[发明专利]一种砼面板坝渗漏监测的分布式光纤传感技术方案与系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种砼面板堆石坝周边缝-垂直缝和面板破损区渗漏监测的分布式光 纤传感技术型式及系统，能够实现对砼面板坝工程渗漏的大范围实时在线遥测。

背景技术

众知，国内外面板堆石坝溃坝和重大事故的首要祸根在于集中渗漏。最高的面板 坝溃坝即我国沟后面板坝，就是由渗漏所致。三板溪、株树桥等面板坝的严重漏水事故，导 致放空水库进行修复。周边缝-垂直缝漏水和面板损坏区漏水事故，隐蔽性强、时空随机性 高。常规的点式监测设备对其早期征兆的监测无能为力，经常成为安全监测的空白区。

故近年国内外都关注研发光纤传感监测。基于温度示踪方式，通过光纤监测由集 中渗漏造成的温度分布异常，包括梯度法和加热法，以识别渗漏出现并定位。毛里求斯 Midlands沥青砼面板坝高30m，在面板与地基砼防渗墙连接处，铺设长2850m光纤，电热温升 值约为2.5℃^［1］。国内，2001年首次将加热法拉曼型光纤测渗传感DTS用于广东长调面板坝 周边缝渗漏监测^［2］。湖北水布垭面板坝周边缝渗漏监测，采用了加热法准分布式FBG（光纤 布拉格光栅）系统^［3］。

在面板坝领域里，上述长调面板坝光纤加热后，温升多为2~5℃，而有6处温升为 1.6~2℃，依此判定为渗漏点。但事实上，同次测量中，邻近点的温度上下跳动4℃以上者，达 20处以上。这表明：DTS光解调仪-光电复合缆构成的加热法光纤测渗系统的总体性能的缺 陷，集中体现在其SNR（系统信噪比）偏低，对渗漏的识别缺乏可靠性、可信性。简言之，问题 是：1)电热能量偏小，无渗漏温升仅约2~5℃的量级；2)拉曼光纤传感的光学解调仪不完全 适用于高坝的小局部温度突变-精度要求高的场合。其解调仪的温度测量精度为±1℃，特 别是拉曼散射光强很弱（比瑞利散射小1000倍），这限制了它的空间分辨率为米级（0.5- 1m），这对于渗漏降温这种陡谷分布的观测特别不利，在分辨率范围内温度效应会平均化、 增大误差。

光纤传感系统的测温精度“本质上由系统的信噪比决定”^［3］，当SNR低时，温度异常 这一人们要捕捉的信号“极易被观测误差所掩盖”^［4］。关于大坝监测误差与监测参量的相对 关系，最相近的相关规定是：国家电力行业标准DL/T5178—2003《砼坝安全监测技术规范》 针对变形监测的规定为“要测定出大坝一般变形规律，监测值的误差应远小于变形量”。国 际测量工作者联合会（FIG）变形观测组提出“监测值的误差型小于变形量的1/10~1/20。”据 此，则加热法渗漏监测的温度误差应小于渗漏生成的温升异常（背境温升与渗漏区温升之 差）的1/10~1/20。简言之，温升异常需比测温误差高1个数量级。

水布垭面板坝周边缝渗漏监测釆用加热法准分布式FBG（光纤布拉格光栅）系统， 施工期加热温升平均5℃^［5］。但文献［6］报导的蓄水后加热溫升为5.3℃~22.3℃、平均11.3 ℃，由监测得出的结论竟是低温升点为“地下湿度大”。须知，该坝的监测项目是“周边缝渗 漏”，而“地下湿度”并非大坝安全监测项目。综合表明，加热FBG测周边缝漏水迄今尚未得到 合理可靠的成果。

主要文献：［1］M.Auflegeratel.砼面板堆石坝的分布式纤维光学温度监控.现 代堆石坝－2009，中国昆明，2009，pp569-573.［2］秦一涛等.分布式光纤温度监测系统在 长调水电站的应用实践，大坝与安全，2004年1期pp45-48.［3］张在宣等.分布式光纤拉曼光 子温度传感器的研究进展.中国激光,2010年11期pp2749-2761.［4］魏德荣等.电力行业标 准DJ/T5078-2003《混凝土坝安全监测技术规范》修订介绍.大坝与安全，2003年6期［5］季凡 等.水布垭大坝安全监测设计与新仪器应用.人民长江，2007年7期.［4］祝宁华等.光纤光 学前沿.科学出版社.［6］TAOJunetal.Applicationonseepagemonitoringby multi-pointopticalfibergratingtemperaturemeasurementsystem,SecondInt. SymposiumonInformationSci.&Eng.2009IEEEDOI10.1109/ISISE.2009.112。

发明内容