本發(fā)明涉及一種基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、堤壩在運(yùn)行過(guò)程中，受各種因素影響，特別是在長(zhǎng)時(shí)間、高水位浸泡下，堤壩滲漏、管涌乃至潰決等險(xiǎn)情時(shí)有發(fā)生。防洪壓力大、責(zé)任重，一旦發(fā)生災(zāi)害則危害人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

2、堤壩滲漏的示意圖參見(jiàn)圖9。

3、滲漏通常是指水體向堤壩外滲流而產(chǎn)生漏水的現(xiàn)象。在滲透水流作用下，土中細(xì)粒所形成的孔隙通道中被移動(dòng)，流失，土的孔隙不斷擴(kuò)大，滲流量也隨之加大，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流通道，土體發(fā)生破壞而在堤壩內(nèi)形成滲流通道，該通道還有可能發(fā)展成管涌。

4、在河道水壓的作用下，如果壩體在老鼠白蟻?zhàn)饔孟?，或含水量不斷提高的情況下，導(dǎo)致堤壩結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、內(nèi)部，則容易在壩體內(nèi)形成滲流通道，該通道還有可能發(fā)展成管涌。

5、因此，亟需成本低廉、效果顯著的新技術(shù)，新方法對(duì)堤壩滲漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以預(yù)防管涌的發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，該基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法能實(shí)現(xiàn)土石壩滲漏狀態(tài)的檢測(cè)。

2、發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

3、一種基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，沿土石壩設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)采集單元；每一個(gè)數(shù)據(jù)采集單元包括在土石壩上設(shè)置的用于發(fā)出電滲脈沖的脈沖發(fā)生器，在土石壩的迎水面布設(shè)的作為負(fù)極的負(fù)極網(wǎng)或負(fù)極棒，在土石壩的壩頂或背水坡(或迎水坡)中豎直插入的作為正極的正極棒；所有數(shù)據(jù)采集單元的電流數(shù)據(jù)均匯總至監(jiān)測(cè)中心，電流數(shù)據(jù)包括正極電流數(shù)據(jù)和負(fù)極電流數(shù)據(jù)；將電流數(shù)據(jù)的實(shí)測(cè)值與閾值(閾值根據(jù)不同類型介質(zhì)的實(shí)測(cè)值來(lái)定，具體參見(jiàn)圖11)的比較，從而判斷土石壩的滲漏狀態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)土石壩的滲漏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4、正極棒等間距設(shè)置。

5、正極棒的長(zhǎng)度為1-100m(根據(jù)堤壩的高度來(lái)定，堤壩越高，正極棒的長(zhǎng)度越大),相鄰正極棒間隔0.2至1m，并沿壩頂豎向埋入。

6、數(shù)據(jù)采集單元中，mcu作為主控單元，mcu通過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)電路控制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率、占空比和電壓值的脈沖信號(hào)，脈沖發(fā)生器與正極相連的導(dǎo)線上設(shè)有第一電流取樣電阻；脈沖發(fā)生器與負(fù)極相連的導(dǎo)線上設(shè)有第二電流取樣電阻；

7、第一電流取樣電阻和第二電流取樣電阻上產(chǎn)生的電壓采樣信號(hào)分別通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的放大電路以及a/d轉(zhuǎn)換電路后進(jìn)入mcu，完成數(shù)據(jù)的采集。

8、mcu數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主要是,把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成2進(jìn)制格式,后經(jīng)數(shù)字濾波、歸類、儲(chǔ)存、編碼成can通信協(xié)議格式經(jīng)can控制器發(fā)送到總線上。

9、正極采用鋅管正極。

10、還包括物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)中心與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通信連接；監(jiān)測(cè)中心與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)mqtt機(jī)制通訊連接。mqtt即message?queuing?telemetry?transport，即為消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸。

11、監(jiān)測(cè)中心與多個(gè)數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)can總線通訊連接。

12、數(shù)據(jù)采集單元或監(jiān)測(cè)中心處設(shè)有報(bào)警器。

13、系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)中心和多個(gè)數(shù)據(jù)采集單元；監(jiān)測(cè)中心與多個(gè)數(shù)據(jù)采集單元通訊連接；每一個(gè)數(shù)據(jù)采集單元包括脈沖發(fā)生器以及與脈沖發(fā)生器相連接的多個(gè)正極和多個(gè)負(fù)極，所述的正極和負(fù)極均布設(shè)在土石壩上，數(shù)據(jù)采集單元作為數(shù)據(jù)采集單元從正極和負(fù)極采集電流數(shù)據(jù)；脈沖發(fā)生器用于產(chǎn)生電滲脈沖；監(jiān)測(cè)中心用于收集各數(shù)據(jù)采集單元采樣的電流數(shù)據(jù)并對(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而實(shí)現(xiàn)滑坡體狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，以及基于所述的電滲脈沖對(duì)滑坡體實(shí)施主動(dòng)穩(wěn)固控制。

14、一種基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)方法，采用前述的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

15、通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元采集的堤壩現(xiàn)場(chǎng)的電流數(shù)據(jù)判斷土石壩的含水量情況，實(shí)現(xiàn)土石壩滲漏監(jiān)測(cè)；

16、當(dāng)電流高于預(yù)設(shè)值時(shí)，則提高電滲脈沖的占空比，以降低滑坡體的含水率，實(shí)現(xiàn)滑坡體的主動(dòng)穩(wěn)固。當(dāng)含水率超過(guò)20％時(shí)，正脈沖寬度每1-6個(gè)小時(shí)增加5毫秒，負(fù)脈沖減少2毫秒,直至含水率下降到20％后,正脈沖寬度再每1-6個(gè)小時(shí)減少5毫秒，同時(shí)負(fù)脈沖增加2毫秒,以保持坡體的含水率的穩(wěn)定。電滲脈沖優(yōu)選參數(shù)(或稱預(yù)設(shè)參數(shù))，正脈沖寬100-200ms，負(fù)5-150ms，3至5hz，脈沖電壓范圍為12-80v，優(yōu)選采用安全電壓32-36v。根據(jù)實(shí)際情況，也可以采用更高的電壓。

17、若電流高于預(yù)設(shè)的報(bào)警值，則由監(jiān)測(cè)中心或數(shù)據(jù)采集單元啟動(dòng)報(bào)警。報(bào)警包括聲光報(bào)警以及電話報(bào)警等。

18、本發(fā)明中，電滲技術(shù)應(yīng)用于土石壩防滲漏的原理說(shuō)明：

19、電滲脈沖技術(shù)主要依據(jù)水的電滲原理和脈沖技術(shù)。

20、水的電滲原理：在多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)體(如泥土、砂石、混凝土等)上安裝正、負(fù)極，接通電源，加載微電流，結(jié)構(gòu)體內(nèi)的水分子會(huì)與孔隙中的陽(yáng)離子結(jié)合形成帶正電荷的水合陽(yáng)離子，然后由正極向負(fù)極方向移動(dòng)。

21、脈沖技術(shù)：是一種對(duì)電流控制釋放的方法，通過(guò)對(duì)電流的停頓、存儲(chǔ)、壓縮、轉(zhuǎn)換再向負(fù)載瞬間釋放，能使電能得到極大的增強(qiáng)。

22、電滲脈沖技術(shù)：是通過(guò)脈沖發(fā)生電路與正、負(fù)極單元相連接，形成能使結(jié)構(gòu)體內(nèi)游離水定向遷移的電場(chǎng)，通過(guò)調(diào)整正負(fù)脈沖的頻率和大小可以控制結(jié)構(gòu)體內(nèi)水分的運(yùn)移方向與速率。

23、根據(jù)上述原理，在結(jié)構(gòu)體需要干燥的一面安裝正極(一般是在背水面)，在結(jié)構(gòu)體迎水面安置負(fù)極。只要系統(tǒng)保持工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)體內(nèi)多余的水分就會(huì)從結(jié)構(gòu)背水面向迎水面移動(dòng)；同時(shí)，也阻止了迎水面的水向結(jié)構(gòu)體內(nèi)滲透，以此使得結(jié)構(gòu)體保持永久的干燥狀態(tài)，參見(jiàn)圖10。

24、有益效果：

25、本發(fā)明的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，通過(guò)電滲脈沖的基本原理，能通過(guò)電流實(shí)時(shí)監(jiān)控土石壩中的含水率以及其變化趨勢(shì)，不但能實(shí)施預(yù)警，而且，通過(guò)該調(diào)整脈沖參數(shù)，針對(duì)滲漏的產(chǎn)生實(shí)施主動(dòng)防治，而且成本低，布設(shè)方便，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益(成本優(yōu)勢(shì))和社會(huì)效益。

技術(shù)特征：

1.一種基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，正極棒等間距設(shè)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，正極棒的長(zhǎng)度為1-100m,相鄰正極棒間隔0.2至1m，并沿壩頂豎向埋入。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)采集單元中，mcu作為主控單元，mcu通過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)電路控制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率、占空比和電壓值的脈沖信號(hào)，脈沖發(fā)生器與正極相連的導(dǎo)線上設(shè)有第一電流取樣電阻；脈沖發(fā)生器與負(fù)極相連的導(dǎo)線上設(shè)有第二電流取樣電阻；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，正極采用鋅管正極。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)采集單元或監(jiān)測(cè)中心處設(shè)有報(bào)警器。

9.一種基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，若電流高于預(yù)設(shè)的報(bào)警值，則由監(jiān)測(cè)中心或數(shù)據(jù)采集單元啟動(dòng)報(bào)警。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于電滲脈沖的土石壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，沿土石壩設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)采集單元；每一個(gè)數(shù)據(jù)采集單元包括在土石壩上設(shè)置的用于發(fā)出電滲脈沖的脈沖發(fā)生器，在土石壩的迎水面布設(shè)的作為負(fù)極的負(fù)極網(wǎng)，在土石壩的壩頂或背水坡中豎直插入的作為正極的正極棒；所有數(shù)據(jù)采集單元的電流數(shù)據(jù)均匯總至監(jiān)測(cè)中心，根據(jù)電流數(shù)據(jù)的實(shí)測(cè)值與閾值(不同類型介質(zhì)的實(shí)測(cè)值)的比較，從而判斷土石壩的滲漏狀態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)土石壩的滲漏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

技術(shù)研發(fā)人員：魏永強(qiáng),楊銘威,謝翔之,申志高,趙鋼,王舟,胡穎冰,呂倩,王振霖,譚軍,周翀,楊揚(yáng),周煌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南省水利水電科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30