CN105258765A - 一种坝体静水位原位自动监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坝体静水位原位自动监测系统及方法，系统包括有数据管理平台、数据采集器、安装有铜电极的PVC给水管。本发明方法基于直流电法技术对坝体内静水位进行长期性连续动态监测，利用孔中的地电场多参数改变规律进而判定坝内的固液复合介质渗流变化特征，及时掌握当前大坝的运行状态和评价大坝的安全状况，同时预测大坝的发展态势、做到实时跟踪和加强动态监管与管理。本发明可广泛应用于堤防、水坝、沟渠等基础设施的静水位监测，也适用于矿井、农田、基坑、地铁、尾库、垃圾填埋场等工农建设场所的液位测量。

Description

一种坝体静水位原位自动监测系统及方法

技术领域

本发明涉及坝体水位监测领域，具体是一种坝体静水位原位自动监测系统及方法。

背景技术

坝体内静水位值反映水坝固液复合介质的渗流特征，是评价坝体稳定性重要的技术参数之一，及时掌握坝体水位升降的动态变化规律，对判断和评估坝体病害的演变态势，工程稳定性评价，施工维护等方面起到重要的作用。而当前水坝监测设备大多采用离散型点监测、测点稀疏、仪器稳定性差、代价昂贵、施工不便等缺陷，不能满足于现代化全天候连续动态安全监测的需求。地球物理类勘探方法属于间接性探测大坝内部地球物理场的分布特征，方法种类多、测试周期短、探测场所任意自由布置等优点，且属于无损检测的范畴。不过受坝内隐患体积较小、物性差异不明显等特征制约，尤其针对复杂性坝体单次探测很难实现对病害位置的准确定位，满足不了精细化和可靠性信息的实时采集。常规工作模式受限于自身技术限制且探测区域远离目标体，采集的数据还不能实现实时显示和远程控制处理。

发明内容本发明的目的是提供一种坝体静水位原位自动监测系统及方法，以解决现有技术坝体水位测量存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：包括有数据管理平台、数据采集器、PVC给水管，所述PVC给水管外壁上固定安装有多个铜电极，作为测试时的供电和测量电极，PVC给水管送入坝体中预先钻好的钻孔中，PVC给水管上电极通过电缆线连接至数据采集器端口，所述数据采集器与数据管理平台通讯连接。

所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述PVC给水管由卫生级聚氯乙烯树脂制成，PVC给水管有一个或多个，多个PVC给水管依次通过连接头同轴串接加长使用。所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述铜电极为由铜合金焊条材料经加工成的铜棒，每个PVC给水管上多个铜电极等间距环绕分布在PVC给水管上。

所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述电缆线为多芯绝缘导线，连接至航空插头后与数据采集器相连。

所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述数据采集器与数据管理平台通过Modern通信或无线通信方式通讯连接。

所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述数据采集器由电源模块供电。

所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述数据管理平台与远程控制装置通讯连接。

一种坝体静水位原位自动监测方法，其特征在于：将安装有铜电极的PVC给水管送入坝体中预先钻好的钻孔中，当坝体内静水位发生改变时，引起地质体空间内部的地电场分布和传播特性产生变化；通过数据管理平台向数据采集器发送指令，数据采集器接收到指令后，通过布设电极进行电极位置处自然电位、供电状态电极电流、测量状态电极电位差等数据采集，数据测量结束后，数据管理平台再次对采集器释放指令，回收测量电极采集到的数据，接着数据管理平台对采集的数据进行处理、分析，利用各个电极自然电位、供电电流及电阻率等多个地电信息参数，根据多次测量地电信息参数变化程度及特征，综合确定坝体内部静水位的高度，数据管理平台采集到的数据远程传送至远程控制装置，在远程控制装置中进行坝体水位信息数据库的集成。

本发明公开了一种坝体静水位原位自动监测系统及方法，弥补了当前静水位测量仪器设备和技术的不足，数据化的自动采集，实施了多参数地电信息综合分析技术满足于现代化动态监测的需求，为病险水库的防治和安全加固以及工程评价提供有效准确的参数信息。

本发明的优点为：

本发明打破了传统监测手段的不足，采用了间接多参数综合技术提高了原位水位判断的可靠度，为进一步实现水利监测现代化夯实了基础，提供新的思路。

1.直流电阻率法是基于介质导电性差异为判断依据，广泛应用于坝体隐患查找中且取得良好的效果。把该项技术应用于坝体水位连续监测中，改变了传统单次探测的精度不足，提出了动态监测的新模式，同时也拓宽了电法无损探测的应用领域。

2.该现场布置系统采用多通道铜电极感应外界电场的变化，灵敏度高，抗损坏能力强，可用于长期性连续监测；安装的铜电极数目和电极间距可根据目标层的位置进行加多加密控制，相对传统监测设备显示出更为灵活、价格低廉、稳定度高的优势；该现场测量装置只需要多节PVC给水管携带导入钻孔中，施工工艺简单，操作便利，适合复杂恶劣环境坝体静水位的监测，大大提升了监测系统安装效率。

3.采用孔中地电场参数信息的改变反应原位坝体静水位的动态变化，相比地面测量更贴近目标体，避开了外界干扰，提高了纵向信息的识别精度，监测结果更加可靠、真实。多参数优化对比分析，参数相互之间校核、补充、组合，能够有效提高判读的准确度和可靠度，成为静水位自动监测发展的方向。

4.数据管理平台利用配套的软件可快速解析出测量出的静水位高度值，及时准确的提供详实坝体内部渗流信息，满足现代自动化监测的要求；支持远程数据传输技术，实现了远程遥控，实时掌控坝体的运行态势，为大坝的安全管理提供有效的参考依据。

附图说明

图1为本发明结构原理图。

具体实施方式

参见图1所示，一种坝体静水位原位自动监测系统，包括有数据管理平台5、数据采集器4、PVC给水管1，PVC给水管1上安装有多个铜电极2，用作供电和测量电极，PVC给水管1送入坝体8中预先钻好的钻孔中，PVC给水管1上电极通过接插件航空插头连接至数据采集器4，数据采集器4与数据管理平台5通讯连接。

PVC管只是起一个支撑和固定作用。数据采集器为地电信息采集装置，主要采集各个电极位置的自然电场、供电后的电位场数据。数据管理平台与数据采集器通讯连接，数据采集后将固定格式的地电信息数据进行存储，为一软件平台，对不同时间采集数据进行管理与分析。

PVC给水管1由卫生级聚氯乙烯树脂制成，PVC给水管1有一个或多个，多个PVC给水管1依次通过连接头同轴串接加长使用。

铜电极2为由铜合金焊条材料经加工成的铜棒，每个PVC给水管1上多个铜电极2等间距环绕分布在PVC给水管1上。

电缆线3为多芯绝缘导线，连接至航空插头后与数据采集器相连。

数据采集器4与数据管理平台5通过Modern通信或无线通信方式通讯连接。

数据采集器4由电源模块7供电。

数据管理平台5与远程控制装置6通讯连接。

一种坝体静水位原位自动监测方法，将安装有铜电极的PVC给水管送入坝体中预先钻好的钻孔中，当坝体内静水位发生改变时，引起地质体空间内部的地电场分布和传播特性产生变化；通过数据管理平台向数据采集器发送指令，数据采集器接收到指令后，通过布设电极进行电极位置处自然电位、供电状态电极电流、测量状态电极电位差等数据采集，数据测量结束后，数据管理平台再次对采集器释放指令，回收测量电极采集到的数据，接着数据管理平台对采集的数据进行处理、分析，利用各个电极自然电位、供电电流及电阻率等多个地电信息参数，根据多次测量地电信息参数变化程度及特征，综合确定坝体内部静水位的高度，数据管理平台采集到的数据远程传送至远程控制装置，在远程控制装置中进行坝体水位信息数据库的集成。

本发明中：

1.PVC管装置：PVC管是以卫生级聚氯乙烯树脂为主要原料，质轻、耐腐蚀性优良、机械强度大、施工便捷、造价低廉且不影响水质。本发明选用直径为20mm的PVC给水管作为测量电极的支撑材料，多节PVC给水管通过联接头加长。该材料的使用实现电极现场埋设方便和提升施工精度。

2.信号采集的铜电极装置：铜电极是由铜合金焊条材料经加工成，每个铜电极的长度约50mm，直径为2mm的铜棒。各铜电极环绕固定在PVC给水管外的相应位置，其中安装的铜电极数目根据监测目标体选择，其中铜电极相邻单元间的距离根据监测目标体进行选择，并且铜电极间隔可等距离或在监测关键部位加密。

3.电缆线组成：该部位是由多芯绝缘导线组合而成，根据需要在一定位置露出线头，把多个铜电极单元有序的串联起来，并通过输出端与采集器联接。该部位承担供电电流的传出、传入等功能。

4.数据采集器：该数据采集器接收数据管理平台传达的指令，实时收集电极单元上自然电位、供电电流、测量电位等信息，并通过Modern通讯实时或采后上传到数据管理平台上；电源模块支持采集器的运行工作。

5.数据管理平台：数据管理平台具有释发采集命令，工作方式设置，数据回收，数据处理解析等多重功能。根据深度方向的地电参数，包括不同电极点位的自然电位、供电电流及电阻率值等参数，综合分析水位的位置。其中综合电性参数与上一组发生变化达到一定值，则可判断当前水位的具体数值。

本发明中，把加工好的合金铜电极1（长度约50mm，直径为2mm）有序的固定在PVC给水管2上，利用电缆线3把所有电极逐个有序的串联起来，人工把PVC给水管送入到预先的钻孔之中，如此形成现场地电场观测系统。坝体8内静水位发生改变时，引起地质体空间内部的地电场分布和传播特性产生变化，利用数据管理平台5把工作参数、参数设置、供电方式等信息经过Modern通信或无线通信的形式传达到数据采集器4上，数据采集器4是由电源模块7进行供电运行，接收到指令的数据采集器4通过供电电极进行坝体不同深度处电极点位自然电位、供电电流、测量电位差等地电信息参数。数据测量结束后，数据管理平台5再次对数据采集器4释放指令，回收采集到的地电场信息，利用相关的配套软件进行处理、分析，以确定坝体内部静水位的高度。采集到数据信息也可经过远程传输装置送达室内进行坝体水位信息数据库的集成，实现了自动化监测坝体内水位原位变化的系统与方法。

Claims (8)

1.一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：包括有数据管理平台、数据采集器、PVC给水管，所述PVC给水管外壁上固定安装有多个铜电极，作为测试时的供电和测量电极，PVC给水管送入坝体中预先钻好的钻孔中，PVC给水管上电极通过电缆线连接至数据采集器端口，所述数据采集器与数据管理平台通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述PVC给水管由卫生级聚氯乙烯树脂制成，PVC给水管有一个或多个，多个PVC给水管依次通过连接头同轴串接加长使用。

3.根据权利要求1所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述铜电极为由铜合金焊条材料经加工成的铜棒，每个PVC给水管上多个铜电极等间距环绕分布在PVC给水管上。

4.根据权利要求1所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述电缆线为多芯绝缘导线，连接至航空插头后与数据采集器相连。

5.根据权利要求1所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述数据采集器与数据管理平台通过Modern通信或无线通信方式通讯连接。

6.根据权利要求1所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述数据采集器由电源模块供电。

7.根据权利要求1所述的一种坝体静水位原位自动监测系统，其特征在于：所述数据管理平台与远程控制装置通讯连接。

8.一种基于权利要求1所述系统的坝体静水位原位自动监测方法，其特征在于：将安装有铜电极的PVC给水管送入坝体中预先钻好的钻孔中，当坝体内静水位发生改变时，引起地质体空间内部的地电场分布和传播特性产生变化；通过数据管理平台向数据采集器发送指令，数据采集器接收到指令后，通过布设电极进行电极位置处自然电位、供电状态电极电流、测量状态电极电位差等数据采集，数据测量结束后，数据管理平台再次对采集器释放指令，回收测量电极采集到的数据，接着数据管理平台对采集的数据进行处理、分析，利用各个电极自然电位、供电电流及电阻率等多个地电信息参数，根据多次测量地电信息参数变化程度及特征，综合确定坝体内部静水位的高度，数据管理平台采集到的数据远程传送至远程控制装置，在远程控制装置中进行坝体水位信息数据库的集成。