CN115655343A

CN115655343A - 基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统及监测方法

Info

Publication number: CN115655343A
Application number: CN202211076418.1A
Authority: CN
Inventors: 余刚; 苟量; 张少华; 王熙明; 安树杰; 夏淑君; 陈沅忠; 吴俊军; 冉曾令
Original assignee: Optical Science and Technology Chengdu Ltd of CNPC
Current assignee: Optical Science and Technology Chengdu Ltd of CNPC
Priority date: 2022-09-05
Filing date: 2022-09-05
Publication date: 2023-01-31

Abstract

本发明提出了的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统及监测方法，包括四条在坝体底部沿坝体走向埋置的多参数高灵敏度铠装监测光缆，监测光缆由分布式温度传感(DTS)光缆、声波或地震波传感(DAS)光缆、分布式应变传感(DSS)光缆和分布式湿度传感(DMS)光缆组成。可以方便的埋置到坝体内外两侧去，对坝体内外两侧的各种参数进行实时连续的高密度测量和连续的监测，克服和解决稀疏点式分布的坝体安全监测传感器很难连续监测到全坝体内外的安全隐患和风险的难题。一旦当水下坝体任何部位同时出现温度及温度梯度变化异常、微地震事件密集且强度逐渐增加、异常地应力场和异常应变带、湿度异常及湿度梯度变化异常带时，能够马上发出预警信息。

Description

基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于水库大坝安全监测及预警领域，具体涉及一种基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统及监测方法。

背景技术

水库大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察；“监测”既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测，也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。

通过观测仪器和设备，以及时取得反映大坝和基岩性态变化以及环境对大坝作用的各种数据的观测和资料处理等工作。其目的是分析估计大坝的安全程度，以便及时采取措施，设法保证大坝安全运行。由于大坝的工作条件十分复杂，大坝和地基的实际工作状态难以用计算或模型试验准确预测，设计中带有一定经验性，施工时也可能存在某些缺陷,在长期运行之后,由于水流侵蚀和冻融风化作用，使筑坝材料和基岩特性不断恶化。因此，在初期蓄水和长期运行中，大坝都存在着发生事故的可能性。大坝一旦出现异常状态，必须及时发现和处理，否则可能导致严重后果。大坝失事不仅要损失全部工程效益，而且溃坝洪水将使下游人民生命财产遭受毁灭性损失。大坝安全监测是水库工程管理工作中最重要的一项工作。

由于大坝失事原因是多方面的，其表现形式和可能发生的部位因各坝具体条件而异。因此，在大坝安全监测系统的设计中，应根据坝型、坝体结构和地质条件等，选定观测项目，布设观测仪器，提出设计说明书和设计图纸。设计中考虑埋设或安装仪器的范围包括坝体、坝基及有关的各种主要水工建筑物和大坝附近的不稳定岸坡。不同坝型的主要观测项目如下。

（1）土坝、土石混合坝：失事的主要原因常是渗透破坏和坝坡失稳，表现为坝体渗漏、坝基渗漏、塌坑、管涌、流土、滑坡等现象。主要观测项目有垂直和水平位移、裂缝、浸润线、渗流量、土压力、孔隙水压力等，重点进行闸坝变形观测、渗流观测。

（2）混凝土坝、圬工坝：失事的主要原因是坝体、坝基内部应力和扬压力超出设计限度，表现为出现裂缝、坝体位移量过大和不均匀以及渗水等。主要观测项目有变形、应力、温度、渗流量、扬压力和伸缩缝等，重点进行水工建筑物裂缝观测、混凝土建筑物温度观测。

此外，对泄水建筑物应进行泄流观测和必要的水工建筑物观测。如大坝位于地震多发区和附近有不稳定岸坡，还应进行必要的抗震、滑坡、崩岸等观测项目，重点进行水工建筑物抗震监测、滑坡崩岸观测。

光纤传感系统可以用于地面三分量地震信号和地下压力、温度、湿度、应力、噪声、振动、声波、地震波、流量、组分分析、电场和磁场的测量。该系统以全铠装光缆结构为基础，分布式或准分布式传感器和连接及数据传输缆都用光纤制成。

传统的水库坝体安全监测一般是采用稀疏点式埋置在坝体内或固定在坝体上的各类传感器及其配套的测量仪器设备进行定点测量，无法对整个坝体的内外侧进行分布式或高密度准分布式的实时连续动态监测。一条微小的渗水或泄露的裂缝就可以给大坝的坝体造成极大的安全隐患和风险，而不正好位于裂缝上面的稀疏点式分布的坝体安全监测传感器很难监测到坝体上无传感器部位出现的微小裂缝或断裂，难以实现对水坝坝体的高密度全坝体的实时安全风险监测。

随着分布式光纤传感技术的快速发展，特制的高灵敏度铠装监测光缆，就可以方便的布设或永久的埋置到坝体内外两侧去，对坝体内外两侧的各种坝体参数进行实时连续的高密度测量和不间断的监测，克服和解决稀疏点式分布的坝体安全监测传感器很难实时连续监测到全坝体内外的安全隐患和风险的难题。

发明内容

为了实现对水库大坝坝体内外两侧的各种坝体参数进行实时连续的高密度测量和不间断的监测，及时发现影响水下坝体安全的隐患和风险地段，发出预警信息，及时处理加固出现安全隐患和分析的坝体部位，确保水库大坝的长期安全稳定的运行。本发明提出了基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统及监测方法。

具体的技术方案为：

基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统，包括四条在坝体底部沿坝体走向平行埋置的监测光缆，铠装监测光缆由分布式温度传感（DTS）光缆、分布式声波或地震波传感（DAS）光缆、分布式应变传感（DSS）光缆和分布式湿度传感（DMS）光缆组成。

还包括设在坝顶监测室内的复合调制解调仪器；复合调制解调仪器的两个DTS信号端口与两根多模光纤相连接，DAS信号端口与单模光纤相连接，DSS信号输入端口与分布式应变传感（DSS）光缆内置的单模光纤相连接，DMS信号输入端口与分布式湿度传感（DMS）光缆内的湿度敏感光纤相连接。

所述的复合调制解调仪器为DTS/DAS/DSS/DMS复合调制解调仪器。

所述的分布式温度传感（DTS）光缆内有两根多模光纤，两根多模光纤放置在不锈钢细管内，其尾端熔接成U字型连接段。

所述的声波或地震波传感（DAS）光缆内包含声波或地震波弹性体，声波或地震波弹性体上有螺旋状缠绕的高灵敏度单模光纤，缠绕角度在30度到60度之间，单模光纤外有至少一层连续金属细管对其进行封装，单模光纤尾安装有消光器。

所述的分布式应变传感（DSS）光缆内置单模光纤，单模光纤外面紧密挤压有一层高强度复合材料，外面有至少一层连续金属细管对其进行紧包封装。

所述的分布式湿度传感（DMS）光缆内有布设有专门进行光缆周围湿度环境测量的光纤湿度传感器。光纤湿度传感器可以是光功率检测型湿度传感器，如基于锥形光纤、塑料包层石英光纤等湿度传感器；光纤湿度传感器也可以是波长检测型湿度传感器，如基于布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、光纤Fabry-Perot腔等湿度传感器。

所述复合调制解调仪器连接有监测数据存储、处理和分析用的超级计算机工作站。

所述的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统的监测方法，包括以下步骤：

（1）在大坝底部内与沿坝体走向平行挖掘沟渠，或者在建坝时预留好与坝体走向平行的沟渠，在沟渠内布设监测光缆，随后在沟渠里灌注水泥浆，将铠装监测光缆永久的固定在坝体底部与坝体走向的平行沟渠内；

（2）把埋置的监测光缆的首端延伸到坝顶的监测室内；

（3）在坝顶监测室内把复合调制解调仪器的两个DTS信号端口与两根多模光纤相连接，DAS信号端口与单模光纤相连接，DSS信号输入端口与分布式应变传感（DSS）光缆内置的单模光纤相连接，DMS信号输入端口与分布式湿度传感（DMS）光缆内的湿度敏感光纤相连接；

（4）把两根多模光纤放置在不锈钢细管内构成分布式温度传感（DTS）光缆，并把两根多模光纤的尾端熔接成U字型连接段，然后用U字形不锈钢管保护好熔接后的U字形光纤尾端；

（5）在长条形声波或地震波弹性体上用高灵敏度单模光纤紧密绕制螺旋形声波或地震波传感（DAS）光缆，缠绕角度在30度到60度之间，单模光纤外有至少一层连续金属细管对其进行封装，连续金属细管内充填有光纤膏，单模光纤尾安装有消光器；

（6）在高灵敏度单模光纤外面紧密挤压一层高强度复合材料，然后至少用一层连续金属细管对其进行紧包封装，制成分布式应变传感（DSS）光缆；

（7）使用锥形光纤、塑料包层石英光纤等湿度传感器，或布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、光纤Fabry-Perot腔等湿度传感器加工制成分布式或高密度准分布式光纤湿度传感器阵列，每两个准分布式光纤湿度传感器之间的间距在0.5米到1米左右。在光纤湿度传感器阵列外紧密包裹一层或数层用高强度复合材料丝线编织而成的保护套，制成分布式湿度传感（DMS）光缆；

（8）把复合调制解调仪器连接到监测数据存储、处理和分析用的超级计算机工作站上；

（9）启动复合调制解调仪器和超级计算机工作站，实时采集沿大坝底部内外埋置的监测光缆上沿缆分布的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据；

（10）复合调制解调仪器将连续采集的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据实时进行调制解调，然后传输给旁边的超级计算机工作站；

（11）超级计算机工作站内有专用的监测数据处理分析软件系统，对实时监测到的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据进行实时处理与分析，求取坝体沿线度温及温度梯度变化数据，坝体沿线微地震数据，坝体沿线应变及应变梯度变化数据，坝体沿线湿度及湿度梯度变化数据；

（12）对坝体沿线的实时温度及温度梯度变化数据进行仔细观察分析，当监测光缆在局部坝体位置出现高于或低于平均坝体温度的温度异常或温度梯度异常时，可能是水坝内的水沿坝体下部的裂缝带、断裂带、管涌通道运移到了监测光缆的监测范围附近，应密切注视监测温度异常或温度梯度异常的坝体部位；

（13）对坝体沿线的微地震事件的三维空间分布位置和微地震事件发生的强度和时间进行实时监测和分析，对微地震事件密集且强度逐渐增加及发生时间间隔逐渐缩短的坝体部位，要密切注视监测，这些坝体部位的集中多发的微地震事件可能与坝体内的裂缝带或断裂带的发育和发展有密切的关系；

（14）对应变光纤实时采集的沿坝体延伸方向的应变和应变梯度即应变率数据进行处理和分析，实时监测和了解坝体各部位的应力场在三维空间上随时间的变化，及时发现应力或应变异常坝体部位，分析和监测坝体异常应力场和坝体异常应变带坝体诱发裂缝带或断裂带的潜在风险和可能性，及时提供坝体可能出现裂缝带或断裂带的安全风险的预警信息；

（15）当坝体在水下的部位发生渗漏或泄漏时，会造成水渗漏或泄漏通道周围的湿度快速上升，对坝体沿线湿度及湿度梯度变化数据曲线进行实时处理与分析，一旦发现坝体沿线的监测光缆上有湿度异常及湿度梯度变化异常带，马上进行严密的监视并发出坝体下部有水体渗漏或泄漏风险的预警信息；

（16）在实时连续坝体安全监测过程中，超级计算机工作站对采集到的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据进行多维多参数多尺度的实时综合处理分析。当水下坝体任何部位同时出现温度及温度梯度变化异常、微地震事件密集且强度逐渐增加、坝体异常应力场和坝体异常应变带、湿度异常及湿度梯度变化异常带时，要马上发出坝体有重大安全风险的预警信息，立即开展水下坝体异常地段的详细检查和仔细探测，及时发现裂缝带、断裂带、渗水、泄露、管涌等潜在的重大安全风险地段，就地采取堵漏、打桩、加固、投掷石块、灌水泥浆、填充裂缝带或断裂带等措施，确保大坝安全无误，万无一失。

本发明具体的技术效果：

本发明提出了的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统及监测方法，使用特制的多参数高灵敏度铠装监测光缆，可以方便永久的埋置到坝体内外两侧去，对坝体内外两侧的各种坝体参数进行实时连续的高密度测量和不间断的监测，克服和解决稀疏点式分布的坝体安全监测传感器很难实时连续监测到全坝体内外的安全隐患和风险的难题。当水下坝体任何部位同时出现温度及温度梯度变化异常、微地震事件密集且强度逐渐增加、异常地应力场和异常应变带、湿度异常及湿度梯度变化异常带时，要马上发出坝体有重大安全风险的预警信息，确保大坝安全无误，万无一失。

附图说明

图1是本发明的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统布设俯视示意图。

图2是本发明的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统布设剖面示意图。

图3是本发明的大坝安全监测多参数高灵敏度铠装光缆结构示意图。

附图标记：1、监测光缆；2、分布式温度传感（DTS）光缆；3、声波或地震波传感（DAS）光缆；4、分布式应变传感（DSS）光缆；5、分布式湿度传感（DMS）光缆；6、多模光纤；7、U字型连接段；8、声波或地震波弹性体；9、单模光纤；10、消光器；11、复合调制解调仪器；12、超级计算机工作站；13、高强度复合材料；14、光纤湿度传感器；15、保护套。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

如图1和图2所示的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统布设俯视和剖面示意图，本发明的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统，包括四条在坝体底部沿坝体走向平行埋置的监测光缆1，铠装监测光缆1由分布式温度传感（DTS）光缆2、分布式声波或地震波传感（DAS）光缆3、分布式应变传感（DSS）光缆4和分布式湿度传感（DMS）光缆5组成。

还包括设在坝顶监测室内的DTS/DAS/DSS/DMS复合调制解调仪器11；复合调制解调仪器11的两个DTS信号端口与两根多模光纤6相连接，DAS信号端口与单模光纤9相连接，DSS信号输入端口与分布式应变传感（DSS）光缆4内置的单模光纤9相连接，DMS信号输入端口与分布式湿度传感（DMS）光缆5内的湿度敏感光纤相连接。

所述的分布式温度传感（DTS）光缆2内有两根多模光纤6，两根多模光纤6放置在不锈钢细管内，其尾端熔接成U字型连接段7。

所述的声波或地震波传感（DAS）光缆3内包含声波或地震波弹性体8，声波或地震波弹性体8上有螺旋状缠绕的高灵敏度单模光纤9，缠绕角度在30度到60度之间，单模光纤9外有至少一层连续金属细管对其进行封装，单模光纤9尾安装有消光器10。

所述的分布式应变传感（DSS）光缆4内置单模光纤9，单模光纤9外面紧密挤压有一层高强度复合材料13，外面有至少一层连续金属细管对其进行紧包封装。

所述的分布式湿度传感（DMS）光缆5内有布设有专门进行光缆周围湿度环境测量的光纤湿度传感器14。光纤湿度传感器14可以是光功率检测型湿度传感器，如基于锥形光纤、塑料包层石英光纤等湿度传感器；光纤湿度传感器14也可以是波长检测型湿度传感器，如基于布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、光纤Fabry-Perot腔等湿度传感器。

所述复合调制解调仪器11连接有监测数据存储、处理和分析用的超级计算机工作站12。

所述的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）在大坝底部内外与坝体走向平行挖掘沟渠，或者在建坝时预留好与坝体走向平行的沟渠，在沟渠内布设监测光缆1，随后在沟渠里灌注水泥浆，将铠装监测光缆1永久的固定在坝体底部与坝体走向的平行沟渠内；

（b）把埋置的监测光缆1的首端延伸到坝顶的监测室内；

（c）在坝顶监测室内把复合调制解调仪器11的两个DTS信号端口与两根多模光纤6相连接，DAS信号端口与单模光纤9相连接，DSS信号输入端口与分布式应变传感（DSS）光缆4内置的单模光纤9相连接，DMS信号输入端口与分布式湿度传感（DMS）光缆5内的湿度敏感光纤相连接；

（d）把两根多模光纤6放置在不锈钢细管内构成分布式温度传感（DTS）光缆2，并把两根多模光纤6的尾端熔接成U字型连接段7，然后用U字形不锈钢管保护好熔接后的U字形光纤尾端；

（e）在长条形声波或地震波弹性体8上用高灵敏度单模光纤9紧密绕制螺旋形声波或地震波传感（DAS）光缆3，缠绕角度在30度到60度之间，单模光纤9外有至少一层连续金属细管对其进行封装，连续金属细管内充填有光纤膏，单模光纤9尾安装有消光器10；

（f）在高灵敏度单模光纤9外面紧密挤压一层高强度复合材料13，然后至少用一层连续金属细管对其进行紧包封装，制成分布式应变传感（DSS）光缆4；

（g）使用锥形光纤、塑料包层石英光纤等湿度传感器14，或布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、光纤Fabry-Perot腔等湿度传感器14加工制成分布式或高密度准分布式光纤湿度传感器阵列，每两个准分布式光纤湿度传感器14之间的间距在0.5米到1米左右。在光纤湿度传感器阵列外紧密包裹一层或数层用高强度复合材料13丝线编织而成的保护套15，制成分布式湿度传感（DMS）光缆5；

（h）把复合调制解调仪器11连接到监测数据存储、处理和分析用的超级计算机工作站12上；

（i）启动复合调制解调仪器11和超级计算机工作站12，实时采集沿大坝底部内外埋置的监测光缆1上沿缆分布的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据；

（j）复合调制解调仪器11将连续采集的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据实时进行调制解调，然后传输给旁边的超级计算机工作站12；

（k）超级计算机工作站12内有专用的监测数据处理分析软件系统，对实时监测到的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据进行实时处理与分析，求取坝体沿线度温及温度梯度变化数据，坝体沿线微地震数据，坝体沿线应变及应变梯度变化数据，坝体沿线湿度及湿度梯度变化数据；

（l）对坝体沿线的实时温度及温度梯度变化数据进行仔细观察分析，当监测光缆1在局部坝体位置出现高于或低于平均坝体温度的温度异常或温度梯度异常时，可能是水坝内的水沿坝体下部的裂缝带、断裂带、管涌通道运移到了监测光缆1的监测范围附近，应密切注视监测温度异常或温度梯度异常的坝体部位；

（m）对坝体沿线的微地震事件的三维空间分布位置和微地震事件发生的强度和时间进行实时监测和分析，对微地震事件密集且强度逐渐增加及发生时间间隔逐渐缩短的坝体部位，要密切注视监测，这些坝体部位的集中多发的微地震事件可能与坝体内的裂缝带或断裂带的发育和发展有密切的关系；

（n）对分布式应变传感（DSS）光缆4实时采集的沿坝体延伸方向的应变和应变梯度即应变率数据进行处理和分析，实时监测和了解坝体各部位的应力场在三维空间上随时间的变化，及时发现应力或应变异常坝体部位，分析和监测异常地应力场和异常应变带坝体诱发裂缝带或断裂带的潜在风险和可能性，及时提供坝体可能出现裂缝带或断裂带的安全风险的预警信息；

（o）当坝体在水下的部位发生渗漏或泄漏时，会造成水渗漏或泄漏通道周围的湿度快速上升，对坝体沿线湿度及湿度梯度变化数据曲线进行实时处理与分析，一旦发现坝体沿线的监测光缆1上有湿度异常及湿度梯度变化异常带，马上进行严密的监视并发出坝体下部有水体渗漏或泄漏风险的预警信息；

（p）在实时连续坝体安全监测过程中，超级计算机工作站12对采集到的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据进行多维多参数多尺度的实时综合处理分析。当水下坝体任何部位同时出现温度及温度梯度变化异常、微地震事件密集且强度逐渐增加、坝体异常应力场和坝体异常应变带、湿度异常及湿度梯度变化异常带时，要马上发出坝体有重大安全风险的预警信息，立即开展水下坝体异常地段的详细检查和仔细探测，及时发现裂缝带、断裂带、渗水、泄露、管涌等潜在的重大安全风险地段，就地采取堵漏、打桩、加固、投掷石块、灌水泥浆、填充裂缝带或断裂带等措施，确保大坝安全无误，万无一失。

Claims

1.基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统，其特征在于，包括四条在坝体底部沿坝体走向平行埋置的监测光缆(1)，铠装监测光缆(1)由分布式温度传感(DTS)光缆(2)、分布式声波或地震波传感(DAS)光缆(3)、分布式应变传感(DSS)光缆(4)和分布式湿度传感(DMS)光缆(5)组成。

还包括设在坝顶监测室内的复合调制解调仪器(11)；复合调制解调仪器(11)的两个DTS信号端口与两根多模光纤(6)相连接，DAS信号端口与单模光纤(9)相连接，DSS信号输入端口与分布式应变传感(DSS)光缆(4)内置的单模光纤(9)相连接，DMS信号输入端口与分布式湿度传感(DMS)光缆(5)内的湿度敏感光纤相连接。

所述的复合调制解调仪器(11)为DTS/DAS/DSS/DMS复合调制解调仪器。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统，其特征在于，所述的分布式温度传感(DTS)光缆(2)内有两根多模光纤(6)，两根多模光纤(6)放置在不锈钢细管内，其尾端熔接成U字型连接段(7)。

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统，其特征在于，所述的分布式声波或地震波传感(DAS)光缆(3)内包含声波或地震波弹性体(8)，声波或地震波弹性体(8)上有螺旋状缠绕的高灵敏度单模光纤(9)，缠绕角度在30度到60度之间，单模光纤(9)外有至少一层连续金属细管对其进行封装，单模光纤(9)尾安装有消光器(10)。

4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统，其特征在于，所述的分布式应变传感(DSS)光缆(4)内置单模光纤(9)，单模光纤(9)外面紧密挤压有一层高强度复合材料(13)，外面有至少一层连续金属细管对其进行紧包封装。

5.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统，其特征在于，所述的分布式湿度传感(DMS)光缆(5)内有布设有专门进行光缆周围湿度环境测量的光纤湿度传感器(14)。光纤湿度传感器(14)可以是光功率检测型湿度传感器，如基于锥形光纤、塑料包层石英光纤等湿度传感器；光纤湿度传感器(14)也可以是波长检测型湿度传感器，如基于布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、光纤Fabry-Perot腔等湿度传感器。

6.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统，其特征在于，所述复合调制解调仪器(11)连接有监测数据存储、处理和分析用的超级计算机工作站(12)。

7.根据权利要求1到6任一项所述的基于分布式光纤传感技术的大坝安全监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)在大坝底部内外与坝体走向平行挖掘沟渠，或者在建坝时预留好与坝体走向平行的沟渠，在沟渠内布设监测光缆(1)，随后在沟渠里灌注水泥浆，将铠装监测光缆(1)永久的固定在坝体底部且与坝体走向的平行沟渠内；

(b)把埋置的监测光缆(1)的首端延伸到坝顶的监测室内；

(c)在坝顶监测室内把复合调制解调仪器(11)的两个DTS信号端口与两根多模光纤(6)相连接，DAS信号端口与单模光纤(9)相连接，DSS信号输入端口与分布式应变传感(DSS)光缆(4)内置的单模光纤(9)相连接，DMS信号输入端口与分布式湿度传感(DMS)光缆(5)内的湿度敏感光纤相连接；

(d)把两根多模光纤(6)放置在不锈钢细管内构成分布式温度传感(DTS)光缆(2)，并把两根多模光纤(6)的尾端熔接成U字型连接段(7)，然后用U字形不锈钢管保护好熔接后的U字形光纤尾端；

(e)在长条形声波或地震波弹性体(8)上用高灵敏度单模光纤(9)紧密绕制螺旋形声波或地震波传感(DAS)光缆(3)，缠绕角度在30度到60度之间，单模光纤(9)外有至少一层连续金属细管对其进行封装，连续金属细管内充填有光纤膏，单模光纤(9)尾安装有消光器(10)；

(f)在高灵敏度单模光纤(9)外面紧密挤压一层高强度复合材料(13)，然后至少用一层连续金属细管对其进行紧包封装，制成分布式应变传感(DSS)光缆(4)；

(g)使用锥形光纤、塑料包层石英光纤等湿度传感器(14)，或布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、光纤Fabry-Perot腔等湿度传感器(14)加工制成分布式或高密度准分布式光纤湿度传感器阵列，每两个准分布式光纤湿度传感器之间的间距在0.5米到1米左右。在光纤湿度传感器阵列外紧密包裹一层或数层用高强度复合材料(13)丝线编织而成的保护套(15)，制成分布式湿度传感(DMS)光缆(5)；

(h)把复合调制解调仪器(11)连接到监测数据存储、处理和分析用的超级计算机工作站(12)上；

(i)启动复合调制解调仪器(11)和超级计算机工作站(12)，实时采集沿大坝底部内外埋置的监测光缆(1)上沿缆分布的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据；

(j)复合调制解调仪器(11)将连续采集的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据实时进行调制解调，然后传输给旁边的超级计算机工作站(12)；

(k)超级计算机工作站(12)内有专用的监测数据处理分析软件系统，对实时监测到的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据进行实时处理与分析，求取坝体沿线度温及温度梯度变化数据，坝体沿线微地震数据，坝体沿线应变及应变梯度变化数据，坝体沿线湿度及湿度梯度变化数据；

(l)对坝体沿线的实时温度及温度梯度变化数据进行仔细观察分析，当监测光缆(1)在局部坝体位置出现高于或低于平均坝体温度的温度异常或温度梯度异常时，可能是水坝内的水沿坝体下部的裂缝带、断裂带、管涌通道运移到了监测光缆(1)的监测范围附近，应密切注视监测温度异常或温度梯度异常的坝体部位；

(m)对坝体沿线的微地震事件的三维空间分布位置和微地震事件发生的强度和时间进行实时监测和分析，对微地震事件密集且强度逐渐增加及发生时间间隔逐渐缩短的坝体部位，要密切注视监测，这些坝体部位的集中多发的微地震事件可能与坝体内的裂缝带或断裂带的发育和发展有密切的关系；

(n)对分布式应变传感(DSS)光缆(4)实时采集的沿坝体延伸方向的应变和应变梯度即应变率数据进行处理和分析，实时监测和了解坝体各部位的应力场在三维空间上随时间的变化，及时发现应力或应变异常坝体部位，分析和监测异常地应力场和异常应变带坝体诱发裂缝带或断裂带的潜在风险和可能性，及时提供坝体可能出现裂缝带或断裂带的安全风险的预警信息；

(o)当坝体在水下的部位发生渗漏或泄漏时，会造成水渗漏或泄漏通道周围的湿度快速上升，对坝体沿线湿度及湿度梯度变化数据曲线进行实时处理与分析，一旦发现坝体沿线的监测光缆(1)上有湿度异常及湿度梯度变化异常带，马上进行严密的监视并发出坝体下部有水体渗漏或泄漏风险的预警信息；

(p)在实时连续坝体安全监测过程中，超级计算机工作站(12)对采集到的分布式温度数据、分布式微地震数据、分布式应变数据、分布式或准分布式湿度变化数据进行多维多参数多尺度的实时综合处理分析。一旦当水下坝体任何部位同时出现温度及温度梯度变化异常、微地震事件密集且强度逐渐增加、坝体异常应力场和坝体异常应变带、湿度异常及湿度梯度变化异常带时，要马上发出坝体有重大安全风险的预警信息，立即开展水下坝体异常地段的详细检查和仔细探测，及时发现裂缝带、断裂带、渗水、泄露、管涌等潜在的重大安全风险地段，就地采取堵漏、打桩、加固、投掷石块、灌水泥浆、填充裂缝带或断裂带等措施，确保大坝安全无误，万无一失。