詳細敘述了王屋水庫滲壓監測方法的選擇和儀器選型理由，可為類似工程進行壩體滲流監測及實現自動化參考。 王屋水庫位于山東省龍口市，庫容1．212億m3。大壩為粘土心墻砂殼壩，其中砂殼土質雜，未經碾壓，處于松散狀態。最大壩高28．3 m，壩頂長761 m，屬大（2）型工程。
1 監測方法的選擇
王屋水庫大壩
滲流監測將首先實現滲壓（浸潤線）監測自動化，但浸潤線監測有測壓管法和埋設滲壓計法2種方法，究竟選用何種方法要根據具體情況確定。
1．1 測壓管法及埋設滲壓計法比較
1．1．1 用 途
測壓管可用來監測壩體浸潤線、滲壓壓力、地下水位及繞壩滲流等。
埋設滲壓計除可以監測上述項目外，還可用來監測土石壩的孔隙水壓力。
1．1．2 應用時應注意的問題
測壓管的應用要求不能構成新的滲流通道，更不能對壩體造成破壞，因此在土石壩的防滲體交界面等處不宜使用。而采用埋設滲壓計的方法使用場合卻較為廣泛，但電纜敷設時也要避免構成滲流通道，并且要考慮到電纜熱脹冷縮所產生的影響［1］。
1．1．3 施工安裝
根據施工和應用經驗，測壓管施工可以在工程實施和運行過程的任意時候進行，而埋設滲壓計一般在施工過程中
（針對不能設置測壓管的地方）進行，當然在工程竣工后，能采用測壓管的地方也均可采用埋設滲壓計法進行滲壓監測。但兩者施工時都要求鉆孔時不造成壩體結構的破壞和構成新的滲流通。
測壓管和埋設滲壓計的方法都可以在一條鉛直線上設置多個測點，但兩者施工要求都較高。
1．1．4 測值精確度
采用常用監測手段對測壓管水位本身進行監測可達較高精度，如采用測深鐘等設備進行
測量，精度可達0．5～1 cm。但是由于測壓管是將測點的壓力反應成一定體積的水頭，因此測壓管本身測值與真實測值存在誤差與滯后。從時間上來講，需要管內水位累積到一定的高程或消散到一定的高程，從而受到“水流速”的影響。在滲透系數大，作用水頭、變幅及變化速度均較小的地方應用尚可，而在滲透系數小、作用水頭大的地方，滯后時間會很長，在庫水位變化快時，資料分析更加困難。因此
規范規定：“作用水頭大于20 m的壩，滲透系數小于10－4 cm／s的土中，觀測不穩定滲流過程以及不適宜埋設測壓管的部位如鋪蓋或斜墻底部、接觸面等，宜采用振弦式孔隙水壓力計。”為減少體積的影響，測壓管有向細管方面發展的趨勢，
規范規定“測壓管宜采用鍍鋅鋼管或硬塑料管，一般內徑不宜大于50 mm，而近年在浙江和湖南的一些土壩采用了??15 mm的聚氯乙烯塑料管，海南的松濤土壩采用??15 mm的鍍鋅鋼管”［3］。從空間上講，測壓管監測的是進水管段的“平均”值，因此為減少誤差，進水管段不宜太長，規范規定“測壓管的透水段一般長1～2 m，當用于點壓力觀測時應小于0．5 m”。
測壓管必須注意施工質量、管口保護和運行維護，以防降雨、地面徑流對管內水位的影響。另外就是測壓管容易受泥沙沉積及進水孔堵死的影響，因此規范規定不留沉淀管，以避免因土體中實際水位低于測壓管管底高程時沉淀管存在“死水”而造成觀測水位偏高的假象。在百丈?T、昆都侖等每年校測一次”。
1．1．5 運行和維護
測壓管使用要注意管口保護，如魯布革大壩繞壩滲流監測的許多測壓管就因放牛娃在管內投入石塊而不能使用。因此使用一定時間后一定要對靈敏度進行檢驗，如發現有泥砂沉淀必須進行掃孔。埋設滲壓計法則無上述問題，采用埋設滲壓計的方法進行滲壓監測，其測值精確度與儀器（傳感器）及監測儀表（系統）有關，如
監測儀器質量有保證，其維護工作量小，但如
監測儀器報廢，該測點不能恢復，所以也要定期對監測資料進行分析和對儀器進行鑒定，以考核儀器及測量系統（設備）的可靠性。
1．1．6 測量自動化
測壓管在實現自動化時有如下特點：可以進行人工比測，從而校核自動化測值的可靠性。儀器運行一段時間后，可以對儀器進行重新率定，以了解儀器參數的變化和儀器性能，同時可以檢校測值的穩定性，當測量儀器損壞時可以更換。而采用埋設滲壓計的方法不能進行人工比測，監測儀器損壞后不方便進行更換。如魯布革大壩、松子坑大壩埋設了大量滲壓計，都因儀器質量和施工質量得不到保證不得不進行更新改造。如魯布革重新補充了12支測壓管，而松子坑大壩由于原埋設儀器全都不能應用，不得不重新進行監測設計。
1．1．7 測壓管法與埋設滲壓計法的優缺點
測壓管法由于監測的是“體積”量，因此當壩體內出現裂縫從而形成集中滲漏時，其反應非常敏感，同時由于測壓管里的水質反映了壩（巖）體化學性質的變化。因此可以利用測壓管進行水質監測，同時由于溫度監測在滲流監測資料分析中的作用越來越明顯［3］，而測壓管結構容易實現管內水溫測量。當然測壓管在測值精確度及運行維護過程中也有上文所述的不足之處。
埋沒滲壓計維護工作量較小，但儀器不能更換，不能進行人工比測，測值可靠性難以校核。
1．1．8 實施滲壓監測時應注意的問題
（1）無論是采用測壓管法或是埋設滲壓計法進行滲壓監測時均應目的明確，形成觀測斷面，測點應具體到壩體、壩基、繞壩或斷層的具體測點、具體物理量，測點布置時應根據規范、經驗結合具體工程進行確定。
（2）兩種滲壓監測方法對施工要求都很高，一定要確保施工質量。對于采用埋設滲壓計法，一定要確保儀器和電纜質量，選型前一定要仔細研究儀器的長期穩定性、精確度和在其它工程應用情況，安裝前要對所有儀器進行率定和電纜測試，安裝時要注意儀器和電纜保護；而對于測壓管法，使用時一定要定期進行靈敏度檢驗和進水管及管口高程復核。
（3）由于溫度監測資料在滲流分析中的重要作用越來越明顯，在儀器選型和測量方法上必須注意。
1．1．9 工程應用情況
在新工程的監測設計中或老壩的
監測系統更新改造中兩種監測方法均有采用，如新工程飛來峽大壩由珠委設計，老工程如察爾森水庫大壩由東勘院設計均采用了測壓管法
進行滲壓監測；同樣采用埋設滲壓計監測滲壓的大壩也很多，如由南京水科院設計的老壩監測系統更新改造中的“七一水庫”大壩。
1．2 監測方法的確定
根據上述分析結合王屋大壩的具體情況（壩體滲透系數較大、水位變幅小、需要人工比測等）選擇測壓管進行滲壓監測。
2 監測儀器的選型
2．1測壓管自動監測儀器類型、特點和應用情況
目前實現測壓管水位監測自動化的儀器較多，具體有差阻式、壓阻式、電感式、電容式、振弦式等，下面分別進行說明。
（1）差動電阻式孔隙壓力計
穩定性較好，但靈敏度很低，不滿足低水位揚壓力監測要求，過去曾有一些混凝土壩采用這種儀器作防滲帷幕前的揚壓力監測之用，取得一定成果，但對于象王屋這樣一座土壩，由于壩高較小，差阻式孔隙壓力計根本不能使用。
（2）壓阻式高精度揚壓力計
壓阻式高精度揚壓力計是一種靈敏度很高的傳感器，但穩定性較難保證，同時安裝損壞率高，曾用于艸侵窩大壩，因監測效果不好而拆除。
（3）電感式高精度揚壓力計
測量精度較壓阻式傳感器低，但優于差動電阻式滲壓計，在以禮河、梅山、鳳灘等處使用效果均不好，表現為測值不穩定、損壞率高。
（4）電容式滲壓計
電容式滲壓計（也稱電容觸點式水位計），不能用于埋設在土壩內部。它是根據在測壓管中均勻布置一些水位敏感器件（包括電容極板），當水位達到某一高程時，即構成一個回路進行水位測量。該類型儀器在北方應用較多，但效果不是太好，如在內蒙的察爾森、廈門的北溪等工程中使用不到2年，即行報廢。
（5）振弦式儀器
振弦式儀器是利用水壓導致儀器內鋼弦應變變化，從而導致其固有頻率變化的原理進行測量的。由于振弦式儀器在國內外使用較多、時間較長、產品較為成熟，而且振弦式儀器由于傳輸的是頻率信號抗干頻能力強、性能穩定，因此得到廣泛的應用。
2．2 儀器選型的依據
對于大壩安全監測，由于大壩是永久建筑物，大壩安全的重要性，大壩安全監測儀器工作環境的惡劣性等原因，要求大壩安全監測儀器必須具有如下特征：
（1）精確性
監測數據是為了分析大壩性態，評估大壩安全，如果儀器的精確度達不到要求，大壩性態的變化（表現為測值變幅）就會掩蓋在測量誤差之中。
（2）長期穩定性
由于大壩是百年大計，不是臨時建筑物，因此要準確掌 握大壩性態，監測儀器的長期穩定性必須得到保證。
（3）環境適應性
由于水工環境的惡劣性（包括溫度、電磁環境惡劣、氧化、銹蝕、沉淀物、微生物等因素的存在）又加重了對儀器長期穩定性的考驗，因此對于大壩安全監測儀器而言，其穩定性非常重要。
（4）兼容性
當有實現自動化要求時，必須考慮到大壩安全監測儀器的兼容性，信號采集、處理、傳輸等有關問題。
（5）經濟性
除了技術指標外，經濟指標也是一個很重要的因素，簡而言之，經濟指標就是儀器的價格（到達安裝現場的價格）。
（6）實用性
實用性包括工程使用情況和技術支持。
工程使用情況是上述技術經濟指標的綜合說明，也只有經過現場運行考核并得到用戶認可的儀器才是好的儀器。
技術支持是指儀器生產廠家是否具有一定的經濟、技術、管理、人才實力，以確保儀器具有足夠的技術支撐，具體包括：儀器的更換、修復或備品備件，回答有關儀器的技術（包括接口）問題等。
2．3 監測儀器選型
通過上文分析和各類儀器的性能價格比分析，最終選定振弦式儀器作為實現王屋大壩測壓管自動監測的儀器。
振弦式儀器國外以Geokon公司生產的4500S系列傳感器和國內南京水科院生產的PW－1型Ф32溫度補償型振弦式孔隙水壓力計性能及使用效果較好，但國外儀器的價格是國內儀器3～4倍，根據水庫具體經濟條件，選擇Ф32溫度補償型振弦式孔隙水壓力計作為實現王屋水庫大壩測壓管監測自動化的儀器。它具有靈敏度高、能進行溫度修正、精度較高、適用范圍廣等特點。
3 結 語
經過上述分析，選擇了12只Ф32型滲壓計用于實現王屋水庫
大壩監測自動化。所有儀器經過檢驗、率定后已于1999年10月在現場安裝完成投入運行，經過一年多的人工比測和觀測資料分析，2000年底由王屋水庫管理局組織山東大學等單位的專家對系統進行了鑒定，鑒定意見認為，該系統總體達到“國內領先水平”，同年，該系統獲山東省水利廳科技進步獎，證明所作的選擇是正確的。
參考文獻
［1］ SL60－94，土石壩安全
監測技術規范［S］．
［2］ 趙志仁．大壩安全監測的原理與應用［M］．天津：天津科學技術出版社，1992．
［3］ 王致遠，等．一項滲流監測新技術――排水孔測溫法［J］．大壩觀測與土工測試，1994，（4）：5．
