[发明专利]一种基于分布式光纤测温系统的土石堤坝浸润线监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于分布式光纤测温系统的土石堤坝浸润线监测方法。

背景技术

土石堤坝是历史上最为悠久、世界上建造数量最多的一种坝型，其中渗流分析是水工设计方面独有的一项关键内容，监控坝体浸润线的位置对于保障土石堤坝的稳定性以及安全性意义极为重大。

随着社会安全意识的不断增强、自然灾害的频发性出现以及实际工程安全隐患的复杂性和多变性，大量工程经验表明，加强土石堤坝渗漏、渗透变形以及浸润线位置的实时在线监测、动态评估及反馈决策，对保障工程的安全运行具有非常重要的意义。

但是常规的点式监测仪器为采用大间距网格布设形式，监测盲区过大，极易造成监测的空间不连续及漏检等问题，缺少及时性、长效性及全域性的坝体监测。在坝工渗流监控领域中急切的需要新技术、新方法以及新理念的产生。

光纤作为媒质、以光信号为载体，故其不受电磁干扰，灵敏度高，精度高，能够准确测出光纤沿线任一点的温度值，通过光纤组网布设，可以实现分布式测量，作为一种测温手段，其理论和技术应用已经非常成熟。但是，基于分布式光纤温度传感技术的渗漏监测作为该技术的一种新应用，其可借鉴的经验过少，在技术和施工工艺上都有待于进一步的深入研究。急切需要在该领域进行探索性、创新性及突破性的研究，因此进行土石堤坝浸润线的光纤监测理论研究及模型试验具有重要的意义。

利用观测温度来监测渗漏是国内外正在发展中的一项新技术，已在我国及美国、俄罗斯、瑞典等国家得到了成功的应用，并且随着分布式光纤测温系统的推出，温度示踪法研究堤坝渗漏这一课题更加吸引了大量的研究人员；分布式光纤温度传感技术分布式、连续性地实时进行堤坝渗漏监测测量已引起了工程界和学术界的高度关注，但是目前该项技术的研究尚处于起步阶段，急切需要前沿性、首创性的研究，因此进行土石堤坝浸润线光纤监测理论研究，研制浸润线监测方法及装置具有重要的意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于分布式光纤测温系统的土石堤坝浸润线监测方法，可以准确定位浸润线在实际工程的基本位置，具有及时性、长效性及全域性，对于工程实际中亟待研究的通过埋设光缆达到土石堤坝浸润线准确监测具有重大意义。

技术方案：本发明所述的一种基于分布式光纤测温系统的土石堤坝浸润线监测方法，包括如下步骤：

（1）在坝体中布设监测光纤；

（2）基于DTS系统对埋设于坝体中的光纤进行温度监测；

（3）对光纤中发热电阻丝使用单端加热法进行通电加热；

（4）当光纤上的温度处于稳定状态时，记录光纤的温度分布，并且记录为状态一；

（5）确定并记录参考状态下光纤温度分布，基于判定浸润线位置的需要，参考状态选择光纤处于坝体渗流饱和状态下相同功率的加热稳定状态，并记为状态零；

（6）确定坝体不同含水量对光纤温升的影响规律；

（7）确定浸润线的位置，具体为：将状态一的温度分布值按位置一一对应的减去状态零的温度分布值，得到一个新的分布式光纤温度状态，命名为状态二，状态二上的温度值在浸润线以下为负值，在浸润线以上为正值，而正负变换处，即温度值为零处为浸润线的位置；比照光纤实际埋设位置和光纤温度分布状态二，即可找出浸润线的实际工程位置。

进一步地，所述步骤（1）中的光纤为线性多模感温光纤，基于不同坝体的尺寸，依据具体光纤设计的布设形式，将光纤布置于坝体内，且贯穿饱和水区、毛管水上升区、自然含水区三个坝体内部区域。

所述步骤（2）中，DTS系统主要由分布式光纤测温主机构成，所述分布式光纤测温主机用于采集和分析激光脉冲从线性多模感温光纤的注入端注入后在光纤内传播时产生的Raman背向反射光的时间和强度信息得到相应的位置和温度信息。

所述步骤（3）中的发热电阻丝为线性多模感温光纤中的金属铠或者固定用钢丝。

所述步骤(3)中的单端加热法进行通电加热为交流电源通过调压器为连接在调压器输出端正负极间的线性多模感温光纤中的金属铠或者固定用钢丝加热。

现对上述浸润线监测方法中的各个环节具体说明如下：

第一步中，坝体内部三个区域具体指：土石堤坝挡水后，在上下游水位差的影响作用下，水流将通过坝体和坝基自高水位侧向低水位侧运动，在坝体和坝基内形成渗流，待稳定渗流形成之后，整个坝体将被划分为饱和水区、毛管水上升区和自然水区。