河治理工程中最大單項(xiàng)工程，由節(jié)制閘、船閘及上下游引航道組成，其節(jié)制閘位于船閘南側(cè)，緊鄰船閘布置。該樞紐中的主要工程建筑物設(shè)計(jì)等級(jí)為2 級(jí)，其中節(jié)制閘按20年一遇洪水設(shè)計(jì)，50年一遇洪水校核，設(shè)計(jì)過(guò)閘流量為3910m3/s，校核流量為4770m3/s。耿樓樞紐工程節(jié)制閘采用雙層鋼筋混凝土框架式結(jié)構(gòu)，按閘墩分縫三孔一聯(lián)的方式施工，并分別在4#、7#、10#閘墩底板處設(shè)有三道分縫。

為便于耿樓節(jié)制閘的運(yùn)行觀測(cè)，在耿樓節(jié)制閘設(shè)計(jì)安裝了揚(yáng)壓力自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要由閘基滲流揚(yáng)壓力觀測(cè)、上下游水位觀測(cè)和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集單元等部分組成，其中揚(yáng)壓力自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的25 只原裝進(jìn)口振弦式滲壓計(jì)均順?biāo)鞣较蚵裨O(shè)在兩側(cè)岸墻及閘底板分縫處，其中高程17.2m處的原裝進(jìn)口振弦式滲壓計(jì)9 只、高程18.5m 處的原裝進(jìn)口振弦式滲壓計(jì)2 只、高程19.0m 處的原裝進(jìn)口振弦式滲壓計(jì)11 只、高程19.9m 處的原裝進(jìn)口振弦式滲壓計(jì)3 只；上下游水位觀測(cè)由4 只通氣型原裝進(jìn)口振弦式滲壓計(jì)和4 個(gè)水位標(biāo)尺組成；數(shù)據(jù)自動(dòng)采集單元由智能采集模塊、DAU 機(jī)箱（MCU 單元）和監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)及專用數(shù)據(jù)采集軟件組成。

耿樓樞紐管理處按照《水閘運(yùn)行與管理》《水閘技術(shù)管理規(guī)程》（SL75-2014）等相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)節(jié)制閘埋設(shè)的29 只振弦式滲壓計(jì)，按照埋設(shè)的斷面及類型重新進(jìn)行了分類及編號(hào)，其中P26、P27、P1、P2、P3、P4、P5 共7 個(gè)滲壓計(jì)埋設(shè)在上下游左岸翼墻及岸墻底板下（編號(hào)為za），P28、P29、P21、P22、P23、P24、P25 共7個(gè)滲壓計(jì)埋設(shè)在上下游右岸翼墻及岸墻底板下（編號(hào)為ya），P6、P7、P8、P9、P10 布置在4#閘墩底板下（編號(hào)為d01），P11、P12、P13、P14、P15布置在7#閘墩底板下（編號(hào)為d02），P16、P17、P18、P19、P20 共5 支滲壓計(jì)埋設(shè)在10#號(hào)底板下（編號(hào)為d03）。管理單位按照規(guī)范要求在工程投入運(yùn)行兩年內(nèi)兩天采集一次數(shù)據(jù)，從第三年開始每七天采集一次數(shù)據(jù)，同時(shí)在節(jié)制閘上下游接近設(shè)計(jì)最高水位及最大水位差時(shí)加密進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)各測(cè)點(diǎn)的工程值（以下稱揚(yáng)壓力值）過(guò)程線圖、對(duì)比線圖及斷面圖進(jìn)行分析比較，通過(guò)數(shù)據(jù)的分析及所繪制的壓力分布趨勢(shì)圖，一是可以判斷出每只滲壓計(jì)是否能正常使用；二是可以反映出閘底板下各點(diǎn)壓力變化情況；三是可以檢驗(yàn)節(jié)制閘防滲和排水措施的效果。

所有滲壓計(jì)在埋設(shè)時(shí)均填寫了埋設(shè)考證表并進(jìn)行了施工期、運(yùn)行管理期觀測(cè)。上下游水位觀測(cè)的4 只通氣型原裝進(jìn)口振弦式滲壓計(jì)采用放管直投安裝方式，安裝完成后定期進(jìn)行人工及自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集。

二、系統(tǒng)組織構(gòu)架及數(shù)據(jù)應(yīng)用

1.揚(yáng)壓力自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組織構(gòu)架

耿樓樞紐節(jié)制閘的揚(yáng)壓力自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由順?biāo)鞣较蚵裨O(shè)在兩側(cè)岸墻及閘底板分縫處的29 只振弦式滲壓計(jì)、4 個(gè)振弦信號(hào)采集模塊、MCU 數(shù)據(jù)采集單元、監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)、專用的監(jiān)測(cè)軟件（應(yīng)用軟件）等部分組成，其系統(tǒng)組成的原理框如圖1所示。

2.數(shù)據(jù)采集應(yīng)用

首先由預(yù)先埋設(shè)的振弦式傳感器將揚(yáng)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成頻率信號(hào)并通過(guò)專用電纜送入到振弦信號(hào)采集模塊中，振弦信號(hào)采集模塊再通過(guò)MCU 數(shù)據(jù)采集單元將數(shù)據(jù)送入監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)中，監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)中的專用監(jiān)測(cè)軟件可以通過(guò)通訊接口與MCU 之間進(jìn)行雙向通訊，這樣監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)既可通過(guò)MCU 實(shí)現(xiàn)對(duì)采集模塊的控制；也可以按期定時(shí)的將采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)存入指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中，為運(yùn)行觀測(cè)提供可靠的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。

三、專用監(jiān)測(cè)軟件的功能及應(yīng)用效果

1.數(shù)據(jù)采集方式與管理

數(shù)據(jù)采集的方式主要有實(shí)時(shí)、定時(shí)和離線數(shù)據(jù)采集三種方式，耿樓樞紐管理處根據(jù)規(guī)范要求，在運(yùn)行管理過(guò)程中采用離線數(shù)據(jù)采集模式對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間間隔分類，從2010年1月1日～2011年12月31日所有測(cè)點(diǎn)采用離線采集模式，每?jī)商觳杉淮螕P(yáng)壓力值與溫度值，2012年1月1日～2018年12月31日所用測(cè)點(diǎn)采用離線采集模式，每7 天采集一次揚(yáng)壓力值與溫度值，對(duì)于采集到的數(shù)據(jù)每個(gè)月定期備份，每年年底對(duì)數(shù)據(jù)收集、整理、分析、對(duì)比并統(tǒng)一按年度備份，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)對(duì)模數(shù)及數(shù)值進(jìn)行修正與處理。

2.圖形的制作功能

圖1 組成原理框圖

表1 閘底板下埋滲壓計(jì)讀數(shù)值表（單位：kPa）

圖2 d01 斷面p7、p8、p9 點(diǎn)揚(yáng)壓力測(cè)值過(guò)程線圖

圖3 d01 斷面p7、p8、p9 點(diǎn)揚(yáng)壓力測(cè)值斷面線圖

圖4 d02 斷面p12、p13、p14 點(diǎn)揚(yáng)壓力測(cè)值斷面線圖

圖5 d03 斷面p17、p18、p19 點(diǎn)揚(yáng)壓力測(cè)值斷面線圖

圖形的制作包括對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)、斷面的壓力、溫度等物理量的過(guò)程圖和對(duì)比圖的繪圖制作，一是可以通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)功能軟件方便靈活地繪制出各測(cè)點(diǎn)及斷面的揚(yáng)壓力過(guò)程圖、對(duì)比圖、斷面圖；二是從在線或歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中將有關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入或?qū)С龅紼xcel 電子表格中，再利用Excel 電子表格對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理并繪制出所需要的各種圖形和過(guò)程線圖。

3.應(yīng)用效果

耿樓樞紐節(jié)制閘的揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是2007年開始安裝，2009年底竣工驗(yàn)收交付管理單位正式使用，現(xiàn)根據(jù)揚(yáng)壓力自動(dòng)化監(jiān)測(cè)結(jié)果,選取閘底板分縫處三個(gè)斷面（d01、d02、d03）2007～2018年典型月份及典型斷面的揚(yáng)壓力值和過(guò)程線、對(duì)比線及斷面圖（見(jiàn)表1、圖2～5）進(jìn)行分析對(duì)比。從數(shù)據(jù)表和過(guò)程線可看出，三個(gè)斷面的9 只滲壓計(jì)變化過(guò)程一致性很好，在2009年2月通水前后有明顯的滲壓變化出現(xiàn)，其滲透壓力水頭變化約在5.5m 左右，在2009年底至2018年運(yùn)行管理期間，管理單位按照控制運(yùn)用辦法對(duì)節(jié)制閘上游水位調(diào)節(jié)控制，水位變化幅度相對(duì)較小，但是通過(guò)埋設(shè)在閘底板下的9 只滲壓計(jì)，都能夠采集到閘底板下?lián)P壓力的變化情況，通過(guò)數(shù)據(jù)及過(guò)程線圖分析對(duì)比，雖然過(guò)程線變化與閘上游水位變化有一定的滯后，但整體趨勢(shì)走向基本一致，未發(fā)現(xiàn)異常情況，且順?biāo)鞣较虿贾玫娜齻€(gè)斷面測(cè)點(diǎn)數(shù)值，根據(jù)水位的高低從上游到下游呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，說(shuō)明閘底板下?lián)P壓力正常、穩(wěn)定，閘底板分縫處止水效果較好，滲壓設(shè)備數(shù)據(jù)采集正常，工程運(yùn)行穩(wěn)定。

四、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)

（1）每次讀取存儲(chǔ)器后應(yīng)在保存完整數(shù)據(jù)后及時(shí)清空存儲(chǔ)器，否則下次讀取時(shí)會(huì)重復(fù)讀取上次讀取的數(shù)據(jù)，但不建議在讀取前選中自動(dòng)清空存儲(chǔ)器，因?yàn)橐坏?shù)據(jù)讀取失敗或未成功保存數(shù)據(jù)時(shí)也將清空存儲(chǔ)器，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

（2）振弦式孔隙滲壓計(jì)通過(guò)直埋的方式預(yù)埋在土中或閘底板下，安裝結(jié)束后基本無(wú)法維護(hù)。所以在埋設(shè)過(guò)程中一是要采購(gòu)質(zhì)量合格的滲壓計(jì)及水工電纜，二是要確保硬件的安裝及施工質(zhì)量，確保一次安裝到位，三是在安裝施工完成后及時(shí)填寫埋設(shè)考證表，通過(guò)人工對(duì)已埋設(shè)的滲壓計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，及時(shí)檢查埋設(shè)設(shè)備的成活率。

五、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)2007～2018年對(duì)耿樓節(jié)制閘底板下埋設(shè)的各測(cè)點(diǎn)揚(yáng)壓力值過(guò)程線的對(duì)比，表明整個(gè)節(jié)制閘底板下埋設(shè)的振弦式滲壓計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，各點(diǎn)揚(yáng)壓力測(cè)值的變化隨閘前水位的變化而有規(guī)律的變化，由此說(shuō)明該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確及時(shí)地反映揚(yáng)壓力分布情況，所埋設(shè)的設(shè)備及系統(tǒng)軟件均能夠正常工作，滿足設(shè)計(jì)要求。由于滲壓計(jì)直埋后一旦損壞無(wú)法更換，建議今后可考慮采用在測(cè)壓管中投入滲壓計(jì)的方式來(lái)進(jìn)行揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)■