[發明專利]用于脹縮性土環境的地下水在線監測與預警系統及方法

有效

• 申請號: 202110516107.1
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113324617B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 王振興;李向全;李金秋;馬劍飛;桂春雷;劉聰
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院水文地質環境地質研究所
• 主分類號: G01F23/14
• 分類號: G01F23/14;G01B21/32;G01B21/02
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 任葦

1.一種用于脹縮性土環境的地下水在線監測與預警系統，其特征在于，所述用于脹縮性土環境的地下水在線監測與預警系統包括：

水位監測模塊、土體位移監測模塊、中央控制模塊、預警模塊、疏排水模塊、更新顯示模塊；

水位監測模塊，與中央控制模塊連接，用于水位傳感器測定脹縮性土及下部含水層中水位變化信息；

土體位移監測模塊，與中央控制模塊連接，用于通過設定的位移傳感器監測土體位移變形情況；

中央控制模塊，與水位監測模塊、土體位移監測模塊、預警模塊、疏排水模塊、更新顯示模塊連接，用于通過中央處理器協調控制所述用于脹縮性土環境的地下水在線監測與預警系統各個模塊的正常運行；

預警模塊，與中央控制模塊連接，用于通過設定的閾值警報器對異常水位計位移情況進行預警通知；

疏排水模塊，與中央控制模塊連接，用于通過自動抽取地下水進行疏排水；

更新顯示模塊，與中央控制模塊連接，用于通過顯示器對測定得到的土中水位變化信息、土體位移變形情況、預警通知以及疏排水情況的實時數據進行更新顯示；

通過水位監測模塊利用水位傳感器測定脹縮性土及下部含水層的水位變化信息；通過設置于脹縮性土體內部的位移監測模塊利用設定的位移傳感器監測土體位移變形情況；包括：

水位傳感器通過施工的小孔徑監測井安裝在水底及水面之上各一個，通過測定水壓與氣壓差折算水位高度；可選擇自主設計的傳感器或Diver傳感器產品；

土體位移傳感器安裝在脹縮性土體層底一個以及脹縮性土體中間一個或多個；用以監測不同部位的土體變形量；可為自主設計的傳感器或購置具有連續傳輸數據的位移傳感器產品；當任意一個土體位移傳感器監測到的變形量超過預警值即觸發警報；

所述通過預警模塊利用設定的閾值警報器對異常水位計位移情況進行預警通知，包括：

設定閾值警報器，一旦水位上升至水位臨界值h，或土體位移變化臨界值β，就發出警報；

其中水位臨界值h的測算是：水位距脹縮性土底層的距離一旦小于脹縮性土毛細上升最大高度(乘以安全系數后的高度)，就發出警報；

土體位移變化臨界值β的測算是：現在監測時刻的位移變量a_t一旦大于前一監測時段位移變化值a_t-1的20％，就發出警報；

其中水位預警值為距離脹縮性土層底h≤2.5α/[21-3.4ln(k×10⁷)]×1/D；

式中k為脹縮性土的滲透系數，D為土體等效粒徑，兩者可以通過土工實驗測試而得；α為安全系數設定為1.5；

而土體位移的臨界值為β＝(a_t-a_t-1)/a_t-1≥20％；

式中a_t為監測時刻的土體位移形變量，a_t-1為前一監測時刻的土體位移形變量，兩者可以通過土體位移監測模塊連續監測得，β值為計算機連續計算獲得；

當疏排水模塊將水位降低至距離脹縮性土2h之時，停止抽水，各模塊恢復監測狀態。

2.一種應用如權利要求1所述的用于脹縮性土環境的地下水在線監測與預警系統的用于脹縮性土環境的地下水在線監測與預警方法，其特征在于，所述用于脹縮性土環境的地下水在線監測與預警方法包括以下步驟：

步驟一，通過水位監測模塊利用水位傳感器測定脹縮性土及下部含水層的水位變化信息；通過設置于脹縮性土體內部的位移監測模塊利用設定的位移傳感器監測土體位移變形情況；

步驟二，通過中央控制模塊利用中央處理器協調控制所述用于脹縮性土環境的地下水在線監測與預警系統各個模塊的正常運行；

步驟三，通過預警模塊利用設定的閾值警報器對異常水位計位移情況進行預警通知；通過疏排水模塊利用自動抽取地下水進行疏排水；

步驟四，通過更新顯示模塊利用顯示器對測定得到的土中水分變化及水位變化信息、土體位移變形情況、預警通知以及疏排水情況的實時數據進行更新顯示。

3.一種存儲在計算機可讀介質上的計算機程序產品，包括計算機可讀程序，供于電子裝置上執行時，提供用戶輸入接口以實施如權利要求2所述的用于脹縮性土環境的地下水在線監測與預警方法。

4.一種計算機可讀存儲介質，儲存有指令，當所述指令在計算機上運行時，使得計算機執行如權利要求2所述的用于脹縮性土環境的地下水在線監測與預警方法。