一种水工建筑物监测及预警用监测装置及监测方法

摘要

本发明公开了一种水工建筑物监测及预警用监测装置及监测方法，包括水工建筑物的本体，位于本体一侧的水位监测部，位于本体内距底部60‑80cm且横向平行于本体表面设置的温湿监测部，位于温湿监测部上方30‑50cm且横向平行于本体表面设置在本体内的渗压监测部，且每个监测部均与信号采集箱连接，本体上方还设有声光报警器，本发明能够对水工建筑物进行24小时监测，对水工建筑物的水位、内部温度湿度、渗压、位移和应力应变等各项指标进行实时监测，并将监测到的数据上传，确保水工建筑物长期处于安全状态，具备一定的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及水工建筑物监测技术领域，具体是涉及一种水工建筑物监测及预警用监测装置及监测方法。

背景技术

水工建筑物包括各种坝、水闸和堤等，由于水工建筑物的工作条件十分复杂，在长期运行过程中一旦发现异常状态，需及时发现处理，否则会导致严重的后果。安全监测是水利工程管理中最重要的一项工作，其目的是分析评估水工建筑物的安全程度，以便及时采取措施，设法保证水工建筑物的安全运行。目前，水工建筑物的安全监测系统实现了半自动化或自动化，通过固定安装在水工建筑物相关位置的仪器对建筑物运行状态及其变化进行观察测量。

常用的监测项目主要有变形监测、渗流监测、应力应变监测、泄流监测、抗震监测、隐患监测、温度监测等，专利CN205038019U公开了堤坝防渗漏监测装置，包括堤坝本体、监测系统，所述堤坝本体上设置有防渗坡；其结构要点是：所述防渗坡表面设置有防腐层，所述防腐层的下部设置有混凝土固定层，所述混凝土固定层的下部设置有防水卷材层，所述堤坝本体的下端设置有防渗体；所述监测系统通过信号线连接有探测仪，所述探测仪连有探头组，所述探头组完全插入到堤坝本体上的防渗坡内，具有抗干扰性好、性能稳定、探测结果准确的优点，但监测范围及适应性不高，且无法从其他角度验证监测结果，对查明隐患原因不利。

因此，需要提供一种水工建筑物的监测装置，能够24小数实时监测建筑物的各项数据并自动上传至终端管理平台及数据库，确保建筑物长期处于安全受控状态，且监测装置能够克服各种不利因素，最大程度的确保建筑物的经济效益。

发明内容

本发明针对上述存在的问题提供了一种水工建筑物监测及预警用监测装置及监测方法。

本发明的技术方案是：一种水工建筑物监测及预警用监测装置，包括水工建筑物的本体，

位于所述本体一侧的水位监测部，所述水位监测部包括外部的套筒，所述套筒内套设有水管，所述水管和套筒之间设有可沿水管上下滑动的水位浮漂，所述水管底部设有水泵，所述水位浮漂通过电缆线与套筒内顶部的水位传感器连接，水管的另一端与位于本体上方的雨量监测部底部的样品收集箱连接，

位于所述本体内底部且横向平行于本体设置的温湿监测部，所述温湿监测部包括固定管、电机和温度湿度计，所述固定管嵌设在本体内并起到固定支撑的作用，所述电机外部设有与其相连的温湿传感器和控制器，电机位于固定管内起始端，电机的输出端通过传动杆与所述温度湿度计连接，

位于所述温湿监测部上方且横向平行于本体设置在所述本体内的渗压监测部，所述渗压监测部内设有若干组用于监测本体内不同位置处渗压的渗压计，渗压监测部内起始端设有压力传感器，所述压力传感器一端与所述水位传感器通过电缆线连接，另一端与所述温湿传感器通过电缆线连接。

进一步地，所述水工建筑物为用于挡水或输水的大坝，所述温湿监测部距本体底部60-80cm，所述渗压监测部位于温湿监测部上方30-50cm，当本发明的监测装置用于这种水工建筑物时能发挥出最好的效果。

进一步地，相对于水位监测部的本体一侧埋设有应力应变监测部，所述本体上表面设有表面位移监测部，更加科学合理的监测水工建筑物的运行，所述水位监测部、温湿监测部、渗压监测部、应力应变监测部和表面位移监测部均通过电缆线与所述信号采集箱连接，能够对监测到的数据进行实时反馈观察。

进一步地，所述固定管上设有若干通孔，对应每两组渗压计之间的固定管内壁设有隔水罩，所述隔水罩为环形的气囊且能够使温度湿度计通过，能够在监测的过程中减少不同位置间的相互影响，提高监测精度。

进一步地，所述本体上表面设有支杆，所述支杆上端一侧设有用于为每个监测部提供电能的太阳能板，支杆上端另一侧设有摄像头，所述摄像头下方的支杆上设有声光报警器，所述声光报警器通过控制器与各个监测部的传感器连接，能够对异常情况进行预警，通过声光报警器或摄像头均能够从终端得到现场的提示。

进一步地，所述套筒上设有若干透水孔，所述透水孔处的套筒上设有滤网，所述水位浮漂的外圆周设有用于刮除滤网垃圾的刮刀，所述水泵与水管的连接处设有振动片，当水泵工作时带动振动片振动，从而带动水管振动，用于防止水位浮漂被卡，使水位浮漂监测水位更加精确的同时防止其被堵塞物卡住，也防止杂物进入水泵等电动设备内造成设备损坏。

进一步地，所述雨量监测部内上部设有雨量计，所述雨量计与所述样品采集箱之间设有雨量传感器，所述雨量传感器分别与温湿传感器和压力传感器连接。能够通过感应降雨量的大小来改变监测进程，便能够分析出降雨量对水工建筑物运行状态的影响。

进一步地，所述渗压监测部顶部设有钢板保护盖，所述钢板保护盖两侧通过螺栓与渗压监测部固定连接，相邻两组渗压计的设置间距为40-60cm，每组渗压计通过位于渗压监测部中心的测压管串联，且每组渗压计分别通过一根电缆线与压力传感器连接，每组渗压计周围的渗压监测部内填充有细砂段，测压管周围的渗压监测部内填充有膨润土段，相邻两组渗压计之间设有屏蔽电缆，经过改进后的渗压监测部能够反映出水工建筑物内部不同部位的渗压情况，渗压监测部与温湿监测部之间的间距满足既能够起到相互作用的效果又不影响水工建筑物内部结构的稳定性，同时结合水位、温度及降雨量进行进一步的分析。

应用上述水工建筑物监测及预警用监测装置进行监测的监测方法，包括以下步骤：

步骤一：在本体的上游一侧布设水位监测部，在本体上使用钻头对相应位置钻孔并布设温湿监测部和渗压监测部，将温度湿度计放至温湿监测部内，将渗压计布设在渗压监测部内指定位置，布设应力应变监测部、表面位移监测部和信号采集箱，并将每个监测部通过电缆线与信号采集箱连接；

步骤二：通过水位浮漂对水位进行监测，并通过水泵每隔一段时间进行一次抽水，将抽取到的水经水管输送至样品收集箱中，由工作人员收集送检；

步骤三：通过每组渗压计对本体内不同位置的渗压进行监测，压力传感器接收水位传感器的信号，确定出现异常压力时的水位，并将监测信号通过压力传感器传递给温湿传感器，温湿传感器接收到信号后通过压力异常位置确定要测定的本体内温度及湿度位置，后将信号传递给控制器，控制器控制电机带动温度湿度计运动至指定位置；

步骤四：信号采集箱接收每个监测部收集到的数据，并将数据上传至终端管理平台及数据库。

进一步地，所述步骤四还包括：当雨量监测部监测到的降雨量过大时，雨量传感器将信号传递给压力传感器，使压力传感器降低渗压计触发报警信号的最小值，同时雨量传感器将信号传递给温湿传感器，温湿传感器将信号传递给控制器，控制器控制电机带动温度湿度计沿传动杆做往复运动进行温湿度的动态监测，当降雨量过大时以此来加强对水工建筑物本体内部各部位的温度湿度监测。

本发明的有益效果是：

(1)本发明能够对水工建筑物进行24小时监测，对水工建筑物的水位、内部温度湿度、渗压、位移和应力应变等各项指标进行实时监测，并将监测到的数据上传，确保水工建筑物长期处于安全状态，具备一定的经济效益。

(2)本发明设有的渗压监测部能够对当前异常压力位置确定后，控制温湿监测部所监测的部位，对异常压力位置进行重点监测，使监测工作更加有针对性，进一步提高了水工建筑物的安全性。

(3)本发明设有的水位监测部同时能够定期将水样提取并对水温进行监测，同时也方便了工作人员取样送检。

(4)本发明设有的雨量监测部能够对降雨量进行分析，当降雨量过大时控制渗压监测部降低渗压计触发报警信号的最小值，以此来提高安全性，同时加强对水工建筑物内部温度湿度的监测，并能够判断出降雨量是否对水工建筑物本体内部有影响。

附图说明

图1是本发明装置的外部整体结构示意图；

图2是本发明装置的内部整体结构侧视图；

图3是本发明装置的底部视图及水位监测部结构示意图；

图4是本发明装置的内部整体结构主视图；

图5是本发明装置的渗压监测部内部结构示意图；

图6是本发明装置的雨量监测部内部结构示意图；

图7是本发明装置的水位浮漂结构示意图；

图8是本发明方法的系统框图。

其中，1-本体，11-支杆，12-太阳能板，13-摄像头，14-声光报警器，2-水位监测部，21-套筒，211-透水孔，22-水管，23-水位浮漂，231-刮刀，24-水泵，25-水位传感器，26-振动片，3-温湿监测部，31-固定管，32-电机，33-温度湿度计，34-传动杆，35-温湿传感器，36-控制器，37-隔水罩，4-渗压监测部，41-渗压计，42-压力传感器，43-钢板保护盖，44-测压管，45-细砂段，46-膨润土段，47-屏蔽电缆，5-应力应变监测部，6-表面位移监测部，7-信号采集箱，8-雨量监测部，81-样品采集箱，82-雨量传感器，83-雨量计。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种水工建筑物监测及预警用监测装置，水工建筑物为用于挡水或输水的大坝，具体为混凝土大坝或土坝，包括水工建筑物的本体1，本体1上表面设有支杆11，支杆11上端一侧设有用于为每个监测部提供电能的太阳能板12，太阳能板12为市售太阳能板，支杆11上端另一侧设有摄像头13，摄像头13为市售AK-NH9000s高清摄像头，摄像头13下方的支杆11上设有声光报警器14，声光报警器14为市售TGSG-01T声光报警器，声光报警器14通过控制器与各个监测部的传感器连接。

如图2、3、6、7所示，位于本体1一侧的水位监测部2，水位监测部2包括外部的套筒21，套筒21内套设有水管22，所述水管22和套筒21之间设有可沿水管22上下滑动的水位浮漂23，水管22底部设有水泵24，水位浮漂23通过电缆线与套筒21顶部的水位传感器25连接，水位传感器25为市售TUF2000型超声波流量传感器，套筒21上设有若干透水孔211，透水孔211处的套筒21上设有滤网，水位浮漂23的外圆周设有用于刮除滤网垃圾的刮刀231，水泵24与水管22的连接处设有振动片26，当水泵24工作时带动振动片26振动，从而带动水管22振动，用于防止水位浮漂23被卡，水管22的另一端与位于本体1上方的雨量监测部8底部的样品收集箱81连接，雨量监测部8内上部设有雨量计83，雨量计83为市售MAS-YL雨量计，雨量计83与样品采集箱81之间设有雨量传感器82，雨量传感器82分别与温湿传感器35和压力传感器42连接。

如图1-5所示，位于本体1内距底部60cm且横向平行于本体1设置的温湿监测部3，温湿监测部3包括固定管31、电机32和温度湿度计33，固定管31嵌设在本体1内并起到固定支撑的作用，电机32外部设有与其相连的温湿传感器35和控制器36，电机32位于固定管31内起始端，电机32的输出端通过传动杆34与温度湿度计33连接，温湿传感器35为市售SHT20温湿度传感器。

如图2、4、5所示，位于温湿监测部3上方30cm且横向平行于本体1设置在本体1内的渗压监测部4，渗压监测部4内设有若干组用于监测本体1内不同位置处渗压的渗压计41，渗压计41为市售9500渗压计，渗压监测部4内起始端设有压力传感器42，压力传感器42一端与水位传感器25通过电缆线连接，另一端与温湿传感器35通过电缆线连接，渗压监测部4顶部设有钢板保护盖43，钢板保护盖43两侧通过螺栓与渗压监测部4固定连接，相邻两组渗压计41的设置间距为40cm，每组渗压计渗压计41通过位于渗压监测部4中心的测压管44串联，且每组渗压计41分别通过一根电缆线与压力传感器42连接，每组渗压计41周围的渗压监测部4内填充有细砂段45，测压管44周围的渗压监测部4内填充有膨润土段46，相邻两组渗压计41之间设有屏蔽电缆47。

如图1、2所示，相对于水位监测部2的本体1一侧埋设有应力应变监测部5，应力应变监测部5为市售RSM内埋式应力计，本体1上表面设有表面位移监测部6，表面位移监测部6为市售GNSS接收机，水位监测部2、温湿监测部3、渗压监测部4、应力应变监测部5和表面位移监测部6均通过电缆线与信号采集箱7连接。

如图1-4、8所示，应用上述水工建筑物监测及预警用监测装置进行监测的监测方法及工作原理如下：

步骤一：水工建筑物的本体1长15.6m，高为2.9m，在本体1的上游一侧布设水位监测部2，在本体1一侧使用钻头对距底部60cm处钻孔并布设温湿监测部3，在温湿监测部3上方30cm处布设渗压监测部4，将温度湿度计33下放至温湿监测部3内，将渗压计41以40cm一组的间距布设在渗压监测部4内，布设应力应变监测部5、表面位移监测部6和信号采集箱7，并将每个监测部通过电缆线与信号采集箱7连接；

步骤二：通过水位浮漂23对水位进行监测，同时水位浮漂23上的刮刀231能够对透水孔211的滤网上杂物进行清除，每个6小时开启水泵24一次，将水经水管22输送至样品采集箱81中，方便工作人员取样送检；

步骤三：通过每组渗压计41对本体1内不同位置的渗压进行监测，压力传感器42接收水位传感器25的信号，确定出现异常压力时的水位，并将监测信号通过压力传感器42传递给温湿传感器35，温湿传感器35接收到信号后通过压力异常位置确定要测定的本体1内温度及湿度位置，后将信号传递给控制器36，控制器36控制电机32带动温度湿度计33运动至压力异常所在的位置；

步骤四：信号采集箱7接收每个监测部收集到的数据，并将数据上传至终端管理平台及数据库，当水位监测部2监测到的水位高度高于水位监测部2的2/3处时，则水位传感器25将信号传递给声光报警器14并触发报警，当温湿监测部3监测到的位置的湿度大于70％时，则温湿传感器35将信号传递给声光报警器14并触发报警，当渗压监测部4监测到的本体1内部渗压高于1MPa时，则压力传感器42将信号传递给声光报警器14并触发报警。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于对降雨量的监测：

步骤四还包括：当雨量监测部8监测到的降雨量大于30mm以上时，雨量传感器82将信号传递给压力传感器42，使压力传感器42将渗压计41触发报警信号值由1MPa降低至0.7MPa，同时雨量传感器82将信号传递给温湿传感器35，温湿传感器35将信号传递给控制器36，控制器36控制电机32带动温度湿度计33沿传动杆34做往复运动进行温湿度的动态监测，加强对水工建筑物本体内部各部位的温度湿度监测。

实施例3

本实施例与实施例2基本相同，与其不同之处在于根据本体1的长度高度调整温湿监测部3和渗压监测部4的位置：

步骤一：水工建筑物的本体1长23.8m，高为3.4mm，在本体1的上游一侧布设水位监测部2，在本体1一侧使用钻头对距底部72cm处钻孔并布设温湿监测部3，在温湿监测部3上方40cm处布设渗压监测部4，将温度湿度计33下放至温湿监测部3内，将渗压计41以50cm一组的间距布设在渗压监测部4内，布设应力应变监测部5、表面位移监测部6和信号采集箱7，并将每个监测部通过电缆线与信号采集箱7连接；

步骤四：信号采集箱7接收每个监测部收集到的数据，并将数据上传至终端管理平台及数据库，当水位监测部2监测到的水位高度高于水位监测部2的2/3处时，则水位传感器25将信号传递给声光报警器14并触发报警，当温湿监测部3监测到的位置的湿度大于65％时，则温湿传感器35将信号传递给声光报警器14并触发报警，当渗压监测部4监测到的本体1内部渗压高于1.5MPa时，则压力传感器42将信号传递给声光报警器14并触发报警。

步骤四还包括：当雨量监测部8监测到的降雨量大于40mm以上时，雨量传感器82将信号传递给压力传感器42，使压力传感器42将渗压计41触发报警信号值由1.5MPa降低至1MPa，同时雨量传感器82将信号传递给温湿传感器35，温湿传感器35将信号传递给控制器36，控制器36控制电机32带动温度湿度计33沿传动杆34做往复运动进行温湿度的动态监测，加强对水工建筑物本体内部各部位的温度湿度监测。

实施例4

本实施例与实施例2基本相同，与其不同之处在于根据本体1的长度高度调整温湿监测部3和渗压监测部4的位置：

步骤一：水工建筑物的本体1长108.5m，高为5.8mm，在本体1的上游一侧布设水位监测部2，在本体1一侧使用钻头对距底部80cm处钻孔并布设温湿监测部3，在温湿监测部3上方50cm处布设渗压监测部4，将温度湿度计33下放至温湿监测部3内，将渗压计41以60cm一组的间距布设在渗压监测部4内，布设应力应变监测部5、表面位移监测部6和信号采集箱7，并将每个监测部通过电缆线与信号采集箱7连接；

步骤四：信号采集箱7接收每个监测部收集到的数据，并将数据上传至终端管理平台及数据库，当水位监测部2监测到的水位高度高于水位监测部2的2/3处时，则水位传感器25将信号传递给声光报警器14并触发报警，当温湿监测部3监测到的位置的湿度大于60％时，则温湿传感器35将信号传递给声光报警器14并触发报警，当渗压监测部4监测到的本体1内部渗压高于2MPa时，则压力传感器42将信号传递给声光报警器14并触发报警。

步骤四还包括：当雨量监测部8监测到的降雨量大于50mm以上时，雨量传感器82将信号传递给压力传感器42，使压力传感器42将渗压计41触发报警信号值由2MPa降低至1.5MPa，同时雨量传感器82将信号传递给温湿传感器35，温湿传感器35将信号传递给控制器36，控制器36控制电机32带动温度湿度计33沿传动杆34做往复运动进行温湿度的动态监测，加强对水工建筑物本体内部各部位的温度湿度监测。