CN207798794U - 水渠破坏的线性监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了水渠破坏的线性监测系统，包括设置在水渠易出现裂缝的点管式土壤水分传感器，埋入在水渠底多根金属丝，所述金属丝之间并联，将每根金属丝分成若干金属段，所述金属段电压变化表示水渠位移变化的信号，所述管式土壤水分传感器测量渠底和边坡含水率，将上述电压变化及渠底和边坡含水率的数据传输至服务器或者云端存储，进行后期处理，实现水渠破坏的管道线性监测。本实用新型将传感器监测及金属丝监测有机的相结合的方式实现了对水渠破坏的精确监测。

Description

水渠破坏的线性监测系统

技术领域

本实用新型涉及土木工程监测技术领域，特别是涉及水渠破坏的线性监测系统。

背景技术

水渠是人工开凿的水道，有干渠、支渠之分。干渠与支渠一般用砌石或水泥砂浆筑成。水渠能够在空间上调水，保持水资源平均分配，可以阻挡洪水，防止发生危险，有效的保存水资源。

目前我国水渠多采用明渠过水，明渠衬砌混凝土具有表面积大，厚度薄的特点。由于过水断面采用普通混凝土(素混凝土)衬砌，没有配筋，因此在使用过程中很容易出现裂缝，造成渠道渗漏。在渠道施工过程中增加配筋会明显增加工程成本。而对于刚产生的裂缝，其观测难度极大，尤其是长期使用的水渠，在使用期间根本无法通过肉眼观测到渠道破坏，随着水流的冲刷，裂缝逐渐扩展，直至肉眼可见，甚至使水渠产生缺口。对于灌溉水渠，不仅减少了灌溉面积，降低了水资源的利用率，也极大程度的浪费了水资源，同时增加了农民及灌溉技术的水费负担，严重的甚至会对工程的安全运行造成影响，减少水渠的使用年限，且后期维护和重建需耗费大量资金。

因此，从工程的角度出发，裂缝发现的时间越早，对工程越有利，可节省大量的人力物力和工程的维修费用，减少水资源的浪费，有着进一步提高灌溉效益的重要作用。

综上所述，现有技术中对于水渠的破坏状态的有效监测问题，尚缺乏有效的解决方案。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型的目的之一是提供了水渠破坏的线性监测系统，测量渠底和边坡含水率以及相应的金属丝的电压变化，实时收集数据后传给服务器或者云端存储，进行后期处理，实现水渠破坏的管道线性监测。

水渠破坏的线性监测系统，包括设置在水渠易出现裂缝的点管式土壤水分传感器，埋入在水渠底多根金属丝，所述金属丝之间并联，将每根金属丝分成若干金属段，所述金属段电压变化表示水渠位移变化的信号，所述管式土壤水分传感器测量渠底和边坡含水率，将上述电压变化及渠底和边坡含水率的数据传输至服务器或者云端存储，进行后期处理，实现水渠破坏的管道线性监测。

本实用新型将金属丝均分成若干个金属小段，以串联形式连入电路中，由于各金属小段材质特性均相同，则各金属小段可视为若干个初始电阻相同的金属元件，由于串联电路中电流处处相等，则初始时刻各金属小段两端电压均相同。随着水渠的破坏，渠底发生不同程度的变形，各金属小段受到不同程度的拉伸，其横截面积发生相应改变，导致各金属小段不同时刻的电阻值不同，由此得到相应的电压变化。

电压变化主要通过电压表来测量，通过信号采集器收集电压信号，并将收集到的电信号传递给服务器或者云端进行存储，利用软件或信息处理系统进行实时数据处理分析，得到不同部位的土壤含水率和电压变化率，从而实现对水渠破坏的线性监测。

进一步的，所述金属丝外部用绝缘层包裹住，用粘结剂将绝缘层与金属丝、绝缘层与水渠部分相粘结，保证金属丝的微小应变能够准确的传递。

进一步的，所述每根金属丝分成若干视为电阻元件的金属段在电路中相串联。

进一步的，所述金属丝采用敏感栅，用厚度为0.003～0.101mm的金属箔栅状或用金属线制作。

本实用新型的目的之二是公开了水渠破坏的线性监测方法，包括：

在水渠易出现裂缝的点设置管式土壤水分传感器，在水渠底埋入多根金属丝；

将每根金属丝分成若干金属段，金属段电压变化表示水渠位移变化的信号及管式土壤水分传感器测量的渠底和边坡含水率即实现监测各金属小段参数变化率及土壤含水率这两个参数；

当上述两个参数任一项超过限定值时，报警动作。

进一步的，当水渠产生裂缝时，金属丝上相应位置的金属段受拉，横截面积减小，电阻增大，而各金属段的电流相同，则每个金属小段上相应的电压增大，可得电阻或电压变化率，将水渠产生裂缝的位置锁定至电阻变化率最大的金属小段，锁定水渠破坏位置。

进一步的，所述两个参数共有以下四种组合情况：

(一)金属小段参数变化率及土壤含水率均超过限定值时，则认定为水渠破坏；

(二)金属小段参数变化率及土壤含水率均未超过限定值时，则认定为水渠处于安全使用状态；

(三)金属小段参数变化率超过限定值，而土壤含水率未超过限定值时，则认定为水渠破坏，但管式土壤水分传感器故障；

(四)金属小段参数变化率未超过限定值，而土壤含水率超过限定值时，则有两种可能性，一是水渠破坏，但金属丝所在电路发生故障，二是水渠未破坏，土壤含水率受其他因素影响超出限定值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、相对于以往，水渠破坏严重时才采取措施，进行维护和重建工作，结合土壤水分传感器的水渠破坏监测系统，可实时监测含水率的变化，从而在裂缝发生初期，及时采取相应的补救措施，有利于工程安全，也可节省大量的人力物力财力，经济可靠。

二、通过对水渠破坏的线性监测，有助于对裂缝破坏的过程进行分析和研究，节省大量的野外实验时间，为科研提供数据。

三、水渠破坏会造成水量的流失，使灌溉效率降低，渠道渗漏会造成地下水位的上涨，影响灌区土壤的质量，使渠道设施变形损坏，给农业生产造成巨大的损失。及时采取措施可减少损失，提高农业生产的效益。

四、该系统可在总体上减少农业用水量，扩大灌溉面积，提高农业用水的利用率和渠道的输送能力，使得渠道的建设和维护成本明显降低。

五、本实用新型将传感器监测及金属丝监测有机的相结合的方式实现了对水渠破坏的精确监测，其中，金属丝之间采用并联方式，可保证当其中一根金属丝发生故障时，其他金属丝能正常运作；而金属丝中的金属小段采用串联，可保证金属丝中任一部分出现故障时，整根金属丝停止运作，导致电路中的总电阻值大幅增大，可将故障锁定至某一确定的金属丝，节省时间人力物力，确保系统的稳定性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为水分传感器沿水渠布置的示意图；

图2为水渠破坏线性监测系统的流程图；

图3阻值机敏格栅地基位移测试系统电路示意图；

图1中，1、第一监测点，2、第二监测点，3、第三监测点，4、第四监测点，5、第一监测点。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在水渠破坏监测上的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了水渠破坏的线性监测系统。

水渠的结构及监测点布置如图1所示，库区与控制端设置有进水口，通过进水口库区内的水进入控制端、收缩段、平稳段、消力池、退水渠，较易出现裂缝的点在收缩段的末端及消力池始端，监测点布置时，第一监测点1和第三监测点3是较易出现裂缝的点，第二监测点2，第四监测点4，第五监测点5是根据第一监测点1点和第三监测点3的选取，为使监测点布置均匀而补充的监测点。

本实用新型结合管式土壤水分传感器和金属丝电阻随横截面积的减小而增大的原理，测量渠底和边坡含水率以及相应的金属丝的电压变化，实时收集数据，后传给服务器或者云端存储，进行后期处理，实现水渠破坏的管道线性监测。

施工初期在渠底埋入金属丝，要求金属丝对横截面积的变化反应灵敏，并且尽可能细一些，建议采用敏感栅，以保证金属丝嵌入后不影响土工格栅的强度等性能参数。将金属丝连入电路中，各金属丝之间采用并联方式，将金属丝均分成若干金属小段，每段的初始电阻相同，将各金属小段视为电阻元件并且以串联形式连入电路中。当水渠产生裂缝时，金属丝上相应位置的金属小段受拉，横截面积减小，电阻增大，而各金属小段的电流相同，则每个金属小段上相应的电压增大，可得电阻(或电压)变化率，将水渠产生裂缝的位置锁定至电阻变化率最大的金属小段，可在短时间内锁定破坏位置，便于及时采取相应措施。

其中，金属丝外部用绝缘层包裹住，起保护作用，防止水分、尘土等对其腐蚀，其联结电路的方式为并联，既可提高测量结果的准确性，也可防止其中一根金属丝损坏而故障时，影响测量结果。用粘结剂将绝缘层与金属丝、绝缘层与水渠部分相粘结，以保证金属丝的微小应变也能够准确的传递。

如图3所示，本实用新型还公开了水渠破坏的线性监测方法，将每个金属丝小段视为一个电阻，同一根电阻丝上的金属段串联在电路中，其电流均相等，初始电阻均相同，则电压相同。当水渠发生破坏后，同一金属丝上的金属小段受拉情况不同，则电阻不同，分别测每个小段的电压，可得到相应的电阻变化率，将水渠产生裂缝的位置锁定至电阻变化率最大的金属小段，可在短时间内锁定破坏位置，便于及时采取相应措施。

本实用新型以电阻或电压变化率及土壤含水率反映水渠破坏的程度，当水渠破坏达到一定程度时，会产生渗流，使得土壤含水率增大，水分传感器监测到含水率变化，收集数据，后传给服务器或者云端存储，进行后期处理，实现水渠破坏的管道线性监测。其中，本系统共监测两个参数，一是各金属小段电阻(或电压)变化率，二是土壤含水率。当上述两个参数任一项超过限定值时，装置报警，可针对水渠裂缝采取相应的补救措施，减少不必要的损失。

其中，更为具体的，两个参数共有以下四种组合情况：

(一)电阻(或电压)变化率及土壤含水率均超过限定值时，则认定为水渠破坏；

(二)电阻(或电压)变化率及土壤含水率均未超过限定值时，则认定为水渠处于安全使用状态；

(三)电阻(或电压)变化率超过限定值，而土壤含水率未超过限定值时，则认定为水渠破坏，但水分传感器故障；

(四)电阻(或电压)变化率及土壤含水率均超过限定值时，则有两种可能性，一是水渠破坏，但金属丝所在电路发生故障，二是水渠未破坏，土壤含水率受降雨等其他因素影响超出限定值；

若发生上述(一)(三)中情况，应及时采取补救措施，避免造成不必要的损失，同时应及时检查相应位置的土壤水分传感器，对设备性能进行调试；若发生上述(四)中情况，应检查对相应位置的电路，若电路故障，应及时修复，并采取补救措施。

本实用新型的另一实施例子中，公开了只含有土壤水分传感器的监测系统。

当渠底或边坡产生裂缝时，会造成渠道渗漏，从而使含水率增大，超过同等情况下的含水率值，将数据反馈至远程监控中心，相关部门可及时采取措施对工程进行维护。其中土壤水分传感器感应的土壤范围是外径637.5毫米、壁厚250毫米、高为250毫米的管柱体。可在整个水渠上选取最易产生裂缝的若干具有代表性的点，根据所选点进行监测点补充，使得整个水渠上的监测点布置均匀，能及时准确的反映整个水渠的破坏情况，从而实现水渠破坏的线性监测。

如图2所示，在施工期将管式土壤水分传感器作为传感器监测模块采集监测数据定点埋入渠底和边坡，测量其水分，将数据收集并通过数据转发系统将数据传输至云端或服务器，远程监控中心从云端的数据库读取信息，并进行相应的分析，得到水分变化曲线。管式土壤水分传感器结合导管式和插针式的各项优势，又弥补了他们的不足，是面向大规模、更广泛的应用场景的土壤含水率测量设备。它可以保证土壤的最低扰动性，同时测量土壤的水分含量、土壤温度含量参数。

可将管式土壤水分传感器长期埋设于土壤和堤坝内，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量，与数据采集器配合使用，可作为水分定点监测或移动测量的工具。

远程监控中心用于数据的存储、分析、显示和预警。为观察整个水分变化过程，从施工期设备安装完成开始进行测量，随着时间的变化，由于外界因素的不同，会造成含水率的变化，从而得到一系列含水率变化曲线，综合考虑各种外界因素，可得到正常情况下的含水率变化范围。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.水渠破坏的线性监测系统，其特征是，包括设置在水渠易出现裂缝的点管式土壤水分传感器，埋入在水渠底多根金属丝，所述金属丝之间并联，将每根金属丝分成若干金属段，所述金属段电压变化表示水渠位移变化的信号，所述管式土壤水分传感器测量渠底和边坡含水率，将上述电压变化及渠底和边坡含水率的数据传输至服务器或者云端存储，实现水渠破坏的管道线性监测。

2.如权利要求1所述的水渠破坏的线性监测系统，其特征是，所述金属丝外部用绝缘层包裹住，用粘结剂将绝缘层与金属丝、绝缘层与水渠部分相粘结。

3.如权利要求1所述的水渠破坏的线性监测系统，其特征是，所述每根金属丝分成若干视为电阻元件的金属段在电路中相串联。

4.如权利要求1所述的水渠破坏的线性监测系统，其特征是，所述金属丝采用敏感栅，用厚度为0.003～0.101mm的金属箔栅状或用金属线制作。