水位变幅区面板养护智能系统及控制和养护方法

摘要

本发明涉及水位变幅区面板养护智能系统及控制和养护方法，它包括固定安装在混凝土面板上的排水花管，所述排水花管通过第一连通管和电动阀门与水箱底部相连通，所述水箱与供水装置相连；所述混凝土面板上并位于排水花管的顶部中间部位安装有用于监测环境温度的温度采集仪；所述混凝土面板上安装有用于监测坝体内的水体蒸发量的蒸发量检测装置；所述温度采集仪、供水装置和蒸发量检测装置都分别通过信号线与硬件控制装置相连并自动控制排水花管的排水作业。旨在解决现有已建混凝土面板坝在运行期水位变幅区面板因气候温差过大、养护不到位易导致出现裂缝的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及水位变幅区面板养护智能系统及控制和养护方法，属于混凝土面板坝防护技术领域。

背景技术

在水利水电工程中，混凝土面板坝已得到广泛使用。混凝土面板作为大坝防渗结构，其结构的完整性直接影响大坝的安全、水库电站效益等。面板裂缝是面板的一种主要破坏形式，究其原因主要有受力过大或受力不均而形成的结构性裂缝和温度应力、干缩应力引起的混凝土自身裂缝。为减少混凝土自身裂缝，目前一般采用添加防裂材料和在施工期、蓄水初期加强养护等措施，上述防裂措施很大程度上减小了面板开裂概率。但随着水电工程的发展，大量已建混凝土面板坝在运行期也不同程度出现裂缝，特别是在气候温差较大地区的水位变幅区面板上，分析其主要原因之一是混凝土水化反应尚在持续、缺少养护的缘故。长期来看水位变幅区面板裂缝的出现将直接危及面板防渗可靠性，甚至危及大坝安全。

发明内容

本发明提供了一种水位变幅区面板养护智能系统，旨在解决现有已建混凝土面板坝在运行期水位变幅区面板因气候温差过大、养护不到位易导致出现裂缝的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：水位变幅区面板养护智能系统，它包括固定安装在混凝土面板上的排水花管，所述排水花管通过第一连通管和电动阀门与水箱底部相连通，所述水箱与供水装置相连；所述混凝土面板上并位于排水花管的顶部中间部位安装有用于监测环境温度的温度采集仪；所述混凝土面板上安装有用于监测坝体内的水体蒸发量的蒸发量检测装置；所述温度采集仪、供水装置和蒸发量检测装置都分别通过信号线与硬件控制装置相连并自动控制排水花管的排水作业。

所述排水花管通过沿其长度方向布置的多个支架进行支撑固定，所述支架通过膨胀螺栓固定安装在混凝土面板上。

所述供水装置包括抽水泵，所述抽水泵通过第二连通管与坝体内的库水相连通，所述抽水泵的出水口通过第三连通管与水箱相连，所述水箱内部安装有水位监测仪。

所述温度采集仪和蒸发量检测装置通过电缆与用于提供电能的太阳能电池板相连。

所述混凝土面板上并位于排水花管的下方区域设置有消落区，所述消落区上均布设置有缓流阻挡块；所述排水花管上均布加工有多个排水孔。

所述缓流阻挡块的采用采用截面为三角形或梯形的锥台结构。

所述硬件控制装置包括设置在中控制室内部的控制器，所述控制器的信号输入端通过第一信号线同时与温度采集仪和蒸发量检测装置相连，所述供水装置的水位监测仪通过第三信号线与控制器信号输入端相连，所述供水装置的抽水泵以及电动阀门通过第二信号线与控制器控制信号输出端相连并控制其相应动作。

所述水位变幅区面板养护智能系统的控制方法，通过温度检测仪对坝区的温度环境温度进行时时采集并将环境温度数据通过信号线传递给控制器，同时通过蒸发量检测装置将坝区库水的蒸发量数据通过信号线传递给控制器；通过控制器将温度和蒸发量数据分别与标准数据进行比对分析，当环境温度低于或高于允许值时或库水的蒸发量超过允许值时，由控制器自动控制电动阀门的开启，通过排水花管向混凝土面板进行喷水养护；通过水位监测仪对水箱内的水位进行监测，当水箱的储水量不足时，通过控制器控制抽水泵开启向水箱进行注水。

采用任意一项所述水位变幅区面板养护智能系统对混凝土面板进行养护的方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤一，将上述系统布置在需要养护的混凝土面板所在位置；

步骤二，设定控制系统的控制参数：设定混凝土面板所承受的环境温度范围值，并设定库水的蒸发量的极限值；

步骤三，启动温度采集仪，通过温度采集仪对坝区的温度环境温度进行时时采集并将环境温度数据通过信号线传递给控制器，与此同时通过蒸发量检测装置将坝区库水的蒸发量数据通过信号线传递给控制器；

步骤四，通过控制器对采集到的环境温度数据和蒸发量数据进行分析，并将其与所设定的控制系统的控制参数进行对比分析；

步骤五，当环境温度低于或高于允许值时或库水的蒸发量超过允许值时，由控制器自动控制电动阀门的开启，通过排水花管向混凝土面板进行喷水养护，此时排水花管内部的水将通过排水孔排出并流到消落区上的缓流阻挡块，通过缓流阻挡块使水流均匀的分散在混凝土面板的表面全区域进而对其进行养护；

步骤六，通过水位监测仪对水箱内的水位进行监测，当水箱的储水量不足时，通过控制器控制抽水泵开启向水箱进行补水。

本发明有如下有益效果：

1、本发明通过在混凝土面板顶部设置智能养护系统，可有效避免水位变幅区面板由于环境温度变化、水化反应等而导致的面板裂缝，保证了面板防渗系统的可靠性和安全性，确保大坝长期安全性。本发明温度采集仪采用太阳能发电板供电，温度采集、水泵抽水、水箱出水开关、水箱水位监测仪等均为全自动化控制，智能控制系统设置于运行中控室中，可实现远程监控和操作，极大的减少了能源消耗和节省了人力资源，在实现工程功用的同时达到节能降耗的效果。

2、通过上述的供水装置能够实现水箱的自动供水，在工作过程中，通过水位监测仪对水箱内部的水位进行自动监测，水位数据通过信号线传输至控制器，当水位低于或高于允许值时，由控制器自动发出抽水泵的开或关的指令；抽水泵下部的第二连通管应深入水库最低运行水位以下库水中。

3、设置缓流阻挡块能够保证缓慢的流经消落区，进而对水流起到减缓流速防止冲刷的目的，同时也能够保证水流水混凝土面板进行充分的浸润养护，最终保证了最佳的养护效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明图1中A-A截面视图。

图3为本发明图1中B-B截面视图。

图4为本发明硬件控制装置结构图。

图中：库水1、混凝土面板2、排水花管3、支架4、膨胀螺栓5、太阳能发电板6、第二信号线7、温度采集仪8、第一连通管9、电动阀门10、控制器11、抽水泵12、水箱13、水位监测仪14、中控室15、电缆16、排水孔17、第二连通管18、第三连通管19、蒸发量检测装置20、第三信号线21、第一信号线22、缓流阻挡块23、消落区24。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

如图1-4，水位变幅区面板养护智能系统，它包括固定安装在混凝土面板2上的排水花管3，所述排水花管3通过第一连通管9和电动阀门10与水箱13底部相连通，所述水箱13与供水装置相连；所述混凝土面板2上并位于排水花管3的顶部中间部位安装有用于监测环境温度的温度采集仪8；所述混凝土面板2上安装有用于监测坝体内的水体蒸发量的蒸发量检测装置20；所述温度采集仪8、供水装置和蒸发量检测装置20都分别通过信号线与硬件控制装置相连并自动控制排水花管3的排水作业。通过采用上述结构的面板养护智能系统，能够用于混凝土面板2的养护，在系统运行过程中，通过温度采集仪8和蒸发量检测装置20分别对混凝土面板2所在环境温度以及库水的蒸发量数据进行采集，并将监测到的数据实时传递给硬件控制装置，进而通过硬件控制装置控制电动阀门10的开启再由排水花管3对混凝土面板2进行喷水养护，效避免水位变幅区面板由于环境温度变化、水化反应等而导致的面板裂缝，保证了面板防渗系统的可靠性和安全性，确保大坝长期安全性。

进一步的，所述排水花管3通过沿其长度方向布置的多个支架4进行支撑固定，所述支架4通过膨胀螺栓5固定安装在混凝土面板2上。通过上述的安装结构保证了其安装的可靠性。

进一步的，所述供水装置包括抽水泵12，所述抽水泵12通过第二连通管18与坝体内的库水1相连通，所述抽水泵12的出水口通过第三连通管19与水箱13相连，所述水箱13内部安装有水位监测仪14。通过上述的供水装置能够实现水箱13的自动供水，在工作过程中，通过水位监测仪14对水箱13内部的水位进行自动监测，水位数据通过信号线传输至控制器，当水位低于或高于允许值时，由控制器自动发出抽水泵12的开或关的指令；抽水泵12下部的第二连通管18应深入水库最低运行水位以下库水1中。

进一步的，所述温度采集仪8和蒸发量检测装置20通过电缆16与用于提供电能的太阳能电池板6相连。通过太阳能电池板6有效的解决了电能供应的问题。

进一步的，所述混凝土面板2上并位于排水花管3的下方区域设置有消落区24，所述消落区24上均布设置有缓流阻挡块23；所述排水花管3上均布加工有多个排水孔17。因为在消落区24设置有防渗层，为了防止排水花管3喷出的水对防渗层的冲刷破坏，设置缓流阻挡块23能够保证缓慢的流经消落区24，进而对水流起到减缓流速防止冲刷的目的，同时也能够保证水流水混凝土面板2进行充分的浸润养护，最终保证了最佳的养护效果。

进一步的，所述缓流阻挡块23的采用采用截面为三角形或梯形的锥台结构。通过采用上述的截面结构保证了最佳的缓冲效果。

进一步的，所述硬件控制装置包括设置在中控制室15内部的控制器11，所述控制器11的信号输入端通过第一信号线22同时与温度采集仪8和蒸发量检测装置20相连，所述供水装置的水位监测仪14通过第三信号线21与控制器11信号输入端相连，所述供水装置的抽水泵12以及电动阀门10通过第二信号线7与控制器11控制信号输出端相连并控制其相应动作。通过上述的硬件控制装置能够实现整个系统的自动控制，进而提高了自动化控制程度，减轻了作业人员的劳动强度。

实施例2：

在此实施例中，具体给出一座混凝土面板2的养护系统的具体实施方式：

该水位变幅区面板养护智能系统主要用于气候温差较大、水位变幅区的混凝土面板2上。排水花管3设置在混凝土面板2顶部，主要作用是使养护用水均匀从管壁上排水孔17流出；排水花管3管材优先选用PVC管，亦可选择钢管、橡胶管等，管径可根据水位变幅区面板面积在3～10cm进行选用，管壁厚0.1～0.5cm；排水花管3上设置排水孔17，排水孔17呈一字排列，孔径0.5～1cm，孔距通常为0.1～2m；排水花管3采用支架4固定于混凝土面板2上，支架4形状为半圆形，支架4材质通常为不锈钢片，不锈钢片厚度0.1～0.3cm，不锈钢片宽度1～2cm，支架间距0.5～10m；支架4两端采用膨胀螺栓5进行固定。

为了适时采集水位变幅区混凝土面板2上方气温，在排水花管3中部上方混凝土面板上设置温度采集仪8；温度采集仪8利用太阳能发电板6供电，温度采集仪8温度量程-20°～50°；温度采集仪8和太阳能发电板6用支架4固定于混凝土面板2上，支架4形状为三角形，支架4材质通常为不锈钢片，不锈钢片厚度0.1～0.3cm，不锈钢片宽度1～2cm；支架4两端采用膨胀螺栓5进行固定；太阳能发电板6利用电缆16给温度采集仪8供电。温度采集仪采集的适时环境温度数据通过光缆7传输至控制器11中。本实施例中所采用的温度采集仪8为WS1311无线远程温度采集器。

养护用水通过水箱13自动供水，水箱13容积20～1000m³；水箱13与排数花管3之间通过第一连通管9相接，第一连通管9直径3～20cm；第一连通管9上设置水箱13的电动阀门10，电动阀门10通过光缆与控制器11连接，当环境温度低于或高于允许值时，由控制器11自动发出电动阀门10的关或开的指令。

所述蒸发量检测装置20主要用于监测库水的蒸发量，当其蒸发量超过设定值时，就需要对库水进行补给，进而保证了混凝土面板2始终处于水体的保护之中，其中本实施例中所采用的蒸发量检测装置20选用现有的CN 108593040 A中公开的蒸发量检测装置及系统，通过此装置能够对库水进行有效的监控。

本实施例中，所述的控制器11采用PLC控制器。

实施例3：

所述水位变幅区面板养护智能系统的控制方法，通过温度检测仪8对坝区的温度环境温度进行时时采集并将环境温度数据通过信号线传递给控制器11，同时通过蒸发量检测装置20将坝区库水1的蒸发量数据通过信号线传递给控制器11；通过控制器11将温度和蒸发量数据分别与标准数据进行比对分析，当环境温度低于或高于允许值时或库水1的蒸发量超过允许值时，由控制器11自动控制电动阀门10的开启，通过排水花管3向混凝土面板2进行喷水养护；通过水位监测仪对水箱13内的水位进行监测，当水箱13的储水量不足时，通过控制器11控制抽水泵12开启向水箱13进行注水。

实施例4：

采用任意一项所述水位变幅区面板养护智能系统对混凝土面板进行养护的方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤一，将上述系统布置在需要养护的混凝土面板2所在位置；

步骤二，设定控制系统的控制参数：设定混凝土面板2所承受的环境温度范围值，并设定库水1的蒸发量的极限值；

步骤三，启动温度采集仪8，通过温度采集仪8对坝区的温度环境温度进行时时采集并将环境温度数据通过信号线传递给控制器11，与此同时通过蒸发量检测装置20将坝区库水1的蒸发量数据通过信号线传递给控制器11；

步骤四，通过控制器11对采集到的环境温度数据和蒸发量数据进行分析，并将其与所设定的控制系统的控制参数进行对比分析；

步骤五，当环境温度低于或高于允许值时或库水1的蒸发量超过允许值时，由控制器11自动控制电动阀门10的开启，通过排水花管3向混凝土面板2进行喷水养护，此时排水花管3内部的水将通过排水孔17排出并流到消落区24上的缓流阻挡块23，通过缓流阻挡块23使水流均匀的分散在混凝土面板2的表面全区域进而对其进行养护；

步骤六，通过水位监测仪对水箱13内的水位进行监测，当水箱13的储水量不足时，通过控制器11控制抽水泵12开启向水箱13进行补水。

进一步的，所述光纤温度传感网络布局结构仅限于描述面板堆石坝坝体温度监测网络的布局结构，面板堆石坝渗流监测系统的构建还需要配备辅助加热系统、光纤信号采集系统、数据处理分析系统。