TWI471543B - 用以測定水利工程失常之裝置、系統及方法與應用此裝置之水利工程 - Google Patents

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TWI471543B
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Faure Yves-Henri
Royet Paul
Bernard Alain
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Description

用以測定水利工程失常之裝置、系統及方法與應用此裝置之水利工程
本發明是有關於一種裝置、系統、方法及水利工程，且特別是有關於一種測定水利工程中的機能失常之裝置、系統、方法及應用此裝置之水利工程。
水利工程之機能失常特別是指液體之不正常洩漏，並且同樣表示任何水利工程的變形(deformation)及沈澱(settling)。
工程或水利工程指的是土木工程，例如為了運河、水庫、河流所建造的堤壩，或是為了防洪所建造的堤壩及具有水密性的儲水工程，例如水庫、堤壩、水壩及垃圾掩埋場或甚至其它種類之密封性裝置(如管線，包括氣體管線)。
在此類工程裡，存在著已被證實的流體洩漏風險，特別是指容納在工程裡面的水。
流體洩漏有各種不同的成因，其中係可提出一種由洪水、流量影響產生之溢流，且常伴隨經過乾旱期、地層變動、非均勻地層、工程老化、新的局部應變、植物的根所造成的洞、動物的巢穴、侵蝕形成的流道、土壤中形成的流道或密封結構之缺陷或損壞，所導致工程強度及緊密性的損害。
一般地，大多使用光纖來測定堤壩的流體洩漏。光纖沿著堤壩縱向地排列在堤壩之底部以偵測溫度。藉由流到 光纖的漏水所造成的溫度的變異，可以偵測到漏水的發生。在一篇由S.Johansson於1997公開發表的博士論文(Seepage monitoring in embankment,Royal Institute of Technology Stockholm,Sweden,50p.)，或專利案DE 19 506 180及DE 10 052 922中皆有揭露相關的資訊。
然而，在上述情形下，特別是當洩漏發生在位於堤壩較高的位置，並且遠離光纖時，關於漏水的資訊可能較晚到達。除此之外，偵測到的溫度亦會因光纖周圍泥土中不均勻的組織而變異，故洩漏狀況的界定仍維持著很大的不確定性。
文件EP 0 978 715中揭露一技術，使用置放於電纜中之光纖以監視管件或其相似物於受壓狀態下的氣體或流體運送狀況。
在上述方法中，電纜須放置於管路內才能達到監視的效果。
最後，根據另一“主動(active)”技術，其將一加熱電線(heated electric wire)與一偵測溫度的光纖結合起來。換言之，把光纖附近的溫度升高，隨著時間變化的溫度變異會被偵測到，即流體的流動率愈快則溫度溫度變異亦愈快。相關文獻請參考一篇由S.Perzlmaier等人於2004年，在首爾舉辦之國際大壩委員會(ICOLD)年會中公開發表的論文：Distributed fiber optic temperature measurements in hydraulic engineering-Prospects of the Heat-up Method，或編號DE 10 052 922之專利案。
有鑑於此，本發明就是在提供一種裝置、系統、方法及水利工程，且特別是有關於一種測定水利工程中的機能失常之裝置、系統、方法及水利工程。本發明克服了上述先前技術的缺點，且更快地偵測到工程中的洩漏，特別是在水利工程中的洩漏。
根據本發明，提出一種裝置，其用以測定水利工程的流體洩漏。裝置之特徵在於其包括一地工織物及一光纜。光纜包括至少一光纖，光纖係接觸於地工織物，且光纖適用於偵測溫度變異，並且傳達一訊號。當偵測到溫度的變異時，訊號係發生改變。
值得一提地，藉由光纖與地工織物的接觸，當任何區域的另一地工織物遭受漏水時，訊息經由地工織物傳遞至光纖(更常見的是包括多條電線或多條光纖的光纜)。因為地工織物具有滲透性，所以細微的洩漏照樣地傳遞到光纖，一旦光纖偵測到溫度變異時，就傳達警告訊號。
光纜與地工織物間的接觸方式有很多種，包括僅鋪設光纜於地工織物上，或抵靠於地工織物，或以機械連接(mechanical connection)或卡扣(fastening)方式。
實際上，光纜藉由至少一接合元件(bonding means)連接於地工織物，特別是藉由至少一接合組件(bonding component)。在可應用之接合組件中，值得一提的是束縛紗線(ligating yarn)、固縛紗線(securing yarn)、經紗 (warp)、緯紗(weft yarn)、膠著劑(glue)、一鉤狀卡扣件(hook like fastener)、一黏扣帶(hook and loop tape)，或者兩地工織物之纖維藉由針編(needlepunching)接合。接合元件可以單獨使用或與其它種類的接合元件組合使用。
在這樣的連接方式下，特別是機械連接的方式，具有便利鋪設的優點。因為地工織物以至少一片的形式方便地連接於已放置定位的光纜上。而光纜的放置位置則視工程外型及容易發生洩漏的位置而定。
此處之描述中，地工織物具有廣泛地使用性。亦即包含了地工織物，或符合國際標準ISO 10318之類似於地工織物的薄片，包括一非編織型地工織物(non-woven geotextile)、複合材質型排水地工織物(composite drainage geotextile)、編織型地工織物(woven geotextile)、網型地工織物(geotextile of grid type)或針織型地工織物(geotextile of knitted type)。
較佳地，地工織物具有至少一適用於量測地工織物的變形之另一光纖，光纖係靠近於地工織物，並且用以傳遞訊號。當偵測到地工織物有變形發生時，光纖所傳遞的訊號就會隨之改變。
藉由光纖的變形，同時偵測地工織物的溫度變化及變形或位移，便可對於正在發生的現象有較佳的評估結果。
由於光纜與地工織物間的接觸關係，特別是連接關係，使得工程的變形可藉由地工織物將壁面的位移傳遞至 光纜。
同樣地，在地工織物與環境的良好接觸關係中，特別是指與壁面的接觸關係，壁面的變形或位移係藉由摩擦傳遞至地工織物。地工織物依序地傳遞變形或位移至光纜，光訊號亦會對應地改變。如此使得偵測到變形或位移的區域變得較廣泛，比使用單一光纜且沒有地工織物的區域來的廣泛。
此外，同時偵測工程的溫度變異及變形時，另提供了進一步的資訊。既然量測到的訊號可能對應於在相同類型之工程中，已經被觀察到或記錄過的狀況，係可取得關於洩漏類型及原因的資訊。
於再一較佳地配置中，地工織物更具有至少一另一光纜，適用於偵測光纜附近的濕度變異。並用以傳遞一訊號，訊號隨著濕度的變異而改變。
如此，藉由同時偵測溫度及濕度的變化，可以得到較佳的洩漏現象的診斷。
較佳地，光纜附近的相對濕度係可被量測到，更廣泛地來說，偵測結果更可關於環繞光纜的土壤或任何媒介物的濕度。
較佳地，本發明之裝置具有多條實質上平行設置之光纜。
由於存在有多條相似且測量同一參數之光纜，故得以定位出發生洩漏的位置及範圍。此參數特別是溫度，然亦包括變形及濕度。
亦可設想一情況，多條光纜係緊密相鄰設置，以形成一光纜束，用以量測不同的參數，特別是溫度及/或濕度及/或變形。用以取得關於地工織物中一預定區域之多種不同類型的資訊。
於一變化之實施例中，光纜聚集地放置於至少一光纜束中，光纜束放置於地工織物中對應於工程中較易發生洩漏的部位。
以此方式，藉由使用複數條光纜束，每一條光纜束量測多個參數，特別是溫度及變形。如此更可取得關於洩漏現象的較佳診斷，也可以較精確地定位出洩漏位置。
根據另一較佳之配置方式，傳遞與溫度相關的訊號的至少一光纜，係放置於地工織物中與空氣接觸到的區域。
如此，經由適當放置之光纖所測得之空氣溫度的量測值，可以當作一參考值，用以追蹤其它施用同樣測量方法之位置的溫度變化。
較佳地是，本發明之裝置更包括了至少一縱向加熱設備(加熱電線或傳輸加熱流體的管路)平行地放置於光纖旁。
此種配置方式係能夠應用不同之測量方法。
於另一較佳地配置方式中，光纜係為一單模(monomode)光纜或一多模(multimode)光纜。
於另一有例之配置方式中，光纜係直接地或間接地連接於地工織物。
於一較佳之實施例中，光纜係藉由至少一接合元件 (例如束縛紗線、針編(needlepunching)、膠水、扣件、黏扣帶)連接於地工織物。這確保光纜與地工織物間緊密地接觸，使得光纜得以反應地工織物的狀態(特別是溫度、變形及/或濕度)。為了確保工程的變形及同時導致之地工織物的變形可完整傳遞至光纖，機械性之緊密接觸對於工程來講是格外重要的。
於另一實施例中，本發明之裝置包括一第一地工織物及一第二地工織物。光纖或光纜係嵌入於第一地工織物及第二地工織物之間。在上述條件下，於一種可能的實施方式中，光纖係連接於第一地工織物及第二地工織物，或者僅連接於其中之一。
於另一可能的實施方式中，光纖與地工織物間非緊密地連接。例如第一地工織物及第二地工織物間以平行於光纖的扣接條(gripping strip)組立，使得光纖的移動範圍得以限制在扣接條的移動空間內。
如上述狀況下，可以藉由不同的技術，將每條光纖與此兩地工織物緊密連接。此些技術用以連接每條光纖至第一及第二地工織物，且這些技術可以分開地或組合地使用。例如，以黏合(adhesive)、針縫(needling)、熱熔接(heat-sealing)、使用扣接條、針定(stapling)或縫製(stitching)第一地工織物及第二地工織物。
於另一較佳地配置中，本發明之裝置包括至少一光纖。其係自由地放置於連接至地工織物的護管(protective tube)內，使得光纖不致於遭受到額外的應 變。
在這樣的條件下，當至少使用二條光纖時，較佳地是分別使用一條單模光纖及一條多模光纖，二條光纖較佳地係彼此緊鄰設置。此二條不同種類之光纖可用以量測不同的參數，或藉由不同的技術以量測相同參數。在這樣的情況下，係可應用不同種類的設備來進行量測，例如藉由拉曼(Raman)效應或布里(Brillouin)效應之偵測技術的設備。
因此，總括地說，根據本發明，地工織物中的光纖種類、數量及放置位置的選擇，可搭配偵測的類型(僅偵測溫度、溫度及變形、溫度及濕度或溫度、變形及濕度)、監視的區域、工程類型及對偵測靈敏度的要求而定。如此便可以於一方便安裝之產品中量身訂作一測定方案。
另外，地工織物的種類亦可搭配光纖的保護程度、壁面的濾淨狀況或基於其滲透性或排水性而選定。
一般的方法裡，地工織物的最佳特性常被表示成一與工程特徵有關的函數。例如，以保護功能而言，經常使用厚的非編織型地工織物。以過濾功能來講，地工織物的篩網孔徑(filter opening)及滲透性係為與待滲透之土壤有關的函數。然而，在非編織型地工織物中，過濾壓縮物(filter constriction)的數量應在25~40間。為了減緩細微材料的侵蝕，需要採用足夠小的篩網孔徑以減慢這些顆粒在流體中懸浮運送的速度。
本發明亦有關於一種用以測定來自於水利工程的流 體洩漏之系統，系統包括一裝置及至少一測量設備。測量設備連接於光纖，用以指示光纖所傳達的訊號之變化。裝置係用以測定上述型式之洩漏。
其次，本發明更有關於一種應用測定洩漏之裝置的水利工程，特別是一種堤壩形式的水利工程(乾的或是有水的)。裝置係縱向地放置於堤壩之主體且覆蓋部分或幾乎完整的堤壩高度。
在這樣的狀態下，測定洩漏的裝置較佳地可以放置於堤壩之主體中遠離水的另一邊(下游)。
較佳地，光纖係被放置於地工織物中與空氣接觸到的區域，如此光纖可以配置於水利工程頂部之方式放置。
此外，本發明藉由一測定水利工程的流體洩漏的方法可以完成前述的目標。方法之特徵在於利用光纖所傳遞的訊號的改變，來偵測溫度變異，光纖係包含在與地工織物接觸的光纜中。光纜係放置於地工織物上，或倚靠於地工織物，或直接地或間接地連接於地工織物中。
較佳地，方法亦可用以偵測：
1.地工織物之變形：可藉由光纖所傳輸的訊號的改變來偵測。光纖係直接地或間接地連接於地工織物，特別是藉由束縛紗線連接者。
2.地工織物之濕度變異：可藉由光纖所傳輸的訊號的改變來偵測。光纖係直接地或間接地連接於地工織物，特別是藉由綁線連接者。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳 實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第1圖，其繪示依照本發明之一實施例之用以測定洩漏之裝置之透視圖。
如第1圖所示，裝置10用以測定水利工程的流體洩漏，裝置10包括一地工織物12及複數條互相平行的光纖(或光纜)14。地工織物12放置於裝置10之底部表面。此些光纖14藉由一接合元件連接於地工織物12。接合元件例如是一束縛或縫合紗線16。
等同地，光纜14亦可連接於一編織型地工織物。值得注意地，藉由使用一經紗在一直經結構(straight warp construction)的編織。當地工織物是編織的，緯紗被考慮採用束縛(或接合)元件。
根據另外一可能作法，值得注意地是，當使用一網型地工織物時，光纜14係藉由塗層(例如是PVC)膠合於地工織物。塗層一般都是散佈於紗線或網型的條狀上。
當使用一針織型地工織物，光纜亦可藉由束縛紗線連接於織物的其它紗線。針織型地工織物係由複數條經紗及緯紗或纜線所組成。此束縛紗線本身即形成織物之一紗線。
如第2圖所繪示之另一實施例中，用以測定流體洩漏之裝置係包括一第一地工織物12及一第二地工織物13。複數條互相平行的光纖(或光纜)14放置於第一地工織物 12及第二地工織物13之間。本組件係由第一地工織物12及第二地工織物13接合在一起，而第一地工織物12及第二地工織物13係由縫製的束縛紗線16接合在一起。
其它第一地工織物12及第二地工織物13的連接方式列舉如下：1.使用黏合(adhesive)的方式；2.兩地工織物12及13間之縫製(stitching)方式，特別是在第一地工織物12及第二地工織物13係為非織物時；3.以加熱方式熔化第一地工織物12與第二地工織物13間的接觸面；4.使用複數個成對的扣接條(gripping strips)，扣接條係分別具有掛鉤(hook)及凸出元件，凸出元件之自由端具有凸出部(”維可牢”(VelcroTM )之型式)，或者多個雙面均具自黏性之長條部；5.使用針定(stapling)的方式；或6.使用縫合之方式。
上述方式亦可用以連接光纜14於任一第一地工織物12及第二地工織物13。例如，藉由一束縛紗線或其它上述提及的連接方式。後者意味著，連接光纜14於第一地工織物12及第二地工織物13的方式亦可採用不同於連接第一地工織物12與第二地工織物13的方式。
在任何情況下，使用於此兩地工織物12及13間之連接方法，可應用於此兩地工織物12及13之表面整體區 域，或者應用於平行地工織物纖維之條狀區域。
一般地，光纜意指披覆光纜(sheathed optical cable)、複數條光纖緊密地放置於一披覆、光纖自由地固定於一管子內或複數條光纖自由地放置於一管子內。
請參照第3圖，其繪示裝置10之一應用例，用於測定洩漏，可藉由一光纜14進行溫度偵測。
一堤壩20分割一上游(upstream)，即充滿著水之一第一空間22(位於圖式之左側)及一下游(downstream)，即一第二空間24(位於圖式之右側)。第二空間24欲保持乾燥及避免水22之溢流。
堤壩20垂直地延伸於堤壩之底部201與堤壩之頂部202間，水平地分別延伸至第一空間22與第二空間24下方。在第二空間24中，為了將裝置10堅固地壓在堤壩20主體之下游斜坡上以及空間24下方，係放置一壁面配重(ground weighting)26於空間中。壁面配重例如以沙、砂礫或岩石所製成。
用以測定洩漏之裝置10之放置方式，係覆蓋於堤壩20之斜坡上並面朝第二空間24(下游斜坡)。裝置10幾乎覆蓋於堤壩20之整個高度，且亦有一實質上之水平部份以朝空間24之方向延伸至壁面配重26之下，並超過於堤壩20之底部201。
於此第一示例中，裝置10包括一地工織物12。地工織物12係連接於單一光纜14。光纜14放置於堤壩中最易發生洩漏的部位，例如堤壩之底部201、堤壩20之主體之 朝向空間24的下游斜坡的最低點，例如地工織物係形成一彎折外型處。
第3圖亦概略地顯示出一漏水(箭頭30)藉由一洩漏通道28流經在第一空間22及第二空間24之間的堤壩20。洩漏通道28位於堤壩20之斜坡之中間位置。
洩漏通道28被第一空間22的水，自堤壩20位於第一空間22之邊壁上，自然地往下穿鑿過第二空間24。此外，洩漏通道28將自然地愈來愈擴大。這是由於逆向侵蝕(regressive erosion)所造成，逆向侵蝕係必然地發生於位於第二空間24的堤壩20之邊壁上(下游斜坡)。
地工織物12具有過濾堤壩20之主體與壁面配重26之間的泥土的功能。不過，在本實施例中且依照本發明，地工織物12在洩漏通道28位於堤壩20之主體之第二空間24的出口形同一障礙物。既然地工織物12具滲透性，其不阻礙水沿著洩漏通道28流動，反而會阻礙泥土顆粒進入洩漏通道28的懸浮體中。因此，地工織物12形成對應於洩漏通道28之一局部栓塞，藉以限制了洩漏通道28內流體的流動速率，且因此限制了沿著洩漏通道28之內壁受到侵蝕的程度，因而減緩了漏水的擴張。
更進一步地，地工織物12除了提供具有栓塞及減緩逆向侵蝕的功能外，還提供了將水順著洩漏通道28導流至(導流方向繪示如箭頭32)光纜14的功能，藉以可用來加快關於裝置中10存在有水之資訊到達光纜14。光纜14的放置高度不同於(特別是遠低於)洩漏通道之高度28。
於可選用之多種地工織物12中，可提到單層或多層非織織型地工織物(non-woven geotextile)、織織型地工織物(woven geotextile)、針織型地工織物(knitted geotextile)、導流型地工複合材質(draining geocomposite)，包括任何種類的地工排水蕊(geospacing draining core)或任何這些結構的組成。特別是一有著針織強化索的針縫型不織物的複合型地工織物(composite geotextile made by associating a needled non-woven fabric with knitted reinforcing cable)。當地工織物在製造過程或放置過程中，出現因捲起或展開而受到拉扯的情形時，強化索可以避免任何的機械應力發生在光纜上。
如第3圖下方標示IIIA、IIIB及IIIC之區域，繪示三個變化之舉例中，對應於光纜14位置之細部放大圖。
於第3圖下方之左側(IIIA)所繪示之第一變化舉例中，光纜14係一多模光纖141。其中一披覆14a緊密地環繞多模光纖141。此類的光纜14一般都藉由拉曼效應(Raman effect)以偵測溫度。
於此情形中，由於堤壩20的溫度與第一空間22中的水的溫度是有溫差的，故當洩漏流到光纜14時，對應於堤壩20及容置於空間22中的水之間的溫度變化，一明顯的溫度變異被偵測到。因此便可產生一訊號用以警示堤壩20已發生洩漏。
在前述之情形中不難發現，為了在發生洩漏時盡快提 供指示，洩漏之偵測需具有高精確度。特別地，在最嚴格的情況下，估計其需可以偵測到0.1℃的溫度變異，藉以使本舉例可以直接偵測溫度而不必加熱測量之區域。
於第3圖底部之中間區域(IIIB)所繪示之第二變化舉例中，光纜14係由一單模光纖142組成。單模光纖142係自由地放置於護管14b內。此類的光纜14一般都藉由布里效應(Brillouin effect)以偵測溫度。
於第3圖底部之右側區域(IIIC)所繪示之第三變化舉例中，光纜14係由兩光纖141及142所組成，分別為多模光纖141及單模光纖142。多模光纖141及單模光纖142係自由地放置於護管14b內。
多模光纖141及單模光纖142使偵測溫度變異可藉由拉曼效應或布里效應完成。在本舉例中，視連接到一條、另一條或兩條光纖141及142的設備而定，係可在不需要不同的裝置10，且在任一時點之條件下，使得量測係為具最適當性的、最具有技術性的及最經濟的。
明顯地，在上述之情況下，光纜14之二端分別地連結於光發射器及量測設備(未繪示)，量測設備使到達量測設備的光線被判斷為關於一光纜14的溫度的相關訊息。亦即位於堤壩底部201之裝置10。
請參照第4圖，其繪示依照本發明第二實施例之裝置10。藉由光纜束34可以同時量測溫度及變形。光纜束34係包括二、三或更多條的光纖。
以下之描述中，與第3圖中相同之元件係沿用相同之 標號，且以下僅描述與第3圖之第一應用例不同之元件。
本實施例與第一實施例不同之處在於係使用多條光纜14之一光纜束34，而非單一光纜14。光纜束總是位於前述堤壩之底部，位於堤壩朝向空間24之側壁(下游斜坡)。
如第4圖下方標號Ⅳ A、Ⅳ B、Ⅳ C區域及Ⅳ D之區域所示，其繪示光纜束34的四個不同的舉例的放大圖。
於第四圖下方左側所示之第一變化之實施例中，如標號Ⅳ A之區域示，光纜束34係由二條光纜14併靠地放置一起。一單模光纖142緊密地放置於披覆14a內，一多模光纖141緊密地放置於另一披覆14a內。
在前述之舉例中，單模光纖142藉由布里效應量測堤壩20之變形，變形係經由地工織物12所傳遞。多模光纖141藉由拉曼效應量測地工織物12於此高度之溫度。
由本舉例中得知，要獲得兩種不同資訊是可能的，亦即溫度及變形。如此使得堤壩20的狀況可以被較佳地評估以達到全面監視的效果。
於第4圖下方左邊第二個位置之第二變化之實施例中，如標號Ⅳ B之區域所示，光纜束34係由二條光纜14併靠地放置一起。一單模光纖142緊密地放置於披覆14a內(位於左側)，一單模光纖142則是自由地放置於一護管14b內(位於右側)。
在前述舉例中，在披覆14a內的單模光纖142藉由布里效應以量測變形，在護管14b內的單模光纖142藉由布 里效應以量測溫度。
於第4圖下方第三個位置所示之第三變化實施例中，如標號Ⅳ C之區域所示，光纜束34係由二條光纜14併靠地放置一起，首先包括一單模光纖142緊密地放置於披覆14a內(位於左側)並藉由布里效應用以量測變形，其次更包括一護管14b，其係容置一多模光纖141及一單模光纖142。此第二條光纖142係如第3圖之第三變化例(標號III C之區域)所述，用以量測溫度。
於第四個位置(最後位置)，即位於第4圖下方右側處，所示之第四變化實施例中，如標號Ⅳ D區域所示，光纜束34係包括二條光纜14及一額外之纜線15： 位於左邊：係一單模光纖142緊密地放置於披覆14a內，藉由布里效應以量測變形； 位於中間：係一加熱電線15應用前述所謂的”加熱”方式，使得左邊的光纜14得以量測溫度； 位於右邊：係一護管14b，容置兩光纖：一多模光纖141放置於護管14b內之左邊位置，一單模光纖142放置於護管14b內之右邊位置。第二條光纜14提供如第3圖中標號Ⅲ C區域之第三變化實施例中所述量測溫度的功能。
由上述四種變化實施例中可以得知，要獲得兩種不同資訊(溫度及變形)是可能的。如此使得堤壩20的狀況可以被較佳地評估以達到全面監視的效果。
用以量測變形的光纖種類並不受上述提及的方法所 侷限，其它種類的光纖可以被使用，就像具有布勒格聚集(Bragg grating)特性的光纖，相關文件請參考FR 2 844 874。
請參照第5圖，其繪示依照本發明第三實施例之裝置10。藉由光纜束可以同時量測溫度及變形。光纜束34係包括二、三或更多條的光纖。光纜束34縱向地並沿著堤壩20中面朝第二空間24之邊壁高度放置複數條光纜束34於地工織物12內。
以下之描述中，與前述相同之元件係沿用相同之標號，且以下僅描述不同之元件。
本實施例與第二實施例不同之處在於係使用多條(兩條、三條或更多)光纜束34而非單一光纜14。此些光纜束34放置的位置不只可以在堤壩20之底部，或堤壩之朝向空間24之邊壁底部，或者亦可以沿著堤壩20中面朝第二空間24之邊壁放置。其餘相同之處沿用相同標號，後續並不再贅述，以下僅針對不同處做說明。
如第5圖下方標號V A、V B、V C及V D之區域所示，其繪示光纜束34的四個不同的舉例。
更詳細地講，第5圖中標號Ⅳ A、Ⅳ B、Ⅳ C及Ⅳ D之區域，係完全相同地分別對應至第4圖中之標號V A、V B、V C及V D之區域。
在本實施例中，複數條光纜束34不僅可以量測每一條光纜束34之溫度及變形，而且判斷發生於堤壩中的對應位置。並且亦縮短了在地工織物12與光纜束34間的漏 水的流動距離，即縮短了測定洩漏的反應時間。
請參照第6圖，其繪示依照本發明第四實施例之裝置10。裝置10不僅放置於堤壩20中面朝第二空間24之邊壁及第二空間之下方(如同第3圖~第5圖所示)，而且裝置10亦延伸至堤壩20之頂部，壁面配重26並隨之延伸至堤壩20之頂部，並向下地自堤壩20往如第6圖之右方延伸。
於第6圖所示之實施例中，地工織物12包括複數條光纜束34沿著整片裝置10鋪設，因此使獲得堤壩20之頂部、邊壁及下游處的溫度及變形的資訊，甚至是濕度是可能的。
本變化實施例所採用的方式可完全地應用至第二實施例及第三實施例。第二實施例及第三實施例分別繪示於第3圖及第4圖中。
本實施例亦可涵蓋另一實施例，例如改以多條光纜14各自獨立配置的方式取代如第6圖中沿著裝置10放置的多條光纜束34，每一條光纜14僅用以量測溫度，如同第3圖中的光纜。
不難發現，依本發明所敘述的內容，必須包括另一種配置(未繪示)，其中，如第3圖所示之實施例，一光纜14放置於沿著堤壩20之邊壁放置的地工織物12的不同高度以量測溫度。如此，能夠判斷溫度量測的位置。
請參照第7圖，其繪示依照本發明第五實施例之裝置10。其中，裝置10不再放置於堤壩20中面朝第二空間24 之邊壁(下游斜坡)上，而是以堤壩20中面朝儲水之第一空間22之邊壁(上游斜坡)中。
任何種類之密封結機，例如混凝土、瀝青黏結劑(asphalt binder)、黏土材質(clayey material)、地工複合層黏土內襯(geocomposite clay liner)、地工膜(geomembrane)36，被放置於裝置10及堤壩20中面朝第一空間22之間，如此保護了裝置10免於被非由滲漏產生之水分穿透。
在此種配置方式中，裝置10縱向地沿著堤壩20中面朝第一空間22之邊壁(上游斜坡)延伸，且超過堤壩20之底部，並且約略位於第一空間22下方。地工膜36沿堤壩之頂部延伸超過裝置10的最高點，並同樣位於第一空間22下方。
更進一步地，裝置10的地工織物12中之光纜14具有多種可能的放置型態。例如，單一測溫光纜14、複數條分佈於不同位置以測量不同位置之溫度之光纜14、可量測溫度及變形的單一光纜束34，或者是如第7圖所示，沿裝置10配置於不同位置之可量測溫度及變形(甚至是濕度)的多條光纜束34。
由第一個實施例到第五個實施例中，即分別對應於第3圖到第7圖，可以觀察的到，此些實施例不僅可以量測溫度及變形，而且可以藉由在各光纜束34中外加一燈絲(filament)以量測濕度(例如參考EP 1 235 089)。
此外，本發明可以在用以測定洩漏之裝置10中，特 別是在地工織物12(及13)之中或之上，使用強化型光纖(reinforcing fiber)或強化型光纜(reinforcing cable)，其係以聚合物(polymer)，例如是聚酯(polyester)、聚丙烯(polypropylene)、醯胺(aramid)或kelvar纖維…等或是其它具有較大勁度的材料製造。其係平行於光纜14延伸，特別是要在展開及鋪設地工織物時不會損傷到光纜14。
上述提及的參數，特別是溫度、代表變形之信號及濕度，可以藉由獨立或同步的形式被連續或斷續地在時間t0、t1、t2…量測到。
值得一提的是，裝置10係可包括平行配置之條狀物及捲狀物，條狀物及捲狀物係可併靠在一起，且可能小部分地重疊在一起，或是與另一條狀物及捲狀物分開地放置。當使用分開型的條狀物時，條狀物會與一排水層(draining layer)接觸。排水層係放置於條狀物之下方或上方。排水層係可以粒狀的材質，例如是沙或砂礫，或者由一地工織物或相似片狀物所製成。
本發明上述實施例所揭露之測定水利工程中的機能失常之裝置、系統、方法及應用此裝置之水利工程，具有多項優點，以下僅列舉部分優點說明如下：
1.本發明並不會受到沒有放置光纜的區域的影響而限制監視的範圍，因為漏水還是會藉由地工織物的滲透性流至光纜。因此自然地擴大了監視的範圍。
2.對於光纜的放置方式有較少的限制。如此可以避免 使用大量的光纖或光纜為了去涵蓋到整個工程中容易發生洩漏的部位(藉由使用相對緊的網)。達到節省成本的效果。
3.由於地工織物與光纜係接觸在一起，使地工織物有保護光纜的效果，故光纜的披覆可以不用太厚，如此有節省反應時間的效果。
4.地工織物形同一道牆，即使地工織物是具有滲透性的，還是減緩了洩漏的擴張。地工織物減緩了逆向侵蝕，其扮演了栓塞角色，局部地阻礙了漏水中的懸浮顆粒的行進，因此限制了洩漏流速，使得漏水經過的壁面較為乾淨。
5.減緩洩漏及逆向侵蝕現象是此些實施例的優點，再加上具有較快地偵測洩漏發生的優勢，使得當洩漏發生時有較充足的的時間採取應變動作。
6.藉由本發明，在裝置架設完成後，對工程的施工進度係有幫助的。因為當洩漏發生時，可以迅速地被偵測到。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧裝置
12‧‧‧地工織物
14‧‧‧光纜
141‧‧‧多模光纖
142‧‧‧單模光纖
14a‧‧‧披覆
14b‧‧‧護管
15‧‧‧加熱電線
16‧‧‧束縛紗線
20‧‧‧堤壩
22‧‧‧第一空間
24‧‧‧第二空間
26‧‧‧壁面配重
28‧‧‧洩漏通道
30、32‧‧‧箭頭
34‧‧‧光纜束
36‧‧‧地工膜
201‧‧‧底部
202‧‧‧頂部
第1圖繪示依照本發明之一實施例之用以測定洩漏之裝置之透視圖。
第2圖繪示另一實施例之用以測定洩漏之裝置之剖面圖；以及第3至7圖繪示多個依照本發明較佳實施例之應用於一儲水壩體之裝置的部分示意圖。
10‧‧‧裝置
12‧‧‧地工織物
14‧‧‧光纜束
14a‧‧‧披覆
14b‧‧‧護管
141‧‧‧多模光纖
142‧‧‧單模光纖
20‧‧‧堤壩
22‧‧‧第一空間
24‧‧‧第二空間
26‧‧‧壁面配重
28‧‧‧洩漏通道
30、32‧‧‧箭頭
201‧‧‧底部
202‧‧‧頂部

Claims (27)

  1. 一種用以測定一水利工程(hydraulic work)之流體洩漏之裝置，其特徵在於該裝置包括：一地工織物(geotextile fabric)，係由紗線(yarns)或纖維(fibers)所製成，該地工織物包括：至少一第一光纜(optical cable)，接觸於該地工織物並包括一護管(protective tube)及至少一多模(multimode)光纖，該至少一多模光纖配置於該護管內，該至少一多模光纖用以偵測一溫度變異及用以傳輸依據該溫度變異而改變之一訊號；及至少一第二光纜，包括一披覆(sheath)及至少一單模(monomode)光纖，該披覆緊密地容置該至少一單模光纖，該至少一單模光纖適以偵測該地工織物之變形且用以傳輸一依據該地工織物之變形而改變之訊號，其中，該至少一第二光纜連接於該地工織物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該至少一第二光纜係以一接合元件(bonding means)連接於該地工織物。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該裝置更包括：一第二單模光纖，配置於該至少一第一光纜之該護管內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該地工織物更包括： 至少一第三光纜；以及另一光纖，配置於該至少一第三光纜，該另一光纖用以偵測該另一光纖附近的一濕度變異且用以傳輸依據該濕度變異而改變的一訊號。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之裝置，其中該至少一第一光纜及該至少一第二光纜實質上互相平行地放置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該至少一第一光纜及該至少一第二光纜聚集地設置於至少一光纜束(optical cable bundle)裡，該至少一光纜束設置於該地工織物中對應於該水利工程中較容易發生洩漏之區域(zone)。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任何一項所述之裝置，其中該至少一單模光纖與該至少一多模光纖中至少一者配置在該地工織物中與空氣接觸到的區域並用以傳輸一與溫度相關的訊號。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中任何一項所述之裝置，其中該裝置更包括至少一加熱縱向元件(heater longitudinal element)，平行且靠近該至少一第一光纜配置。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之裝置，其中該裝置更包括一強化型光纜(reinforcing cable)，平行該至少一第一光纜及該至少一第二光纜配置。
  10. 如申請專利範圍第1至4項中任何一項所述之裝 置，其中該裝置包括一第一及一第二地工織物，該至少一第一光纜及該至少一第二光纜係嵌入於該第一及該第二地工織物之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，其中於該至少一第二光纜藉由一接合元件連接於該第一與該第二地工織物中至少一者。
  12. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之裝置，其中該至少一第一光纜藉由一接合元件連接於該地工織物。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該接合元件包括至少一接合組件(bonding component)，該接合組件係選自於由束縛紗線(ligating yarn)、固縛紗線(securing yarn)、經紗(warp)或緯紗(weft yarn)、膠著劑(glue)、鉤狀卡扣件(hook like fastener)、黏扣帶(hook and loop tape)及藉由針編(needlepunching)接合之二地工織物的纖維所構成的群組。
  14. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該接合元件包括至少一接合組件，該接合組件係選自於束縛紗線、固縛紗線、經紗或緯紗、膠著劑、鉤狀卡扣件、黏扣帶及藉由針編接合之二地工織物的纖維所構成的群組。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中該接合元件包括至少一接合組件，該接合組件係選自於束縛紗線、固縛紗線、經紗或緯紗、膠著劑、鉤狀卡扣件、黏扣帶及藉由針編接合之二地工織物的纖維所構成的群組。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該至少一多模光纖係自由地放置於該護管中，該多模光纖用以偵測0.1℃之一溫度變異及用以傳輸依據該溫度變異而改變之一訊號，其中該至少一第一光纜係配置於該地工織物之一表面。
  17. 一種用以測定來自於水利工程的流體洩漏之系統，該系統的特徵在於其包括：如申請專利範圍第1、2、3、4及14項中任何一項所述之該裝置；以及至少一測量設備，連接於該至少一多模光纖及該至少一單模光纖中之每一者，以指示光纖所傳達之訊號的變化。
  18. 一種水利工程(hydraulic work)，係應用如申請專利範圍第1、2、3、4及14項中任一項所述之用以測定洩漏之該裝置。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之水利工程，其中該水利工程係由一乾或濕壩(dike)所組成，用以測定洩漏之該裝置係縱向地放置於壩體中，以覆蓋壩高的一部份。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之水利工程，使用如申請專利範圍第7項所述之用以測定洩漏之該裝置，其中該水利工程之該至少一多模光纖及該至少一單模光纖放置在該地工織物內與空氣接觸得到的區域且以配置於該水利工程頂部之方式放置。
  21. 一種用以測定一水利工程的流體洩漏之方法，其 特徵在於：藉由一訊號的差異來偵測溫度變異，該訊號由位於一第一光纜之一護管內的一多模光纖所發射，該第一光纜係接觸於一地工織物，該地工織物係由紗線或纖維所製成；以及藉由一訊號的差異來偵測該地工織物的變形，該訊號由位於一第二光纜內的一單模光纖所發射，該第二光纜連接於該地工織物。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中藉由一訊號差異偵測該地工織物內的濕度變化，該訊號由一第三光纜內的一光纖所發射，而該第三光纜連接於該地工織物。
  23. 如申請專利範圍第21至22項中任一項所述之方法，其中該第二光纜藉由一接合元件連接於該地工織物。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中該接合元件至少包括至少一接合組件，該接合組件係選自於束縛紗線、固縛紗線、經紗或緯紗、膠著劑、鉤狀卡扣件、黏扣帶及藉由針編接合之二地工織物的纖維所構成的群組。
  25. 如申請專利範圍第21至22項中任一項所述之方法，其中使用複數條第一光纜及複數條第二光纜，且該些第一光纜及該些第二光纜實質上互相平行地放置。
  26. 如申請專利範圍第21至22項中任一項所述之方法，其中該第一光纜及該第二光纜係聚集設置在至少一光纜束裡，該至少一光纜束放置在該地工織物對應於該水利 工程中較容易發生洩漏的區域。
  27. 如申請專利範圍第21至26項中任一項所述之方法，其中0.1℃的溫度變異係藉由該訊號的改變被偵測，該訊號係由放置於一第一光纜之一護管中之一多模光纖所發射，該光纜係位於由紗線或纖維所製成之一地工織物之一表面上。
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