东风渠渡槽安全监测技术方案
 

一、基本情况     

        东风灌区是以长江北岸一级支流黄柏河为水源,以249条长1701公里的干支渠为纽带,以1座

型水库、12座中型水库和188座小型水库为水仓的典型长藤结瓜式灌区,设计灌溉面积116.21万

亩,
有效灌溉面积92.36万亩,覆盖24个乡镇,493个自然村,自然面积2815.3平方公里。 

        东风渠是灌区的主干输水道,由若干渡槽和隧洞及水渠组成,承担着城市供水、发电和农田灌

溉的多重功能,于一九七零年代建成通水,至今已有三十多年历史,其间经过若干次修补和改造。

为了保证渠道的安全运行,计划对几个重点渡槽进行安全监测试点,采用高性能的传感器和先进的

数据采集方式,利用灌区已经建立的光纤通讯系统和GIS系统,实现对渡槽整体概貌、整体变形和

局部裂缝变化的远程实时监控,及时准确掌握渡槽的安全状况,使系统功能做到历史数据保存、定

时数据采集、超限报警、变化趋势分析和监测部位在GIS上标注。

二、传感器及监测系统介绍

        该监测系统由三个子系统构成,即普溪河渡槽监测系统、郭家冲渡槽监测系统和杜家河渡槽监

测系统。每个子系统包括合理分布的倾斜计、静力水准仪、裂缝计等传感器和综合数据箱采集器,

采集器按需要定期进行数据采集、数据转换、数据打包、地址解析,向光纤另一端的主机传输数

据,主机为一台高性能的计算机,负责接收数据和处理数据。监视器便可看到由传感器感知的渡槽

的整体变形情况和局部裂缝的变化情况。

        每个子系统监测内容均为渡槽横向倾斜变化、渡槽垂直沉降/窿起变化、局部裂缝变化,所选传

感器
和安装示意图及数据采集器性能介绍如下: 

倾斜传感器选用EL -SC型倾斜计

        EL电解质式倾斜仪是单轴电介质式,倾斜仪用于监测建筑物的倾斜变化,它是一种小量程、高
辨率的设备。

范围:±40分
 
分辨率:1秒
 
重复性:±3秒
 
尺寸:25×80×59mm                                   
                                                                                                  
        图1  倾斜计实物图
           
 

沉降/窿起变化选用KLA-GS沉降仪

    
        该仪器利用水管的虹吸原理,根据两点之间的水位的变化测出高差。它能在野外全天候工作,

不受
气候变化影响。
 
        量程:  30 mm                       

        分辨率:0.1mm

        精度:  0.2% F•S   
                         
                 
                                                                          图3沉降仪原理图
                                            裂缝变化选用SW-LW-201智能拍照裂缝宽度观测仪
 
       由于渡槽使用年限较长,接缝间漏水严重,呈现出不同的滴水、线水、沁水和喷水状,需要不

期的修复,针对这种情况,我们将采取人工测量的方式,对每个漏水处的裂缝不定期的测量,并

照片,通过专科软件记录数据,加以保存和分析。
 
        SW-LW-201型表面裂缝宽度测量仪主要由带刻度线的主机显示屏、显微测量头和视频电缆组
 
成。测量时从主机屏上直接读取裂缝宽度数据,也可以将裂缝图像拍摄并存储于主机的内存中。需
 
要时利用USB数据线将主机与个人计算机相连接,即可把裂缝图像传送并转存于计算机的硬盘中。
 
利用裂缝数据分析处理软件可以获得更加精确的测量数据。

                 

测量范围 0.01-1.00 mm
 
最小刻度 0.01 mm
 
估读精度 0.005 mm
 
主机内存:125兆(可以存放上千张裂缝图像),使用电压:主机-3.7V锂电池;测量头-12V锂电
 
池, 尺寸:主机   98×80×18
 
数据采集选用DT615型数据采集器                 
  
・ 10-30个传感器通道, 7个数字通道
  
・ 支持振弦式传感器
  
・ 独特的万用通道
  
・ 多达1,390,000个数据点的存储容量
  
・ 可取下的PC存储卡
 
・ 独立和实时的数据采集
  
・ 远程监测和控制
  
・ 可拆卸的螺口接线端
  
・ 可扩展
 
・ 容易设置的Windows版软件与数据采集配套的机箱具有适合各种气候的坚固设计结构
 
• 适合于恶劣的环境
 
• 适合墙、柱、天线杆上安装以及携带
 
• 按照用户要求定制尺寸
 
• IP67和NEMA6保护等级 

        这样,由七支倾斜计、七台沉降仪和一台DT615数据采器组成的子系统,通过电缆联络起

来,
数据每8小时采集一次,DT615数据采集器通过网络适配器接入东风灌渠局域网,置于办公

室的计算
机通过专用软件的设置,定期采集数据,并进行数据的处理和分析。       

        系统的运行后的初始界面如下图所示。左半部分是以树形结构显示主标工程的概况,第一级是
 
主标名称,第二级是分部工程,第三级是监测项目,第四级是仪器类型,第五级是仪器编号。点击
 
每一级“+”号,则展开当前级并在右半部分显示当前项目的内容。如果点击到仪器编号,则右半

分则显示考证表和数据。
   
       系统由系统管理、静态信息管理、工程文档管理、监测信息管理、报表管理、图形曲线管理、
 
等功能模块组成。
 

三、结语

     
        本方案根据用户的要求作出,重点考虑以下几个问题,一是先进实用的问题,项目所选仪器基
 
本上是国内外最先进的仪器,以国外为主。既能保证仪器长期无故障的工作,又能做到若干年后仪
 
器不落伍,不被时代所淘汰。二是软硬件配套的问题,硬件选型能够保证数据采集的准确率和精确
 
度,专用软件则能直观的反映监测目标的变化状态和变化趋势,便于针对渡槽的管理实现科学的判
 
断和正确的决策。三是展示平台的问题,灌区管理中涉及到众多水工建筑物都具有自然地理坐标,
 
而且监测点位都具有空间属性,传统的以表格数据和平面图形为特征的管理系统难以直观表达这些
 
具有空间属性的数据,而地理信息系统(GIS)以数字电子地图和空间数据库为基础,可以方便地
 
把各种属性数据叠加到电子地图上,从而很好地适应了管理空间相关数据的需要。本项目已经考虑
 
了将来通过与灌区GIS融合,把监测到的基本数据整合到电子地图上,通过基于地图的查询,可及
 
时、准确、直观地把握渡槽状态。
 
        我们相信,该方案的实施,将为灌区建筑物的安全监测提供一个良好的范例,也为灌区高层
 
次的信息化技术提供一个现实的榜样。
 
    


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