CN112014887A - 一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统及方法

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明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，本发明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。

在一个实施例中，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；

所述电极一端与土石坝连接，另一端通过对应的铜片通道与所述电缆线连接；所述电缆线通过四个端口与所述数据采集存储模块连接；

所述数据采集存储模块通过所述延时自动开关模块与监测系统供电电源连接；

所述数据采集存储模块与数据处理系统连接。

在一个实施例中，相邻两个所述铜片通道之间间隔第二预设距离。

在一个实施例中，所述电极浇灌预设浓度的盐水。

在一个实施例中，所述数据采集存储模块为网络并行电法仪。

在一个实施例中，所述远程数据处理系统包括：5G网络模块和数据处理模块；

其中，所述5G网络模块，用于与全方位电阻率法监测系统及智能预警系统通信，接收所述全方位电阻率法监测系统发送的监测数据，以及向所述预警系统发送预警指令；

所述数据处理模块，用于对监测数据进行预处理、计算反演及生成图表处理。

在一个实施例中，所述智能预警系统包括：智能分析模块和预警信息反馈模块；

所述智能分析模块，将所述数据处理模块的处理结果进行分析，当分析结果的电法数据超过预设阈值时，则通过所述预警信息反馈模块发出预警信息。

第二方面，本发明实施例还提供一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警方法，使用上述任一项实施例所述的预警系统进行预警。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统：

(1)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，给予相关技术人员更多可供参考的数据面板。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。进一步地，相关技术人员也可根据土石坝现场情况自行通过5G网络远程手动控制延时自动开关模块的断开闭合，自由的打开或关闭全方位电阻率法监测系统，体现出本发明的智能化与人性化的优点。

(2)本发明实施例提供的土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统，改变了以往将电缆线平行于坝轴线布置，并向两侧山体延伸进行探测存在的缺陷，具有施工简单，适用型强，可长期观测等优点。对比其他物探观测系统，具有探测深度更深，数据获取量大数据分辨率高的优点。发明设计中的全方位电阻率法监测系统，弥补了以往观测土石坝渗漏时对于绕坝渗流的观测缺陷，提高了数据可信度。

电极无需布置在两侧山体中，因此不需要考虑电极与山体土体介质的耦合效果及布置在山体地形中的电极坐标，大大减少了观测过程中的工作量，使结果更加真实可靠。

(3)利用5G网络技术，提高了数据与预警信息的传输速率，使得整套监测预警系统的监测、控制和预警机制反应更为迅速，节省了风险处理的时间，能够防患于未然。

(4)本发明实施例提供的土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统，具有对于土石坝的常态观测、动态监测、渗漏可视化及智能预警的功能，弥补了大多数方法工程量大、数据量少、控制滞后和反应迟缓的缺点，能够有效应对土石坝长期浸水，且水位时高时低的恶劣环境。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的单个水压监测断面中的水压传感系统安装布置示意图；

图3为本发明实施例提供的水压传感系统和全方位电阻率法监测系统的电路连接原理图；

图4为本发明实施例提供的物探用电缆线布置示意图；

图5为本发明实施例提供的土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统工作流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面结合附图，对本发明实施例提供的土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统和方法的具体实施方式进行详细的说明。

参照图1所示，本发明实施例提供的土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统，包括四个子系统：分别是水压传感系统、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；可实现动态可视化、智能预警。

其中，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、信号线和水压传感器供电电源；压力传感器模块采用多个适用于水库大坝的投入式液位传感器，其基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号。

如图2所示，多个支杆可根据坝体的面积、相邻支杆之间的间距布置在土石坝背水坡的坝体内；该支杆具有凹槽，多个投入式液位传感器间隔5米或10米布置支杆内垂直方向上。比如在投入式液位传感器螺纹部分上涂抹防脱化合物并固定在支杆的预设位置上。多个压力传感器模块通过信号线依次串联，均位于凹槽内，可保证信号线不被损坏；信号线引出坝身，依次连接水压传感器供电电源和延时自动开关模块。该水压传感器供电供电电源为9V～36V DC。

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；可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，控制全方位电阻率法监测系统的开合。

具体地，信号线将来自压力传感器模块的标准电信号传输至延时自动开关模块；该延时自动开关模块可控制全方位电阻率法监测系统的运作，当接收到的标准电信号水压值大于预先设定的水压值，开关闭合，形成通路，全方位电阻率法监测系统开始运作；延时自动开关模块具有延时关闭的功能，当接收到的标准电信号水压值小于预先设定的水压值，开关延时断开，形成开路，全方位电阻率法监测系统延时关闭，保证所测电法数据的完整性。为保证水压监测的全面性，可在土石坝背水坡布置多个投入式液位传感器。

全方位电阻率法监测系统将电性数据，发送到远程数据处理系统；远程处理系统通过数据处理后，发送给智能预警系统；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。

本实施例中，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，给予相关技术人员更多可供参考的数据面板。通过布置在坝肩的延时自动开关，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。

另外，相关技术人员也可根据土石坝现场情况自行通过5G网络远程手动控制延时自动开关的断开闭合，自由的打开或关闭全方位电阻率法监测系统，体现出本发明的智能化与人性化的优点。

在一个实施例中，上述投入式液位传感器的壳体可采用聚四氟乙烯材料制成，保证了传感器的水密性、耐腐蚀性，又使得参考压力腔与环境压力相通；既保证了传感器的水密性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。投入式液位传感器的探头芯片采用扩散硅材质，采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性；具有平均无故障时间长，性能稳定，可靠性高的优点。水压传感系统采用两线制，即一根信号线连接电源正极，另一根信号线连接电源负极。

在一个实施例中，如图1所示，全方位电阻率法监测系统由电缆线、数据采集存储模块、电极和电阻率法监测系统电源组成；电缆线沿土石坝顶周向布置；多个测量电极布置在电缆线的周围；电极一端与土石坝连接，另一端通过对应的铜片通道与电缆线连接；电缆线1通过四个端口与数据采集存储模块连接；数据采集存储模块通过延时自动开关模块与监测系统供电电源连接。延时自动开关模块具体实施时，为延时自动开关。

全方位电阻率法监测系统的运作由水压传感系统的自动延时模块控制；物探用电缆线通过四个端口与数据采集存储模块连接；电极通过铜片通道与电缆线连接。如图3所示，比如可在电缆线的中心位置设有数据采集存储模块及监测系统供电电源。现场所用数据采集存储模块为网络并行电法仪，电法仪通过四个端口与电缆线连接。该网络并行电法仪具有发射和接收信号的双重功能，配备了接收命令和传输数据RS-232串口装置，对每条电缆线进行现场数据的采集。电法仪器需要具备同步工作的功能。监测系统电源可采用多块锂电池整合而成，可进行0v、24v、48v、72v、96v电压的连续可调，通过电缆线与延时自动开关模块连接。

优选的，电缆线为密封防水、抗拉性能强、耐磨耐损的物探专用电缆，其中，电缆线上的各铜片通道设计为压模圆环抽头(铜环)。各铜片通道之间可按照0.5～2.5m的间距任意调整。另外为提高电极和大地的耦合效果每个电极需浇灌适宜浓度的盐水。

如图3所示，延时自动开关模块与采集存储模块、监测系统电源在全方位电阻率法监测系统电路中串联；压力传感器模块与延时自动开关模块在电路中通过信号线进行串联，因此任一投入式液位传感器发送的标准电信号水压值大于预先设定的水压值，皆可使延时自动开关模块向全方位电阻率法监测系统的电路一侧闭合，使得全方位电阻率法监测系统开始运作；同时相关技术人员也可根据土石坝现场情况自行通过5G网络远程与网络并行电法仪通讯，手动控制自动开关模块开关，自由的打开或关闭全方位电阻率法监测系统和水压传感系统。

本发明实施例中，全方位电阻率法监测系统，弥补了以往观测土石坝渗漏时对于绕坝渗流的观测缺陷，提高了数据可信度。其中，电极无需布置在两侧山体中，因此不需要考虑电极与山体土体介质的耦合效果及布置在山体地形中的电极坐标，大大减少了观测过程中的工作量，使结果更加真实可靠。

在一个实施例中，上述远程数据处理系统包括5G网络模块和数据处理模块；该5G网络模块具有快速进行数据传输的功能，包括全方位电阻率法监测系统向远程数据处理系统的电法数据传输和智能预警系统向手机app的预警信息反馈传输，保证了相关技术人员能及时处理土石坝可能出现的渗漏隐患。具体地，比如该数据处理模块为内有相应电法数据处理软件的笔记本或台式机；其中，该电法数据处理软件包括：网络并行电法处理系统(WBD Pro)、Surfer成图软件、Excel、AGI处理软件(EarthImager 2D、EarthImager 3D)等；数据处理模块具有数据预处理、数据反演处理和数据结果成图的功能。

在一个实施例中，智能预警系统包括智能分析模块和预警信息反馈模块；智能分析模块具有动态分析的功能，比如采用深度学习和大数据处理技术，将不同时间段上的电法数据结果成图与存储在智能预警系统中的土石坝电阻率数据背景值进行动态对比，若相邻监测时间内电阻率数据成图中同一位置电阻率变化幅值过大或电阻率数据成图与电阻率数据背景值变化幅值过大，则预警信息反馈模块通过5G网络向相关技术人员的手机app发送预警信息。

下面结合图1-图4更详细的说明本发明实施例提供的土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警系统。

图1为土石坝渗漏全方位电阻率法监测系统整体结构示意图，采集存储模块2与数据处理系统连接。将信号线6与投入式液位传感器5连接，沿着支杆的凹槽竖向布置，在投入式液位传感器螺纹部分上涂抹防脱化合物并固定在支杆的预设位置上，将支杆放置在钻孔8预订位置后使用原样土将钻孔8回填。将信号线裸露在地面的部分与布置在坝肩的延时自动开关9和水压传感器供电电源连接，投入式液位传感器5之间在水压传感器系统电路中通过信号线并联，整个压力传感模块与延时自动开关在水压传感系统电路中通过信号线进行串联，延时自动开关9与采集存储模块2、电阻率法监测系统电源4在全方位电阻率法监测系统电路中串联。

上述电缆线1、测量电极3、投入式液位传感器5、信号线6布置完成后，将采集存储模块2、延时自动开关9放置在土石坝中央。整个监测预警系统布置完成后，延时自动开关在水压传感系统中闭合，水压传感系统开始工作。

图2为单个水压监测断面中的水压传感系统安装布置示意图，比如在土石坝背水坡共设5个压力监测断面，包括三个坝基坝体水压监测断面和两坝肩坝山结合部水压监测断面，每个监测断面布置3个钻孔，共布置钻孔15个，埋设投入式液位传感器30套。在施工中，钻机应在按照设计坐标、高程进行钻孔孔位定位、放样后开始工作。在普通大气压和标准温度条件下，核实投入式液位传感器5的编码与频率反应值的正确性。将信号线与投入式液位传感器连接，沿着支杆的凹槽竖向布置，在投入式液位传感器螺纹部分上涂抹防脱化合物并固定在支杆的预设位置上，将支杆放置在钻孔预订位置后使用原样土将钻孔回填。坝身坝基的系统部件布置完成后，将裸露在土石坝坝肩上的信号线6与水压传感器供电电源7和延时自动开关9连接。

图3为水压传感系统和全方位电阻率法监测系统的电路连接原理图，包括电缆线1、采集存储模块2、电阻率法监测系统电源4、投入式液位传感器5、信号线6、水压传感器供电电源7、延时自动开关9。投入式液位传感器5之间在水压传感器系统电路中通过信号线并联，整个压力传感模块与延时自动开关9在水压传感系统电路中通过信号线进行串联，延时自动开关9与采集存储模块2、电阻率法监测系统电源4在全方位电阻率法监测系统电路中串联。

图4为电缆线布置示意图，主要包括将电缆线1，电极分别固定扣在电缆线的各个铜环上，并与土石坝连接，每个电极通道可按0.5～2.5m的间距任意调节，为提高电极和大地的耦合效果每个电极需浇灌适宜浓度的盐水。比如在土石坝上共设置4条电缆线(采用多芯铠装电缆线)，每条电缆线上16个电极，共64个电极。其中，两条测站纵向布置在大坝的两侧，分别紧贴两侧的坝山结合部，由迎水坡-坝顶-背水坡三部分组成。另两条测站纵向布置在坝顶，平行于坝轴线方向，与X1和X2保持一定距离。数据采集后通过5G传输到远程数据处理系统，反演后得到含渗漏大坝的电阻率值，将含隐患大坝下方各反演记录点电阻率值进行插值计算，从而得到含渗漏区的大坝的电阻率值三维图像。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警方法，使用如上述实施例的预警系统，具体方法参照图5所示，包括：

1)钻机安装设计坐标、高程进行钻孔空位定位、放样后工作；

2)使用原样土将钻孔回填；

3)接通水压传感器系统供电电源；

4)压力传感器模块持续向延时自动开关模块传输标准电信号水压值；

5)判断标准电信号水压值是否大于预先设定的水压值；否，则执行步骤4)；是，则执行步骤6)；

6)延时自动开关模块向全方位电阻率法监测系统的电路一侧闭合，全方位电阻率法监测系统开始运作，采集土石坝电性数据；

7)远程数据处理系统对土石坝电性数据进行数据处理，通过5G网络将电阻率成图传输至智能预警系统进行智能分析；

8)判断监测所得电阻率成图与背景值电阻率成图同一位置电阻率变化幅值是否过大；否，则执行步骤4)；是，则执行步骤9)；

9)向相关技术人员的手机app发送预警信息。

该方法从布置硬件到数据采集、处理，以及是否最后发送预警，共包括五个部分：

(1)水压传感系统安装接通操作，具体有：比如在土石坝背水坡共设5个压力监测断面，包括三个坝基坝体水压监测断面和两坝肩坝山结合部水压监测断面，每个监测断面布置3个钻孔，共布置钻孔15个，埋设投入式液位传感器30套。在施工中，钻机应在按照设计坐标、高程进行钻孔孔位定位、放样后开始工作。在普通大气压和标准温度条件下，核实投入式液位传感器的编码与频率反应值的正确性。将信号线与投入式液位传感器连接，沿着支杆的凹槽竖向布置，在投入式液位传感器螺纹部分上涂抹防脱化合物并固定在支杆的预设位置上，将支杆放置在钻孔预订位置后使用原样土将钻孔回填。将信号线裸露在地面的部分与布置在坝肩的延时自动开关和水压传感器供电电源连接，压力传感器之间在电路中通过信号线并联，整个压力传感模块与延时自动开关模块在电路中通过信号线进行串联。

(2)在坝身上对全方位电阻率法监测系统进行固定安装连接等操作，具体有：将电极分别固定扣在电缆线的各个铜环上，并与土石坝连接，每个电极通道可按0.5～2.5m的间距任意调节，为提高电极和大地的耦合效果每个电极需浇灌适宜浓度的盐水。比如在土石坝上共设置4条电缆线(采用多芯铠装电缆线)，每条电缆线上16个电极，共64个电极。其中，两条测站纵向布置在大坝的两侧(下文称为X1和X2)，分别紧贴两侧的坝山结合部，由迎水坡-坝顶-背水坡三部分组成。另两条测站纵向布置在坝顶，平行于坝轴线方向(下文称Y1和Y2)，与X1和X2保持一定距离。测量并记录每个电极的坐标，并导入至Excel软件中。全方位电阻率法监测系统使用两纵两横的电缆线布置，增加了监测坝山结合部获得的电性数据，加强了对于绕坝渗流的观测。

(3)土石坝全方位电性数据采集，具体有：设置仪器参数，如，恒流时间、采样时间间隔、供电电压、工作模式、供电方式，采集方法等；网络并行电法仪工作时，电缆线上各电极通道通过电极依次向土体介质内产生电流并形成电场，其余所有电极进行电位采集，最终获取监测范围内的土石坝电性数据。网络并行电法仪分为AM法(单点电源场)和ABM法(偶极子电源场)两种不同的工作模式。其中，所述ABM法采集数据所反映的是双异性点电源电场情况，为一对通道电极AB供电，1根电极作为公共N极，提供参照标准电位。在实际工作中，设置供电方式为单正法，工作模式为ABM方法，电极供电时间0.2秒，采样时间间隔100毫秒。在全方位电阻率法监测系统正式运作前预先采集一组电性数据作为背景值，并将数据结果反演成图，上传至智能预警系统中，以供后续进行观察对比。电法数据采集后将电性数据通过5G网络传输到远程数据处理系统。

(4)远程数据处理系统的数据处理及和传输

通过5G网络模块接收全方位电阻率法传输的土石坝电性数据，并由网络并行电法处理系统(WBD Pro)、Surfer成图软件、Excel、AGI处理软件(EarthImager 2D、EarthImager3D)等软件进行数据处理，主要步骤包括数据预处理、数据反演处理、数据结果成图等。

数据预处理流程有：使用网络并行电法处理系统(WBD Pro)打开原始数据；查看并修改电极坐标，其中包括通过在Excel软件中对坐标数据换算整理合并、加入地形数据、导出文件等操作，将导出的带地形数据的文件数据放入WBD Pro处理系统中的同时对各断面的原始数据进行合并统一；接下来是常规数据解编、输出视电阻率数据文件(dat格式)、输出AGI反演格式数据文件(urf格式)，其中，如果数据中存在不符合实际情况的异常跳点需要剔除，以减小后期软件计算反演时其对真实数据造成的影响，提高数据的质量。

数据反演处理流程：将反演数据导入AGI反演软件内，AGI反演软件提供了三种反演方法，其中包括了阻尼最小二乘法反演、圆滑模型反演、抗噪声反演，反演处理时可以依据现场地质情况同时结合实际数据采集的质量选择合适的反演方法，设置圆滑系数为30、阻尼系数为100，并把迭代次数7次、误差递减5％以及均方根误差3％作为反演终止并列条件，反演得到含渗漏大坝的电阻率值，将含隐患大坝下方各反演记录点电阻率值进行插值计算，从而得到含渗漏区的大坝的电阻率值三维图像。打开待反演的urf格式文件，待上述设置完成后进行联合反演，即可获得四条测站上的全方位三维反演模型，待反演结束后，导出dat格式的反演电阻率数据文件。

数据结果成图：通过Surfer成图软件分别对视电阻率数据和AGI反演软件导出的反演电阻率数据进行成图处理。其中包括：在Surfer软件中打开dat格式的数据、进行网格化数据、选择网格化方法、网格划分大小及过滤异常数据基本处理流程，并且根据实际需要可以选择滤波器对数据进行滤波以及进行白化等处理，通过上述处理流程，最终获得土石坝渗漏地质电性结果图。

(5)土石坝渗漏智能预警

数据结果成图后，通过5G网络将电性结果成图上传到智能预警系统中，由智能分析模块将电阻率结果成图进行读取和存储，并与背景值的电阻率结果成图和上一次监测所得的电阻率结果成图进行对比，若同一位置电阻率值变化幅度过大，则由预警信息反馈模块通过5G网络自动向相关技术人员发送危险预警。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

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；

所述电极一端与土石坝连接，另一端通过对应的铜片通道与所述电缆线连接；所述电缆线通过四个端口与所述数据采集存储模块连接；

所述数据采集存储模块通过所述延时自动开关模块与监测系统供电电源连接；

所述数据采集存储模块与数据处理系统连接。

5.如权利要求4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，相邻两个所述铜片通道之间间隔第二预设距离。

6.如权利要求4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，所述电极浇灌预设浓度的盐水。

7.如权利要求4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，所述数据采集存储模块为网络并行电法仪。

8.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，所述远程数据处理系统包括：5G网络模块和数据处理模块；

其中，所述5G网络模块，用于与全方位电阻率法监测系统及智能预警系统通信，接收所述全方位电阻率法监测系统发送的监测数据；

所述数据处理模块，用于对监测数据进行预处理、计算反演及生成图表处理。

9.如权利要求8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，所述智能预警系统包括：智能分析模块和预警信息反馈模块；

所述智能分析模块，将所述数据处理模块的处理结果进行分析，当分析结果的电法数据超过预设阈值时，则所述预警信息反馈模块，通过所述5G网络模块发出预警信息。

10.一种土石坝渗漏全方位电阻率法监测预警方法，其特征在于，使用所述权利要求1-9任一项所述的预警系统进行预警。

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