[發明專利]一種砼面板壩滲漏監測的分布式光纖傳感技術方案與系統

在審

• 申請號: 201610141128.9
• 申請日: 2016-03-14
• 公開（公告）號: CN105606315A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 孫曼;劉浩吾;陳江;王琛;唐天國
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01M3/04
• 分類號: G01M3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種砼面板堆石壩周邊縫-垂直縫和面板破損區滲漏監測的分布式光 纖傳感技術型式及系統，能夠實現對砼面板壩工程滲漏的大范圍實時在線遙測。

背景技術

眾知，國內外面板堆石壩潰壩和重大事故的首要禍根在于集中滲漏。最高的面板 壩潰壩即我國溝后面板壩，就是由滲漏所致。三板溪、株樹橋等面板壩的嚴重漏水事故，導 致放空水庫進行修復。周邊縫-垂直縫漏水和面板損壞區漏水事故，隱蔽性強、時空隨機性 高。常規的點式監測設備對其早期征兆的監測無能為力，經常成為安全監測的空白區。

故近年國內外都關注研發光纖傳感監測?；跍囟仁聚櫡绞剑ㄟ^光纖監測由集 中滲漏造成的溫度分布異常，包括梯度法和加熱法，以識別滲漏出現并定位。毛里求斯 Midlands瀝青砼面板壩高30m，在面板與地基砼防滲墻連接處，鋪設長2850m光纖，電熱溫升 值約為2.5℃^［1］。國內，2001年首次將加熱法拉曼型光纖測滲傳感DTS用于廣東長調面板壩 周邊縫滲漏監測^［2］。湖北水布埡面板壩周邊縫滲漏監測，采用了加熱法準分布式FBG（光纖 布拉格光柵）系統^［3］。

在面板壩領域里，上述長調面板壩光纖加熱后，溫升多為2~5℃，而有6處溫升為 1.6~2℃，依此判定為滲漏點。但事實上，同次測量中，鄰近點的溫度上下跳動4℃以上者，達 20處以上。這表明：DTS光解調儀-光電復合纜構成的加熱法光纖測滲系統的總體性能的缺 陷，集中體現在其SNR（系統信噪比）偏低，對滲漏的識別缺乏可靠性、可信性。簡言之，問題 是：1)電熱能量偏小，無滲漏溫升僅約2~5℃的量級；2)拉曼光纖傳感的光學解調儀不完全 適用于高壩的小局部溫度突變-精度要求高的場合。其解調儀的溫度測量精度為±1℃，特 別是拉曼散射光強很弱（比瑞利散射小1000倍），這限制了它的空間分辨率為米級（0.5- 1m），這對于滲漏降溫這種陡谷分布的觀測特別不利，在分辨率范圍內溫度效應會平均化、 增大誤差。

光纖傳感系統的測溫精度“本質上由系統的信噪比決定”^［3］，當SNR低時，溫度異常 這一人們要捕捉的信號“極易被觀測誤差所掩蓋”^［4］。關于大壩監測誤差與監測參量的相對 關系，最相近的相關規定是：國家電力行業標準DL/T5178—2003《砼壩安全監測技術規范》 針對變形監測的規定為“要測定出大壩一般變形規律，監測值的誤差應遠小于變形量”。國 際測量工作者聯合會（FIG）變形觀測組提出“監測值的誤差型小于變形量的1/10~1/20?！睋? 此，則加熱法滲漏監測的溫度誤差應小于滲漏生成的溫升異常（背境溫升與滲漏區溫升之 差）的1/10~1/20。簡言之，溫升異常需比測溫誤差高1個數量級。

水布埡面板壩周邊縫滲漏監測釆用加熱法準分布式FBG（光纖布拉格光柵）系統， 施工期加熱溫升平均5℃^［5］。但文獻［6］報導的蓄水后加熱溫升為5.3℃~22.3℃、平均11.3 ℃，由監測得出的結論竟是低溫升點為“地下濕度大”。須知，該壩的監測項目是“周邊縫滲 漏”，而“地下濕度”并非大壩安全監測項目。綜合表明，加熱FBG測周邊縫漏水迄今尚未得到 合理可靠的成果。

主要文獻：［1］M.Auflegeratel.砼面板堆石壩的分布式纖維光學溫度監控.現 代堆石壩－2009，中國昆明，2009，pp569-573.［2］秦一濤等.分布式光纖溫度監測系統在 長調水電站的應用實踐，大壩與安全，2004年1期pp45-48.［3］張在宣等.分布式光纖拉曼光 子溫度傳感器的研究進展.中國激光,2010年11期pp2749-2761.［4］魏德榮等.電力行業標 準DJ/T5078-2003《混凝土壩安全監測技術規范》修訂介紹.大壩與安全，2003年6期［5］季凡 等.水布埡大壩安全監測設計與新儀器應用.人民長江，2007年7期.［4］祝寧華等.光纖光 學前沿.科學出版社.［6］TAOJunetal.Applicationonseepagemonitoringby multi-pointopticalfibergratingtemperaturemeasurementsystem,SecondInt. SymposiumonInformationSci.&Eng.2009IEEEDOI10.1109/ISISE.2009.112。

發明內容