一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统及方法，该系统包括水压传感系统、全方位电阻率法监测系统、远程数据处理系统和智能预警系统；水压传感系统中的压力传感器模块布置在大坝内部，监测大坝内部的水压变化，全方位电阻率法监测系统布置在大坝外部，采集土石坝整体电性数据，两者相辅相成，相互制约。所述全方位电阻率法监测系统将所述电性数据，发送到远程数据处理系统；所述远程处理系统通过数据处理后，发送给所述智能预警系统；所述智能预警系统进行分析处理，当分析结果达到预警阈值，则发出预警。通过延时自动开关模块，将水压传感系统与全方位电阻率法监测系统进行结合，使水压传感系统可以智能控制电法监测系统的采集。

【技术实现步骤摘要】
一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统及方法
本专利技术涉及水库大坝渗漏隐患监测领域，特别涉及一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统及方法。
技术介绍
由于土石坝长期浸水，且水位时高时低的恶劣环境，致使因坝身产生异常渗流，进而产生坝身渗漏破坏的问题屡见不鲜。同时由于土石坝两侧山体质量差，岸坡段清理不彻底，坝端接头防渗措施不到位等原因，坝山结合部亦面临绕坝渗流的风险，威胁土石坝的正常运行。治理渗漏破坏已经成为了土石坝安全管理与运行的重要课题，其面临着工况复杂，病害隐蔽，事故多发等诸多问题。因此建立土石坝渗漏监测预警系统是后期防渗措施制订，长期安全运行，发挥工程效益的前提。现有的土石坝渗漏监测技术和方法方面，主要包括自然电场法，流场法，探地雷达法，面波法，瞬变电磁法，高密度电阻率法等探测技术。其中，自然电场法是利用水流在一定的渗透压力作用下通过岩石的孔隙或裂隙时，由于岩石颗粒表面对地下水中的阴离子具有选择的吸附作用，因此，在水流的上游会留下多余的阴离子，而下游有多余的阳离子，从而将在水流方向产生电位差，形成自然电位异常。通常在漏水点形成负自然电位异常，而在出水点出现正的自然电位异常，这便为开展自然电场法检测渗漏通道提供了前提条件。流场法是利用水流场与电流场的相似原理，在水中发送一种特殊波型的电流场，通过测量水中电流密度分布，间接确定管涌与渗漏入口位置。流场法的核心技术是用电流场拟合渗漏的水流场，电流场的密度向量分布与渗漏水流场的水流密度向量相似，电流场的密度向量将集中指向渗漏水的入口，根据电流场的密度变化确定渗漏区的部位。探地雷达法的探测原理是利用高频电磁波在地下介质中的反射，它是基于介质的相对介电常数和电导率的差异。如果渗漏路径存在于大坝浅层(<10m)，利用高频雷达天线能够实现较高分辨率的探测。面波法实质上是根据面波传播的频散特性，利用多种频率成分的面波，寻找出地下介质波速随频率的变化关系。瞬变电磁法是通过接收和分析感应二次电磁场，从而推断介质中的含水情况的物探方法。由常规电阻率法中衍生出来的高密度电阻率法以物质导电优劣性电性参数为基础，通过接地电极在地下建立电场，以电测仪器观测地表电场的变化，从而推断和解释地下地质体的产状。在渗漏检测中，由于渗漏部位的含水量比坝体正常部位高，使得渗漏部位视电阻率较小，而电法对于低电阻区的反应更为明显，在土石坝渗漏检测中应用较为广泛。高密度电阻率法采用了所有电极一次性布设完成的阵列式思想，其采用数据点密度明显提高，数据量更多，采集速度更快且更省时省力，海量的数据能更加真实的反映出地质体内部的电性分布特征。同时，引入了层析成像技术使得地下介质的电阻率断面分布情况及变化规律能更加直观的显现。由于较其它方法有诸多优势，使得高密度电法探测技术广泛应用于各种工程勘探领域。以上的自然电场法，流场法，探地雷达法，面波法，瞬变电磁法，常规高密度电法存在智能化程度低，人工操作程序冗长费力，易受外界因素影响，精确程度低等问题。使用自然电场法进行堤坝渗漏隐患探测,易受到探测区域内流散电流的干扰，往往探测效果不理想；流场法可非常准确地找到渗漏的入水口，但无法确定渗漏水通道位置，而且对渗漏量级也有一定要求；探地雷达法在含水率较高的坝体中，高频电磁波的衰减十分严重，导致有效探测距离较短，对于较深的渗漏点探测效果较差；面波法探测深度约为半个波长，不适用于渗漏点较深的中大型水库大坝；瞬变电磁法无法探测较浅的渗漏路径，且该方法探测分辨率较低，只能用于大范围较粗略的探测。目前，传统高密度电法在土石坝探测中应用较为广泛，本领域技术人员结合试验证明了高密度电法适用于大坝整体和局部的综合型探测。但是，传统的高密度电法探测土石坝渗漏存在如下问题:(1)监测手段单一:高密度电法对于土石坝渗流具有较好的观测能力，但技术人员获得可供参考的数据源较为单一，多是来自传统高密度电法的二维或三维数据反演，对于土石坝渗流的判断容错率较低，容易发生误判。(2)绕坝渗流观测问题：面临对绕坝渗流观测能力不足的问题，有专利提出将电法测线向两侧山体延伸后进行探测，反演得到坝身与坝山结合部的电法数据反演图。但在两侧山体布置电极，存在以下的三个问题：第一，电测线延伸至两侧山体后探测的有效深度及精确问题，由于山体土质的不均一性及电法测线与坝山结合部高度差随着测线向两侧延伸增大等问题，减弱了实际穿过两侧坝山结合部的电场分布密度及强度，进而明显降低了其有效探测深度、数据分布率及精确度。第二，电缆线上各电极与两侧山体土体介质的耦合效果问题，电测线延伸至两侧山体后探测，由于会遇到混凝土或石头等介质耦合效果较差，影响数据结果，同时现场施工繁琐，可操作性差，面临返工复工的可能性。第三，使用这种电测线布置方式，所得的坝山结合部的电性数据远远少于坝身的数据。(3)远程智能处理分析及预警能力薄弱：传统的4G网络存在网速慢，网络环境不稳定的问题，无法满足数据快速传输和及时预警的需求；数据采集、数据处理、预警反馈没有形成系统化和智能化，需要人工手动操作，耗费大量人力物力，效率低下。(4)长期海量数据采集的需求：针对土石坝长期浸水，且水位时高时低的恶劣环境，土石坝渗漏监测预警系统的设计及选择，需要满足动态智能、长期可视化、采集速度快以及在采集期间能获得大量电法数据体等要求。但目前土石坝渗漏电阻率法存在电法数据覆盖范围小，布置一次采集一次且无法长期监测的问题。综上所述，针对长期可视化观测土石坝渗漏并提供智能预警的需求，提高探测深度与精度，简化现场操作程序，设计一种能仅将电缆线布置与土石坝坝身上，电极能与土石坝土体介质完全耦合，能全方位观测土石坝渗漏的监测预警系统尤为重要。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统及方法。第一方面，本专利技术实施例提供一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统，包括：水压传感系统、全方位电阻率法监测系统、远程数据处理系统和智能预警系统；其中，所述水压传感系统包括压力传感器模块、支杆、延时自动开关模块、和信号线；多个所述支杆布置在土石坝背水坡的坝体内；所述支杆具有凹槽；多个所述压力传感器模块间隔第一预设距离布置在所述支杆的凹槽内，且通过所述信号线依次串联；多个所述信号线均与所述延时自动开关模块连接；所述全方位电阻率法监测系统布置在土石坝外部，用于采集土石坝整体电性数据；所述延时自动开关模块根据接收到压力传感器模块采集的电信号水压值或接收控制信号，控制所述全方位电阻率法监测系统的开合；所述全方位电阻率法监测系统将所述电性数据，发送到远程数据处理系统；所述远程处理系统通过数据处理后，发送给所述智能预警系统；所述智能预警系统进行分析处理，当分析结果达到预警阈值，则发出预警。在一个实施例中，所述压力传感器模块为投入式液位传感器。在一个实施例中，所述投入式液位传感器的壳体采用聚四氟乙烯材料制成；所述投入式液位传感器的探头采用扩散硅材质。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统，其特征在于，包括：水压传感系统、全方位电阻率法监测系统、远程数据处理系统和智能预警系统；/n其中，所述水压传感系统包括压力传感器模块、支杆、延时自动开关模块、和信号线；/n多个所述支杆布置在土石坝背水坡的坝体内；所述支杆具有凹槽；多个所述压力传感器模块间隔第一预设距离布置在所述支杆的凹槽内，且通过所述信号线依次串联；多个所述信号线均与所述延时自动开关模块连接；/n所述全方位电阻率法监测系统布置在土石坝外部，用于采集土石坝整体电性数据；/n所述延时自动开关模块根据接收到压力传感器模块采集的电信号水压值或接收控制信号，控制所述全方位电阻率法监测系统的开合；/n所述全方位电阻率法监测系统将所述电性数据，发送到远程数据处理系统；/n所述远程处理系统通过数据处理后，发送给所述智能预警系统；/n所述智能预警系统进行分析处理，当分析结果达到预警阈值，则发出预警。/n

【技术特征摘要】
1.一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统，其特征在于，包括：水压传感系统、全方位电阻率法监测系统、远程数据处理系统和智能预警系统；
其中，所述水压传感系统包括压力传感器模块、支杆、延时自动开关模块、和信号线；
多个所述支杆布置在土石坝背水坡的坝体内；所述支杆具有凹槽；多个所述压力传感器模块间隔第一预设距离布置在所述支杆的凹槽内，且通过所述信号线依次串联；多个所述信号线均与所述延时自动开关模块连接；
所述全方位电阻率法监测系统布置在土石坝外部，用于采集土石坝整体电性数据；
所述延时自动开关模块根据接收到压力传感器模块采集的电信号水压值或接收控制信号，控制所述全方位电阻率法监测系统的开合；
所述全方位电阻率法监测系统将所述电性数据，发送到远程数据处理系统；
所述远程处理系统通过数据处理后，发送给所述智能预警系统；
所述智能预警系统进行分析处理，当分析结果达到预警阈值，则发出预警。


2.如权利要求1所述的一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统，其特征在于，所述压力传感器模块为投入式液位传感器。


3.如权利要求2所述的一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统，其特征在于，所述投入式液位传感器的壳体采用聚四氟乙烯材料制成；所述投入式液位传感器的探头采用扩散硅材质。


4.如权利要求1所述的一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统，其特征在于，所述全方位电阻率法监测系统包括：电缆线、电极、监测系统电源及数据采集存储模块；
所述电缆线沿土石坝顶周向布置；多个所述电极布置在所述电缆线的周围；
所述电极一端与土...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜寒阳，吴荣新，欧元超，李晟，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34