DE29521732U1 - Device for checking and monitoring the condition of dikes, dams or weirs - Google Patents
Device for checking and monitoring the condition of dikes, dams or weirsInfo
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Description
Für: München, 05. März 1998 For: Munich, 05 March 1998
GESO Gesellschaft für M/GSO-012-DE/GGESO Society for M/GSO-012-DE/G
Sensorik, geotechnischen KR/kh/bsSensors, geotechnical KR/kh/bs
Umweltschutz und mathematische
Modellierung mbH
Max-Gräfe-Gasse 10
07749 JenaEnvironmental protection and mathematical
Modelling Ltd.
Max-Gräfe-Gasse 10
07749 Jena
Vorrichtung zur Kontrolle und Überwachung des Zustandes vonDevice for controlling and monitoring the condition of
Deichen, Dämmen oder WehrenDikes, dams or weirs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle und Überwachung des Zustandes von Deichen, Dämmen, Wehren oder dergleichen insbesondere vorhandener Bermen, Spundwände und Schmalwände und ist in besonderem Maße zum Langzeit-Monitoring geeignet, so daß rechtzeitig Maßnahmen zum ausreichenden Schutz hochwassergefährdeter Gebiete durch Sanierung bzw. Rekonstruktion vorhandener Hochwasserschutzbauten ergriffen werden können.The invention relates to a device for controlling and monitoring the condition of dikes, dams, weirs or the like, in particular existing berms, sheet pile walls and narrow walls, and is particularly suitable for long-term monitoring, so that timely measures can be taken to adequately protect areas at risk of flooding by renovating or reconstructing existing flood protection structures.
Die Überwachung von Dämmen und Deichen wird bisher durch Kontrollgänge durchgeführt sowie durch Messungen an wenigen Einzelpunkten (Pegel). Die Kontrollgänge dienen dem Erkennen möglicher Sickerstellen auf Seiten der Binnendeichboschung.The monitoring of dams and dikes has so far been carried out by inspection walks and by measurements at a few individual points (gauges). The inspection walks serve to identify possible seepage points on the side of the inland dike embankment.
In dem Falle, wo erkennbar Dränge- oder Sickerwasser aus dem Außendeichland oder dem Flußbett den Deich durchdringt, müssen Maßnahmen zur Verstärkung bzw. Sanierung von Bermen, Spundwänden, Schmalwänden u.a. sowie ggfs. zur äußeren Verstärkung des Deiches eingeleitet werden, um einen Deichdurchbruch zu vermeiden.In the event that it is evident that pressure or seepage water from the outer dike area or the river bed is penetrating the dike, measures must be taken to reinforce or renovate berms, sheet pile walls, narrow walls, etc. and, if necessary, to externally reinforce the dike in order to prevent the dike from breaking through.
Bei Hochwassergefahr werden die Dämme oder Deiche in kurzen Zeitabschnitten wiederholt visuell kontrolliert, um das Risiko eines Dammdurchbruches zu verringern.In the event of a flood threat, the dams or dikes are repeatedly visually inspected at short intervals to reduce the risk of a dam breach.
Es ist jedoch aus dem Vorgenannten ersichtlich, daß das Austreten von Dräng- oder Sickerwasser bereits die Folge eines zeitlich vorgelagerten Zerstörens bzw. Undichtwerdens von Dichtungselementen im Deich, Damm oder dergleichen ist. Dieses zu späte Erkennen derartiger Zerstörungen, z. B. auch undichter oder zerstörter Deich-Spundwände birgt erhebliche Gefahren für das durch den Deich zu schützende tiefer gelegene Binnenland in sich.However, it is clear from the above that the leakage of pressure or seepage water is already the result of the destruction or leakage of sealing elements in the dike, dam or the like that occurred earlier. This late detection of such destruction, e.g. leaky or destroyed dike sheet piles, poses considerable risks for the lower inland areas that the dike is intended to protect.
Aus dem auf die Anmelderin zurückgehenden Deutschen Gebrauchsmuster G 93 18 404 ist eine Einrichtung zum Bestimmen von Temperaturen an oder in ausgedehnten Objekten bekannt, die eine optisch-elektronische Meßvorrichtung verwendet. Diese Meßvorrichtung speist an mindestens einem Ende eines Lichtwellenleiters einen Laserimpuls ein und dient der Untersuchung der vom Lichtwellenleiter zurückgestreuten Strahlung. Aufgrund der gegebenen Wechselwirkungen läßt sich die Temperatur und der Ort spektral und laufzeitabhängig auswerten. Demnach können den Längenkoordinaten des Lichtwellenleiters Temperaturwerte zugeordnet werden.A device for determining temperatures on or in extended objects is known from the German utility model G 93 18 404, which goes back to the applicant. It uses an optical-electronic measuring device. This measuring device feeds a laser pulse into at least one end of an optical fiber and is used to examine the radiation scattered back from the optical fiber. Due to the interactions, the temperature and the location can be evaluated spectrally and depending on the transit time. Temperature values can therefore be assigned to the length coordinates of the optical fiber.
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Das dort gezeigte Meßverfahren greift auf die Auswertung des rückgestreuten Raman-Streulichtes eines Lichtwellenleiters zur Temperaturmessung zurück. Die Temperaturmessung beruht dabei auf dem bekannten DTS-Meßverfahren (Distributed Optical Fibre Temperature-Sensing), bei dem das Licht eines Lasers in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Bei der Ausbreitung des Laserlichtes innerhalb des Lichtwellenleiters erfolgt eine Streuung an den Molekülen desselben, wobei die Intensität des rückgestreuten Lichtes in Abhängigkeit von der 5 Laufzeit in vorgegebenem Maße abfällt. Aufgrund der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit des emitierten Lichtes im Lichtwellenleiter kann aus dem ermittelten zeitlichen Verlauf derThe measuring method shown there relies on the evaluation of the backscattered Raman scattered light of an optical fiber for temperature measurement. The temperature measurement is based on the well-known DTS measuring method (Distributed Optical Fibre Temperature-Sensing), in which the light of a laser is coupled into an optical fiber. When the laser light propagates within the optical fiber, it is scattered by the molecules of the same, whereby the intensity of the backscattered light drops to a predetermined extent depending on the 5 propagation time. Due to the known propagation speed of the emitted light in the optical fiber, the determined temporal course of the
Intensität des Rückstreulichtes der vom Licht jeweils zurückgelegte Weg bestimmt werden.The intensity of the backscattered light and the path travelled by the light can be determined.
Bedingt durch die Wechselwirkungen des Laserlichtes mit optischen Phononen, d. h. Schwingungsquanten einer elastischen Deformationswelle in einem Festkörper, entsteht die Raman-Rückstreuung. Die Intensität des Raman-Rückstreulichtes ist direkt von der Temperatur am jeweiligen Ort der Entstehung des Streulichtes abhängig. In dem Falle, wenn Laserlicht in den Lichtwellenleiter eingekoppelt und die Intensität des Raman-Streulichtes laufzeitabhängig ausgewertet wird, kann die ortsabhängige Temperaturverteilung ermittelt werden.Raman backscattering occurs due to the interaction of laser light with optical phonons, i.e. vibration quanta of an elastic deformation wave in a solid. The intensity of Raman backscattered light is directly dependent on the temperature at the respective location where the scattered light is generated. If laser light is coupled into the optical fiber and the intensity of the Raman scattered light is evaluated depending on the travel time, the location-dependent temperature distribution can be determined.
Mit der in dem Deutschen Gebrauchsmuster G 93 18 404 gezeigten Einrichtung soll durch die Anordnung eines Lichtwellenleiters als flächiges Gebilde, zweckmäßigerweise in Form eines Gitternetzes, die Überwachung der Temperaturentwicklung in Deponien untersucht werden. Durch die erhaltenen Temperaturwerte soll der geothermische Gradient und die geothermische Diffusivität im Bereich der abdichtenden Basistonschicht bestimmt werden. Durch eine derartige Temperaturüberwachung, die parallel unterhalb der Basisabdichtung erfolgt, sollen Unregelmäßigkeiten oder Schäden des Deponieabbaus erkennbar sein, um dann Maßnahmen einzuleiten, mit denen eine Beeinträchtigung des Grundwassers verhindert wird.The device shown in the German utility model G 93 18 404 is intended to investigate the monitoring of temperature development in landfills by arranging an optical fiber as a flat structure, preferably in the form of a grid. The temperature values obtained are intended to determine the geothermal gradient and the geothermal diffusivity in the area of the sealing base clay layer. Such temperature monitoring, which takes place parallel below the base sealing, is intended to make it possible to identify irregularities or damage to the landfill mining in order to then initiate measures to prevent any impairment of the groundwater.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Kontrolle und Überwachung des Zustandes von Deichen, Dämmen, Wehren oder dergleichen anzugeben, mit deren Hilfe 0 frühzeitig Informationen über Sanierungs- und Rekonstruktionsmaßnahmen gewonnen werden können, so daß eine hohe Sicherheit der durch den Deich, Damm oder dergleichen zu schützenden Bereiche gewährleistet ist.The object of the present invention is to provide a device for controlling and monitoring the condition of dikes, dams, weirs or the like, with the aid of which information on rehabilitation and reconstruction measures can be obtained at an early stage, so that a high level of safety of the areas to be protected by the dike, dam or the like is guaranteed.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegenstand gemäß dem Schutzanspruch 1, wobei insbesondere vorteilhafte vorrichtungsseitige' Ausbildungen und Weiterentwicklungen in den Unteransprüchen umfaßt sind.The object of the invention is achieved with an object according to claim 1, wherein in particular advantageous device-side designs and further developments are included in the subclaims.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Temperaturverteilung längs des Deiches im binnenseitigen Bereich unterhalb der Deichkrone, zweckmäßigerweise unterhalb der Deichsohle, oder im Deichinneren auf der Binnenseite von Dichtungselementen, mittels eines langgestreckten verteilten und/oder mehrerer verteilter Sensoren, die es gestatten, die Temperaturverteilung entlang einer Strecke bzw. in einer Fläche oder einem Volumen ortsaufgelöst zu erfassen, zu untersuchen, um örtliche Anomalien der Temperaturverteilung und damit Deichschäden zu ermitteln.The basic idea of the invention is to examine the temperature distribution along the dike in the inland area below the dike crest, expediently below the dike base, or inside the dike on the inland side of sealing elements, by means of an elongated distributed sensor and/or several distributed sensors that allow the temperature distribution to be recorded in a spatially resolved manner along a distance or in an area or volume, in order to determine local anomalies in the temperature distribution and thus dike damage.
Derartige örtliche Anomalien lassen also frühzeitig eine vorhandene Leckage erkennen, so daß rechtzeitig deichsichernde oder deichsanierende Maßnahmen ergreifbar sind.Such local anomalies allow an existing leak to be identified at an early stage, so that measures to secure or rehabilitate the dike can be taken in good time.
Durch die Anordnung eines verteilten Temperatur-Sensors längs bzw. im Inneren des Deiches, Dammes oder dergleichen wird die planmäßige Diffusion von Dränge- oder Sickerwasser aus dem 0 Außendeichland oder dem Flußbett erfaßt, wobei sich vorhandene Undichtheiten im Bereich unterhalb der Deichkrone, bzw. unterhalb der Deichsohle, z. B. defekte Dichtungskerne, Spundwände, Schmalwände als Temperaturanomalie, d.h. als örtliche Temperaturpeaks bemerkbar machen.By arranging a distributed temperature sensor along or inside the dike, dam or similar, the planned diffusion of pressure or seepage water from the outer dike area or the river bed is recorded, whereby existing leaks in the area below the dike crest or below the dike base, e.g. defective sealing cores, sheet pile walls, narrow walls, become noticeable as temperature anomalies, i.e. as local temperature peaks.
Der Ort des Lecks sowie die Bewegung oder Fließrichtung der durch das Leck eindringenden Flüssigkeitsmenge kann dann durch die Auswertung der gemessenen Temperaturverteilung in der durch den verteilten Sensor überwachten Region/Abschnitt bestimmt werden.The location of the leak as well as the movement or flow direction of the fluid entering through the leak can then be determined by evaluating the measured temperature distribution in the region/section monitored by the distributed sensor.
In dem Falle, wo ein beispielsweise verwendetes faseroptisches Sensorkabel zur Temperaturmessung in einem Schweißgraben längs des Deiches angeordnet ist und eine Leckage auftritt, kann die Fließrichtung des Wassers im Schweißgraben durch den sich ausbildenden Temperaturgradienten über die Länge des Sensorkabels bzw. des Deiches bestimmt werden.In the case where, for example, a fiber optic sensor cable is used to measure the temperature in a weld trench along the dyke and a leak occurs, the flow direction of the water in the weld trench can be determined by the temperature gradient that develops over the length of the sensor cable or the dyke.
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Bei gleichzeitiger Aufzeichnung des Wasserstandes im Deichaußenbereich, und der ermittelten Leckagemenge kann auf die Wahrscheinlichkeit eines Damm- oder Deichbruches vorausschauend gefolgert werden.By simultaneously recording the water level outside the dike and the determined amount of leakage, it is possible to predict the probability of a dam or dike breach.
Eventuelle Veränderungen der Leckage lassen sich erfindungsgemäß über Betrachtung des sich ändernden Verlaufes der Anomalie über einen vorgegebenen Zeitabschnitt bestimmen.According to the invention, possible changes in the leakage can be determined by observing the changing course of the anomaly over a given period of time.
Erfindungsgemäß wird die Erkenntnis genutzt, daß die Gewässertemperatur im Außendeichland sich von der Temperatur im oder unterhalb des Deiches bzw. von der Wassertemperatur im Schweißgraben unterscheidet. Demnach führt das Eindringen von Wasser aus dem Außendeichland im Bereich einer Leckage, d. h. örtlich erhöhter Wasserzufuhr zu einer Veränderung der Temperaturverteilung, die sich ansonsten als ein in einem bestimmten Bereich veränderlicher Mittelwert einstellt.The invention makes use of the knowledge that the water temperature in the outer dike area differs from the temperature in or below the dike or from the water temperature in the weld ditch. Accordingly, the penetration of water from the outer dike area in the area of a leak, i.e. locally increased water supply, leads to a change in the temperature distribution, which otherwise occurs as an average value that changes within a certain range.
0 In Abhängigkeit von der jeweiligen Lage des verteilten Temperatursensors, z.B. des verwendeten Sensorkabels innerhalb des Deiches bzw. unterhalb der Deichsohle oder im Schweißgraben, lassen sich rechtzeitig, d. h. bevor ein äußeres Durchnässen des Deiches aufgrund von Sicker- oder Drängewasser erkennbar ist, Maßnahmen zur Deichsanierung einleiten.0 Depending on the location of the distributed temperature sensor, e.g. the sensor cable used inside the dike or below the dike bottom or in the welding trench, measures for dike rehabilitation can be initiated in good time, i.e. before external wetting of the dike due to seepage or pressure water is apparent.
Der verteilte Temperatursensor, z.B. das faseroptische, mit Laserlicht beaufschlagte Sensorkabel wird innerhalb eines Schweißgrabens längs des Deiches und zum binnenseitigen Ende des Deichfußes hin gerichtet angeordnet.The distributed temperature sensor, e.g. the fiber optic sensor cable with laser light, is arranged within a welding trench along the dike and directed towards the inland end of the dike foot.
Alternativ kann das Sensorkabel unterhalb der Deichsohle oder im Deichkörper abseitig wasserseitiger Dichtschichten oder Dichtmitteln angeordnet sein. Das Sensorkabel kann hierbei aus zwei längsseitig parallelgeführten, einseitig schleifenartig verbundenen Fasern bestehen oder eine Mäanderform aufweisen.Alternatively, the sensor cable can be arranged below the dike bottom or in the dike body away from the water-side sealing layers or sealants. The sensor cable can consist of two fibers that run parallel along the length and are connected in a loop on one side, or it can have a meandering shape.
Bei der Anordnung von verteilten Temperatursensoren bzw. Sensorkabeln in einer Ebene parallel zur Deichsohle, d.h. längs zur Fließrichtung einer durch eine Leckage eindringende Wassermenge, kann die Richtung und die Ausbreitungsgeschwindigkeit derselben bestimmt werden.By arranging distributed temperature sensors or sensor cables in a plane parallel to the dike bottom, i.e. along the flow direction of a quantity of water entering through a leak, the direction and propagation speed of the same can be determined.
Durch die Anordnung des beispielsweise verwendeten faseroptischen Sensorkabels im Schweißgraben ist eine nachträgliche Überwachungsmöglichkeit, ohne Eingriffe in den Damm- oder Deichbau selbst, mit einfachsten Mitteln gewährleistet.By arranging the fiber optic sensor cable used in the welding trench, for example, a subsequent monitoring option is ensured using the simplest means, without interfering with the dam or dike construction itself.
Mit Hilfe der erwähnten, beispielsweisen faseroptischen SensorkabeT als verteilter Temperatursensor und der Auswertung von Laufzeit und Intensität des rückgestreuten Lichtes können Deichabschnitte in einer Länge von 5 bis 20 km bei einer Temperaturauflösung bis hin zu 0,10K überwacht werden. Die Ortsauflösung liegt je nach Länge des Sensorkabels im Bereich von 0,5 bis 2 m, wobei höhere Genauigkeiten durch das erwähnte mäanderförmige Verlegen des faseroptischen Sensorkabels erreicht werden können.With the help of the fiber optic sensor cable mentioned above, for example, as a distributed temperature sensor and the evaluation of the transit time and intensity of the backscattered light, dike sections with a length of 5 to 20 km can be monitored with a temperature resolution of up to 0.1 ° K. The spatial resolution is in the range of 0.5 to 2 m, depending on the length of the sensor cable, whereby higher accuracies can be achieved by the meandering laying of the fiber optic sensor cable mentioned above.
Alles in allem kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in kostengünstiger Weise eine ständige aktuelle Kontrolle und Überwachung des Zustandes von Deichen, Dämmen und dergleichen auch über längere Zeiträume vorgenommen werden, wobei die erhaltenen Meßwerte durch telemetrische Datenübertragung an einer Zentralstelle ausgewertet und zur Erhöhung der Hochwassersicherheit herangezogen werden können.All in all, the device according to the invention can be used to carry out a constant, current check and monitoring of the condition of dykes, dams and the like in a cost-effective manner, even over longer periods of time, whereby the measured values obtained can be evaluated by telemetric data transmission at a central location and used to increase flood safety.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung und aufgrund der Tatsache, daß im Leckagefall sich Temperäturdifferenzen zwischen den betrachteten Räumen ergeben, können durch die verteilte Temperaturmessung eine oder mehrere Leckagestellen erkannt und hinsichtlich ihrer jeweiligen Längen- oder Raumkoordinaten lokalisiert werden. Demnach lassen sich insbesondere bei Dämmen und Deichen Abschnitte mit erhöhter Wasserdurchlässigkeit erkennen und lokalisieren und durch Lang-Due to the solution according to the invention and due to the fact that in the event of a leak, temperature differences arise between the spaces under consideration, one or more leakage points can be identified by means of distributed temperature measurement and localized in terms of their respective length or spatial coordinates. Accordingly, in particular, in the case of dams and dikes, sections with increased water permeability can be identified and localized and can be identified by means of long-
zeitmonitoring die zeitliche Entwicklung derartiger Leckagen feststellen.time monitoring to determine the temporal development of such leaks.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an embodiment and with the aid of figures.
Hierbei zeigen:Here we show:
Fig. 1 die prinzipielle Darstellung eines Deiches mitFig. 1 the basic representation of a dike with
beispielhaften Möglichkeiten der Anordnung eines verteilten Temperatursensors, z.B. eines faseroptischen Sensorkabels und .exemplary possibilities for the arrangement of a distributed temperature sensor, e.g. a fiber optic sensor cable and .
Fig. 2 eine beispielhafte Darstellung der erfaßtenFig. 2 an exemplary representation of the recorded
Temperatur über die Länge eines längs des Deiches, vorzugsweise im Schweißgraben angeordneten
faseroptischen Sensorkabels als verteilten Temperatursensor.
20Temperature over the length of a fiber optic sensor cable arranged along the dike, preferably in the weld trench as a distributed temperature sensor.
20
Der in der Fig. 1 gezeigte Deich 1 weist eine Deichkrone 2 sowie eine Deichsohle 3 auf. Der Deich 1 ist längs des Ufers eines Flusses 4 angeordnet und schützt das dahinterliegende Land 5 gegen Überflutung durch Hochwasser. 25The dike 1 shown in Fig. 1 has a dike crest 2 and a dike base 3. The dike 1 is arranged along the bank of a river 4 and protects the land behind it 5 against flooding by high water. 25
Der Deich 1 weist eine wasserseitige Dichtschicht in Form einer Innenberme 6 auf, die mittels einer Spundwand/Schma1-wand 7 im Erdreich unterhalb der Deichsohle 3 befestigt ist.The dike 1 has a water-side sealing layer in the form of an inner berm 6, which is secured by means of a sheet pile wall/narrow wall 7 in the ground below the dike base 3.
0 Mittels der Innenberme 6 und der Spundwand/Schmalwand 7 soll das Eindringen von Wasser aus dem Fluß 4 verhindert werden.0 The inner berm 6 and the sheet pile wall/narrow wall 7 are intended to prevent the ingress of water from the river 4.
Es ist bekannt, daß sich bei jeder Art von Deichen eine Entwässerung des Polders bzw. des Binnenlandes 5 aufgrund von sog. Druck- oder Qualmwasser bzw. Sickerwasser aus dem Außendeichland oder dem Flußbett notwendig macht.It is known that with any type of dike, drainage of the polder or the inland area 5 is necessary due to so-called pressure or seepage water or seepage water from the outer dike area or the river bed.
So dringt beispielsweise im Normalfall Wasser aus dem Fluß 4 auch bei dichter Spundwand/Schmalwand und intakter Innenberme 6 in einer Größenordnung von 1 Liter je Meter und Sekunde in einen Schweißgraben 8 längs des Deiches 1 ein. .For example, water from the river 4 normally penetrates into a welded trench 8 along the dyke 1 at a rate of 1 litre per metre and second, even with a tight sheet pile wall/narrow wall and an intact inner berm 6.
Dieses Wasser wird entweder mit Hilfe von Schöpfwerken oder dergleichen über den Deich 1 in den Fluß 4 gepumpt oder durch Deichsiele oder Deichschleusen mit regelbaren Verschlüssen in den Fluß 4 abgeleitet.This water is either pumped into the river 4 via the dike 1 using pumping stations or the like, or is diverted into the river 4 via dike sluices or dike locks with adjustable closures.
Beim gezeigten Beispiel liegen im Winter die durchschnittlichen Wassertemperaturen im Fluß im Bereich zwischen 7 und 9°C, die Temperaturen im Schweißgraben jedoch im Bereich zwischen 2 und 30C. Dringt nun aufgrund eines Lecks im Bereich A, B oder C Flußwasser mit einer Temperatur von 7 bis 9°C in den Deich 1 unterhalb der Deichkrone 2 ein, so fließt dieses mit einem Pfeil in der Fig. 1 symbolisierte Leckwasser bei überschaubaren Leckraten unterhalb des Deichfußes hin zum Schweißgraben 8. Dieser Kaltwasserleckeintrag führt zu einer örtlichen Temperaturverringerung, die mit dem Sensorkabel 9.2, das im Schweißgraben 8 angeordnet ist, wahrgenommen werden kann.In the example shown, the average water temperatures in the river in winter are in the range between 7 and 9°C, but the temperatures in the welding ditch are in the range between 2 and 3 0 C. If river water with a temperature of 7 to 9°C penetrates the dike 1 below the dike crest 2 due to a leak in area A, B or C, this leak water, symbolized by an arrow in Fig. 1, flows at manageable leak rates below the dike foot to the welding ditch 8. This cold water leak leads to a local reduction in temperature, which can be detected with the sensor cable 9.2, which is arranged in the welding ditch 8.
Diese örtliche Temperaturveränderung läßt sich als deutlicher Peak aus einer entsprechenden graphischen Darstellung des Temperaturverlaufes über die Länge des Sensorkabels erkennen (Fig. 2) .This local temperature change can be recognized as a clear peak from a corresponding graphical representation of the temperature curve over the length of the sensor cable (Fig. 2).
Durch eine geeignete Meßanordnung kann bei Überschreiten vorgegebener Schwellwerte ein Alarm ausgelöst werden, um Sofortmaßnahmen zur Sicherung des Deiches, Dammes oder dergleichen einleiten zu können.By means of a suitable measuring arrangement, an alarm can be triggered when predefined threshold values are exceeded in order to initiate immediate measures to secure the dike, dam or the like.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Sensorkabel 9.1 5 unterhalb der Deichsohle 3 auf der dem Binnenland zugewandten Seite der Spundwand 7 unterhalb der Innenberme 6 angeordnet. Diese Anordnung erfolgt zweckmäßigerweise in einem Bereich D, so daß Leckagen im bzw. aus dem Bereich A, B und/oder C er-In a further embodiment, a sensor cable 9.1 5 is arranged below the dike bottom 3 on the inland side of the sheet pile wall 7 below the inner berm 6. This arrangement is expediently carried out in an area D, so that leaks in or from the area A, B and/or C can be detected.
kannt werden können. Alternativ können mehrere Sensorkabel 9.2 einmal im Bereich der Spundwand 7, unmittelbar unterhalb der Sohle der Innenberme 6 bzw. binnenseitig der Innenberme innerhalb des Deiches 1 angeordnet werden, wodurch das Lokalisieren einer Leckage die Zuordnung des Lecks zum jeweiligen Bauteil oder Abschnitt des Deiches erleichtert wird.can be detected. Alternatively, several sensor cables 9.2 can be arranged in the area of the sheet pile wall 7, immediately below the bottom of the inner berm 6 or inside the inner berm within the dyke 1, which makes it easier to locate a leak and assign the leak to the respective component or section of the dyke.
In dem Falle einer weiteren Ausführungsform, bei der mehrere im wesentlichen parallel verlaufende Sensorkabel 9.3 jeweils im wesentlichen parallel zur Deichsohlenfläche unterhalb dieser und beabstandet angeordnet sind, läßt sich die Ausbreitungsrichtung und -menge einer Leckagemenge bestimmen.In the case of a further embodiment in which several essentially parallel sensor cables 9.3 are each arranged essentially parallel to the dyke bottom surface below it and at a distance from one another, the direction of propagation and quantity of a leakage quantity can be determined.
Zweckmäßigerweise sind die Sensorkabel, insbesondere in dem Falle, wo mehrere parallel verlaufende Kabel verwendet werden, einseitig schleifenartig miteinander verbunden, so daß an ein und demselben Ort das eingangs erwähnte Laserlicht in das Sensorkabel eintreten kann und eine Auswertung der rückgestreuten Strahlung mittels geeigneter Detektoren möglich ist.The sensor cables are expediently connected to one another in a loop-like manner on one side, particularly in the case where several parallel cables are used, so that the laser light mentioned at the beginning can enter the sensor cable at one and the same location and an evaluation of the backscattered radiation is possible using suitable detectors.
Zur Verbesserung der Ortsauflösung und Genauigkeit der Leckagelokalisierung kann das Sensorkabel 9.4 in einer weiteren Ausführungsform mäanderförmig alternierend senkrecht und parallel zur Deichsohle 3 oberhalb und/oder unterhalb des Deichfußes im Deich angeordnet werden.To improve the spatial resolution and accuracy of the leak localization, the sensor cable 9.4 can be arranged in a further embodiment in a meandering pattern alternating vertically and parallel to the dike bottom 3 above and/or below the dike foot in the dike.
In dem Falle, wo das Sensorkabel 9.2 im Schweißgraben 8 angeordnet bzw. in diesem verlegt wird, ist ein nachträgliches Ausrüsten vorhandener Deichanlagen mit der vorgeschlagenen Vorrichtung möglich, ohne daß in irgendeiner Weise in die Bausubstanz des Deiches eingegriffen werden muß.In the case where the sensor cable 9.2 is arranged or laid in the welding trench 8, it is possible to subsequently equip existing dyke systems with the proposed device without having to intervene in any way in the structural fabric of the dyke.
Bei der Neuerrichtung von Deichanlagen oder Dammkonstruktionen besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit von vorn herein faseroptische Sensorkabel 9.1 - 9.4 im Deich, insbesondere abseitig der wasserseitigen Dichtschicht und hier wiederum vorteilhaft unterhalb der Deichsohle 3 anzuordnen.When constructing new dykes or dam structures, it is advantageous to arrange fiber-optic sensor cables 9.1 - 9.4 in the dyke from the outset, in particular away from the water-side sealing layer and here again advantageously below the dyke base 3.
In dem Falle, wo die Anordnung des Sensorkabels im Schweißgraben 8 unerwünscht ist, besteht die Möglichkeit, ein Sensorkabel 9.5 im Bereich 10 zwischen binnenseitigem Deichfuß und dem Schweißgraben unterhalb der von diesem Zwischenraum gebildeten Flächen anzuordnen. Auch bei dieser Anordnung ist sichergestellt, daß leckagebedingte Komponenten, nämlich Komponenten A, B und C vom jeweiligen Sensorkabel 9.5 sicher erfaßt und damit Störungen bzw. Leckagen rechtzeitig erkannt werden können.In the case where the arrangement of the sensor cable in the welding trench 8 is undesirable, it is possible to arrange a sensor cable 9.5 in the area 10 between the inland dike foot and the welding trench below the areas formed by this gap. This arrangement also ensures that leakage-related components, namely components A, B and C, are reliably detected by the respective sensor cable 9.5 and thus faults or leaks can be detected in good time.
Bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sendet eine Laserlichtquelle Lichtimpulse in das verwendete faseroptische Sensorkabel nämlich einen Lichtwellenleiter.In the embodiments described above, a laser light source sends light pulses into the fiber optic sensor cable used, namely an optical waveguide.
Das vom Lichtwellenleiter zurückgestreute Licht wird an einer vorgegebenen Stelle ausgekoppelt und über entsprechende Filter auf einen Detektor geführt. Hierbei läßt ein erstes optisches Filter Licht der Stokes-Linie Is durch, während ein zweites optisches Filter Licht der Anti-Stokes-Linie Ia passieren läßt.The light scattered back from the optical waveguide is coupled out at a predetermined point and guided to a detector via appropriate filters. A first optical filter lets light from the Stokes line Is through, while a second optical filter lets light from the anti-Stokes line Ia through.
Der erwähnte Detektor erzeugt aus den zugeführten Intensitäten Is und Ia der Stokes-Linie und der Anti-Stokes-Linie Signale, welche einem Dividierer zugeführt werden. Mittels einer Verhältnisbildung der aus den Linien Is und Ia erhaltenen Signale Us und Ua werden Störeinflüsse,.die auf eine Inhomogenität der Lichtquelle oder anderer äußerer Einflüsse auf den Lichtwellenleiter zurückzuführen sind, mit Ausnahme der Temperatur eliminiert.The detector mentioned generates signals from the supplied intensities Is and Ia of the Stokes line and the anti-Stokes line, which are fed to a divider. By forming a ratio of the signals Us and Ua obtained from the lines Is and Ia, interferences that are due to an inhomogeneity of the light source or other external influences on the optical waveguide are eliminated, with the exception of the temperature.
Ausgangsseitig steht der Dividierer mit einem Rechner in Verbindung, welcher in Abhängigkeit von der Laufzeit des eingestrahlten Lichtes und damit in Abhängigkeit von der Längenkoordinate des Lichtwellenleiters Temperaturwerte bestimmt. Mittels des Rechners können also konkreten Punkten bzw. Orten des Lichtwellenleiters Temperaturwerte zugeordnet werden. Das Verhältnis der Intensität in der Stokes-Linie Is und der Anti-Stokes-Linie Ia bestimmt dabei den jeweiligenOn the output side, the divider is connected to a computer, which determines temperature values depending on the travel time of the incident light and thus depending on the length coordinate of the optical fiber. The computer can therefore be used to assign temperature values to specific points or locations on the optical fiber. The ratio of the intensity in the Stokes line Is and the anti-Stokes line Ia determines the respective
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Temperaturwert, während die Längenkoordinaten des Licht-Wellenleiters aus der Laufzeit des rückgestreuten Lichtimpulses ermittelt werden.Temperature value, while the length coordinates of the optical waveguide are determined from the travel time of the backscattered light pulse.
Der Temperaturmeßbereich hängt vom jeweils verwendeten Sensorkabel ab und liegt beim Ausführungsbeispiel im Bereich zwischen 100 und 7500K. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei einer Länge des Lichtwellenleiters von ca. 8km eine Ortsauflösung im Bereich von einem Meter erreicht. Bei einer Länge des Lichtwellenleiters von 20km beträgt die Ortsauflösung 2 Meter. Das örtliche Auflösungsvermögen ist durch die . Steuerung der Impulsdauer einstellbar. Die Temperaturauflösung liegt im Bereich von 0,10K.The temperature measurement range depends on the sensor cable used and in the example is in the range between 100 and 750 0 K. According to one example, a spatial resolution in the range of one meter is achieved with an optical fiber length of approx. 8 km. With an optical fiber length of 20 km, the spatial resolution is 2 meters. The spatial resolution can be adjusted by controlling the pulse duration. The temperature resolution is in the range of 0.1 0 K.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die Möglichkeit der Selbstkalibrierung der verwendeten Sensorkabel durch Erfassung sich ändernder Mittelwerte über den Tagesverlauf bzw. in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur des Deiches. Wesentlich ist, daß auftretende örtliche Temperaturunterschiede, die auf den Einfluß von Leckagen zurückzuführen sind, erkannt werden können.In another embodiment, it is possible to self-calibrate the sensor cables used by recording changing average values over the course of the day or depending on the ambient temperature of the dyke. It is important that local temperature differences that occur, which can be attributed to the influence of leaks, can be detected.
Mit Hilfe der Fig. 2 ist beispielhaft der Temperaturverlauf in Grad Celsius entlang eines faseroptischen Sensorkabels gezeigt. So ist ausgehend vom Koordinatenursprung im Abstand von 250 m ein örtlich ansteigender Temperaturverlauf erkennbar (durchgezogene Linie).Fig. 2 shows an example of the temperature curve in degrees Celsius along a fiber optic sensor cable. Starting from the coordinate origin at a distance of 250 m, a locally increasing temperature curve can be seen (solid line).
Aus dem strichpunktierten Verlauf läßt sich gemäß einer weiteren Alternative die Fließgeschwindigkeit und Fließrichtung beispielsweise im Schweißgraben oder im Bereich möglicher Kavitäten, unterhalb des Deiches feststellen.According to another alternative, the flow velocity and flow direction can be determined from the dash-dotted line, for example in the welding trench or in the area of possible cavities below the dyke.
Um Grundwassereinflüsse weitestgehend auszuschließen, besteht die Möglichkeit, tiefenmäßig beabstandete, ausgehend von der Deichsohlenfläche nach unten gerichtete Sensorkabel anzuordnen, um die Einflüsse des Grundwassers auf den örtlichenIn order to exclude groundwater influences as far as possible, it is possible to arrange sensor cables spaced apart from each other and directed downwards from the dyke base surface in order to measure the influence of groundwater on the local
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Eintrag von Flüssigkeit unterschiedlicher Temperatur zu berücksichtigen.Entry of liquid of different temperatures must be taken into account.
An Stelle eines faseroptischen Sensorkabels können als verteilter Temperatursensor Meßkabel mit einer Vielzahl von Pt-100 Elementen oder entsprechend angeordnete Einzelsensoren verwendet werden.Instead of a fiber optic sensor cable, measuring cables with a large number of Pt-100 elements or appropriately arranged individual sensors can be used as a distributed temperature sensor.
Claims (10)
gekennzeichnet durch Anordnung eines langgestreckten verteilten Temperatursensors zur verteilten Temperaturerfassung mindestens über Abschnitte längs des Deiches im binnenseitigen Bereich unterhalb der Deichkrone, wobei bei festgestellter Anomalie in der Temperaturverteilung auf eine Leckage geschlossen und der Ort, die Bewegungs- und/oder Fließrichtung aus der Temperaturverteilung am jeweiligen Anomaliepunkt oder sich veränderen Ort-der Anomalie bestimmbar ist.1. Device for controlling and monitoring the condition of dikes, dams or weirs,
characterized by the arrangement of an elongated distributed temperature sensor for distributed temperature detection at least over sections along the dike in the inland area below the dike crest, whereby if an anomaly in the temperature distribution is detected, a leak can be concluded and the location, the movement and/or flow direction can be determined from the temperature distribution at the respective anomaly point or changing location of the anomaly.
5characterized in that the sensor cable is arranged below the dike bottom away from water-side sealing layers or sealing means.
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