水闸扬压力监测系统解决方案详解
水闸设置1套水闸扬压力监测系统，共置8个扬压力监测点，其中4个为基底扬压力监测点，4个为绕流监测点，另于水闸上、下游挡墙各布置1个水位监测点、于水闸启闭机房屋顶布置1个降雨量监测点，监测数据通过物流联网终端采集上传至监管平台。
测压管安装埋设
水闸具备扬压力监测设施布置的前提，需组织人员进行增建，才可安装扬压力/绕流量监测设备。
测压管钻孔
在水闸的水闸墩上各布设测压管，每个测压管位置及工程量需结合每座水闸现场实际情况进行设计。
测压管埋设
- 进水管、导管和沉淀管
进水管：DN50镀锌钢管，进水孔φ6mm，呈梅花型布置，水平方向沿管壁周长均匀布成4排；竖向孔距为100mm；
导管和沉淀管：DN50镀锌钢管、外箍接头、管顶盖和管底盖，每节钢管两端加工外丝扣。
- 无纺土工布
300g/m2，等效孔径Ogs<0.12mm，垂直渗透系数10-cm/s。
- 孔内回填料
反滤料：干净碎石砂，粒径5~8mm；
沥青麻布：位于测压管建基面，用于封孔时隔离水泥浆；
水泥砂浆：C15水泥砂浆。
- 测压管顶保护盒
管帽：DN50带丝扣和止水垫圈管帽；
管盖：DN50镀锌管堵头，带电缆穿线孔。
测压管保护箱：采用砖石砌筑，外部尺寸为50*50*30cm，厚度10cm。
测压管构造埋设示意图及实际安装效果图如下图所示。
测压管构造及埋设示意图
注水试验
测压管安装好后，必须向孔内注水进行灵敏度试验。
试验前先测定管中水位，然后向管内注水，水位下降到原水位的时间＜24小时为合格，否则必须重新钻孔和安装，直至达到要求为止。
安装考证记录
测压管安装埋设后，应及时填写考证表。
扬压力监测站建设
功能设计
在水闸闸墩上安装扬压力计观测设备，在水闸挡墙外出安装水闸绕流量渗压计，监测数据传输到边缘计算终端，再由边缘计算终端统一打包上传到服务器。
- 现场设置及远程控制功能
在现场对监测站运行用到的参数进行设置，设置好后自动保存，掉电后不丢失；监测站可接收服务器端的命令，更改测站运行参数。
- 自动传输和召测应答相结合功能
（1）增量自报：当监测压力参量变化达到设定的增量值立即向中心报数。
（2）定时报数：即在压力参量无任何变化的情况下，但设定的定时报数间隔满足时，也自动上报一次监测数据。
（3）召测应答：动态监管平台随时可以对压力监测站进行数据召测。
- 采集和传输频率
提供数据监测密度智能调整功能。监测站一般1小时采集传输一次数据，各站点还可根据情况对监测密度进行定制。初蓄期或遭遇大洪水、强地震、工程异常等特殊情况时，可增加监测频次。
测站架构
监测站设备有无线数据采集仪、振弦式扬压力计、绕流量渗压计等。测站基本构架如图所示。边缘计算终端作为水闸数据汇集中心，每个水闸安装1个，除接收扬压力、渗压监测数据外，还采集雨量、水位。
扬压力/渗压监测站基本构架
传输信道
本系统的通信网络采用4G网络。
由水闸各扬压力/渗压监测站点采集到的实时监测数据，接入边缘计算终端，然后经由联网终端机通过运营商的4G网络发送到水利工程动态监管平台。
主要设备技术参数
水闸扬压监测站设备由边缘计算终端、扬压力计、绕流量渗压计等组成。主要设备技术指标如下：
- 边缘计算终端
- 工作电压：DC12V±15%；
- 工作电流：＜100mA；
- 工作温度：-20℃～+75℃；
- 工作湿度：≤95%RH（40℃）；
- 数据传送方式：具备一站多发功能，数据通讯信道具有主备信道双无线网络功能；
- 工作方式：采用定时自报、增量报和召测报兼容工作体制；
- 接口类型：具备RS485*4、RS232*2、百兆网口*2、USB2.0*2、CAN2.0*2 模拟量输入*2、开关量输入*4、开关量输出*4；
- 支持4G全网通和WiFi网络通信、支持GPS定位。
- 振弦式无线数据采集仪
- 工作频段：433MHz；
- 工作电压：DC5V±15%；
- 锂电池容量: 5000mAh；
- 太阳能板功率：3W；
- 通信距离：≥2000m（结合现场情况）；
- 发射功率：30dBm；
- 休眠电流：＜1mA；
- 发射电流：400～500mA；
- 无线接收电流：14.5mA（模式 0、模式 1）；
- 通讯方式：支持RS485、Modbus等通讯协议；
- 外接传感器：振弦式渗压计；
- 上报方式：支持空中唤醒、定时上报功能；
- 模块浪涌（冲击）抗扰度：≥6kV；
- 工作温度：-20～+75℃；
- 工作湿度：≤95%RH（40℃）；
- 储存温度：-20～+85℃；
- 防水等级：IP67。
- 压力式无线数据采集仪
- 工作频段：433MHz；
- 工作电压：DC5V±15%；
- 锂电池容量: 5000mAh；
- 太阳能板功率：3W；
- 通信距离：≥2000m（结合现场情况）；
- 发射功率：30dBm；
- 休眠电流：＜1mA；
- 发射电流：400～500mA；
- 无线接收电流：14.5mA（模式 0、模式 1）；
- 通讯方式：支持RS485、Modbus等通讯协议；
- 外接传感器：通气式压力水位计；
- 上报方式：支持空中唤醒、定时上报功能；
- 模块浪涌（冲击）抗扰度：≥6kV；
- 工作温度：-20～+75℃；
- 工作湿度：≤95%RH（40℃）；
- 储存温度：-20～+85℃；
- 防水等级：IP67。
- 振弦式扬压力计
- 测量范围：0.35MPa；
- 分辨率：≤0.025%F.S；
- 非线性度：≤0.5%F.S；
- 不重复度：≤0.5%F.S。
- 绕流量渗压计
- 分辨力：1.0cm；
- 量程范围：0-70m；
- 测量误差：≤±1cm；
- 水位变率：≤100cm/min；
- 工作温度：-20～+75℃；
- 工作湿度：≤95%RH（40℃）；
- 储存温度：-20～+85℃；
- 工作电压：DC5-24V；
- 功耗：＜0.5W；
- 浪涌（冲击）抗扰度：≥6KV；
- 测量方式：接触式；
- 通讯方式：支持RS485、Modbus等通讯协议；
- 温度补偿：在全量程内自动；
- 外壳材料：304不锈钢。
- 防水等级：IP68。
设备安装
（1）在水闸测压管内按安装要求将扬压力计、绕流量渗压计等设备安装并用固定好；
（2）将各个设备的电源线和数据线都套好保护管，并按技术要求接好线。
安装示意图及实际效果图如下所示：
监测站安装示意图
调试工程
（1）检查各设备电源和数据线连接是否正确；通上电源，查看采集终端的电源指示灯是否亮灯确定采集终端是否已工作；
（2）检查好压力计是否正常工作；
（3）检查数据采集模块是否能正常接收到压力计的监测数据，并设置好编号；
（4）用人工测量尺测量测压管内渗压高度，记录人工测量及压力计测量的数值；
（5）将测压管编号等相关参数设置到边缘计算终端；
（6）利用电脑专用软件查看是否收到该各压力计的数据，数据接收正常后，查看边缘计算终端是否能与该渗压监测数据进行正常通讯，是否正常将该监测数据上报服务器。
安装考证记录
监测设备安装埋设符合《大坝安全监测仪器安装标准》（SL531），做好测点标识、安装位置、仪器参数、初始读数等记录，及时填写考证表。
人工比测校测
监测站点建设完成后，需对各站渗压自动监测数据进行人比测校测，校核自动化测值的可靠性。比测合格后方可使用。