談水利工程的滲流監測

商 建

(南水北調中線干線工程建設管理局天津分局，天津 300000)

談水利工程的滲流監測

商 建

(南水北調中線干線工程建設管理局天津分局，天津 300000)

為及時掌握水工建筑物及其地基的滲流情況，分析判斷是否正常和可能發生不利影響的程度及原因，保證工程安全，應對水工建筑物及其地基內的滲流壓力、滲流量和滲水水質等進行觀測，介紹了滲流監測的觀測內容、工作原理和監測方法。

滲流壓力監測，滲流量監測，滲水水質監測

對水工建筑物及其地基內由滲流形成的滲流壓力、滲流量和滲水水質進行觀測，其目的是掌握水工建筑物及其地基的滲流及分布情況，分析判斷滲流是否正常、是否存在滲透破壞的可能以及對工程安全可能產生的不利影響及影響程度，并分析其原因，從而為工程安全運行提供技術保障。

滲流監測的內容主要包括滲流壓力監測、滲流量監測和滲水水質監測等。

1 滲流壓力監測

目前對滲流壓力進行監測的方法主要有滲壓計和測壓管。

1.1滲壓計

1.1.1工作原理

滲壓計種類較多，目前國內廣泛使用的滲壓計主要為振弦式滲壓計。振弦式滲壓計由透水板(體)、承壓膜、鋼弦、支架、線圈、殼體和傳輸電纜等構成。當被測水壓荷載作用在滲壓計上，將引起彈性膜片的變形，其變形帶動振弦轉變成振弦應力的變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經電纜傳輸至讀數裝置，即可測出水荷載的壓力值，同時可同步測出埋設點的溫度值。

1.1.2物理量計算

振弦式滲壓計實測滲透壓力按下式計算：

Pi=K(R0-Ri)-C(T0-Ti)。

換算水頭為：

hi=Pi/9.8+h0。

其中，Pi為滲透壓力，kPa,為正值；hi為滲壓換算水頭，m；h0為滲壓計埋設高程，m；K為儀器系數，kPa/(f2×10-3)；C為溫度系數，kPa/℃；R0為初始頻模讀數，f2×10-3，f為頻率；Ri為當前頻模讀數，f2×10-3，f為頻率；T0為初始溫度，℃；Ti為現在溫度，℃。

1.1.3觀測方法

使用專用讀數儀所帶的連接線夾將滲壓計與讀數儀連接，或在有終端箱(集線箱)的測站用連接頭連接，進行人工測讀；或接入自動化監測系統進行自動化觀測。

1.2測壓管

1.2.1工作原理

測壓管由透水管段和導水管段組成。滲流水在滲流壓力的作用下通過測壓管底部進水管段上的進水孔進入測壓管，讀取測壓管管內水位即可獲得測壓管底部的滲透壓力。

1.2.2觀測方法

對無壓測壓管，一般采用尺式水位計(如電測水位計)進行觀測，也可采用測繩配萬用表進行觀測。測尺長度的最小刻度為1 mm，應帶有不銹鋼溫度測頭，且耐用、防腐蝕。設測壓管管口高程為h0，測壓管管內水面至測壓管管口實測距離為di，則測壓管滲壓水位hi(m)為:

hi=h0-di。

對有壓測壓管，一般在測壓管管口安裝壓力表進行觀測。應根據管口可能產生的最大壓力值，選用量程合適的精密壓力表，使讀數在1/3～2/3量程范圍內，精度不得低于0.4級，測讀壓力值時應讀到最小估讀單位；對于拆卸后重新安裝的壓力表，應待壓力穩定后才能讀數。設壓力表中心線高程為h0，壓力表讀數為Pi(MPa)，則測壓管滲壓水位hi(m)為:

hi=h0+Pi×102。

在觀測測壓管水位時，兩次測讀誤差應不大于1 cm；所使用的尺式水位計和壓力表均應進行年檢。

2 滲流量監測

2.1滲流量監測分類

當建筑物的滲流處于穩定狀態時，在滲透通道面積不變的情況下，其滲流量將與水頭的大小保持穩定的相對變化，滲流量在同樣水頭作用下的顯著增加和減少，都意味著滲流穩定的破壞或排水系統的失效。因此進行滲流量監測具有重要意義。

滲流量監測一般分為點滲流量監測和面滲流量監測。

所謂點滲流量，是指為及時排除建筑物及其基礎部位的滲流而在建筑物及其基礎內設置的具有一定深度的排水管或排水孔排出的滲流水流量。點滲流量也稱為單孔滲流量，其流量一般不大，因此常采用容積法進行監測。

所謂面滲流量，是指為判斷一定區域內的滲流量大小而將滲流范圍劃分為若干滲流區域、分區域將滲流量匯集至集水溝來量測的方法。面滲流量也可稱為區域滲流量。面滲流量根據不同工程情況可采用不同的方法：當流量小于1 L/s時，一般采用容積法；當流量在1 L/s～300 L/s之間時，一般采用量水堰法；當流量大于300 L/s或受落差限制不能設置量水堰時，可將滲流水引入排水溝中，采用流速儀法或流量計法進行監測。

2.2滲流量監測方法

2.2.1容積法

所謂容積法就是通過測定在一定時間內滲流水的體積來計算滲流量。一般采用秒表計時，采用量杯或量桶來記錄體積，充水時間不得小于10 s。

2.2.2量水堰法

所謂量水堰是指在集水溝的直線段上設置一定形狀缺口(過水斷面)的量水堰，在無壓穩定自由出流條件下，量水堰板前方的壅水高度與流量之間存在一定的函數關系，當通過量水堰槽的流量發生改變時，堰板前的壅水高度將會發生改變，因此只要測出量水堰板前方的壅水高度，相應的量水堰流量計算公式即可計算出滲流量。

根據缺口形狀，量水堰主要有三角堰、梯形堰、矩形堰等幾種型式。

2.2.3測流速法

所謂測流速法，是指當滲流量較大時，將滲水匯集到比較規則平直的排水溝內，采用流速儀或浮標等方法來觀測滲流水流流速，并測出排水溝的過水面積，從而計算出滲流量的方法。

3 滲水水質監測

3.1滲水水質監測目的

對水工建筑物及其地基的滲水進行透明度觀測和所含化學成分及其含量的化驗，用以分析是否存在沖蝕或溶蝕。

3.2滲水水質監測方法

在水工建筑物上游水體和滲水出流部位取水樣進行化學分析，對比其可溶性物質成分和含量，據以分析滲水攜出可溶物的數量和速度。

水質分析方法主要有化學法、電化學法、原子吸收分光光度法、離子選擇電極法、離子色譜法、氣相色譜法、等離子體發射光譜(ICP-AES)法等。其中，離子選擇電極法(定性、定量)和化學法(重量法、容量滴定法和分光光度法)在國內外水質常規監測中普遍被采用。

當水中含有懸浮物和膠體化合物時，透明度顯著降低。為了判斷排水設備的工作情況，及時發現內部沖刷和管涌現象，在進行水質監測的同時，需進行滲水透明度觀測。在滲水出口處用樣瓶取水樣注入透明度管中，從管口上端通過管中水樣觀看規定的字樣，觀看時逐漸放水，管中水面下降到看清字跡為止，此時讀取管壁刻度讀數即為透明度。再由事先率定的透明度與含泥量關系線查出含泥量，透明度大于30 cm者為清水。滲水溶蝕速度一方面取決于建筑物和地基中可溶性物質的含量，另一方面也與滲透坡降、滲透流量、水溫以及巖土組成結構及化學成分等狀況有關。因此，滲水水質監測的資料需要結合有關巖土物理性質和滲透觀測資料進行分析。

4 結語

滲流監測作為水利工程安全監測的重要組成部分，對監視工程安全，服務工程運行，促進水利工程科技發展起著舉足輕重的作用。本文介紹了滲流監測的觀測內容、工作原理和監測方法，供同行交流學習。

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Discussiononseepagemonitoringofwaterconservancyproject

ShangJian

(TianjinBranchBureautheConstructionandAdministrationBureauofSouthtoNorthWaterDiversionMiddleRouteProject,Tianjin300000,China)

To grasp the seepage condition of hydraulic structure and its foundation, analysis to determine whether it is normal and the extent and causes of adverse effects may occur to ensure engineering safety, the seepage pressure, seepage flow and water quality of hydraulic structures and its foundations should be observed. This paper introduces the observation content, working principle and monitoring method of seepage monitoring.

seepage pressure monitoring, seepage flow monitoring, seepage water quality monitoring

TV223.4

A

1009-6825(2017)27-0207-02

2017-07-11

商 建(1984- )，男，工程師