一种水库水位的监测方法技术

一种水库水位的监测方法，采用分布式光纤温度传感器（ＤＴＳ）系统，包括以下步骤：①在水库中设置管子，管子一端露于空气中；②将光缆铺设在管子上，保证光缆一端与所述的分布式光纤温度传感器的主机连接；③根据不同水位高度范围内对测量精度的不同要求，可以将光缆以不同间距分段缠绕在所述管子上；④由ＤＴＳ系统测量出整条光缆上各监测点的温度，再对各点的距离求导求出各监测点的空间温度变化值，则空间温度变化最大点所对应的光缆位置即为水库水位。本发明专利技术利用ＤＴＳ系统，能够精确快速地监测水库水位，同时采用分段缠绕的光缆铺设方式，在满足ＤＴＳ系统测量要求的前提下，能够实现高精度低成本的监测，满足了水利工程中对水位监测的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水位监测方法，特别地，涉及一种利用分布式光纤温度传感器(DTS)系统进行水库水位监测的方法。
技术介绍
在水利工程中，水库水位测量一直是水文、水利部门的重点，如果没有提前进行有效的水位监测，则在遇到洪水、台风等异常天气状况下，因为水位达到警戒线而造成江堤决口、大水冲毁堤坝等恶性事故将会时有发生，由此给国家和人民生命财产带来巨大的损失。另一方面，测量出不同深度水层的温度，对于水资源的利用将起到很好的指导作用，比如在技术允许的情况下，温度较低的水层，可以用来冷却，温度适宜的水层可以用来灌溉等等。因此，进行精确而有效的实时水位监测，对预防事故的发生以及水资源的有效利用有着重要意义。现有的水库水位测量采用各种传感器技术，常见的有超声波探测器、压差式水位传感器、浮子式水位传感器等等，这些传统的方式虽然能够实现水位监测，但都存在一定的局限性，水位计的安装要求较高，系统的改进需要投入较大的成本，而且监测的精度较低，测量范围受到限制，不能满足现代化工程不断发展的需要。分布式光纤温度传感器(DTS)系统是基于先进的光时域反射(OTDR)技术的原理和光纤的背向拉曼散射温度效应，以光纤为载体，由主机、传感光缆及其他附件组合而成，是国际上近年发展起来的一种用于实时监控温度场的高新技术。本人在公开号为200310122784.7的中国在先专利技术专利《堤坝渗漏定位分布式光纤温度传感监测装置及方法》、公开号为200510050546.9的中国在先专利技术专利《管道渗漏定位分布式光纤温度传感监测装置及方法》中均利用了分布式光纤温度传感器(DTS)来实现工程项目的监测和安全防护。在上述专利的监测方法中，主要采用加热装置对光纤金属套或设置在光缆内的导体通电加热，使得光纤周围温度升高，分布式光纤温度传感器(DTS)系统测量出整条光缆上的温度后，再对距离求导，就可以求出光缆上各点的空间温度变化。当沿光纤方向上的某一外部工作点发生温度变化时，加热的光纤与周围就会产生一定的温差，该温差引起光纤温度场的变化，分布式光纤温度传感器(DTS)系统监测到相应的信号后通过对整条光缆的温度分布曲线的比较和分析，可以发现并确定液体、气管线泄漏所处的位置。目前，国际、国内已经将分布式光纤传感技术成功地应用于各类工程项目，特别是在大型水利水电工程的安全监测中，如大坝混凝土固化过程的温度监测、大坝中渗流与泄漏监测等。水库中的水在不同深度处的温度有一定的差别，但这样的温差变化不会太大，一般在±0.4℃/m以内；在单一的空气中，空间温度变化也较小，一般在±0.2℃/m之内。而水温和空气温度又存在一定的差别，特别在水平面处，即水与空气的交界面处，空间温度变化最大，通常＞2℃/m，因此，可以利用分布式光纤温度传感器(DTS)系统通过测量水库在不同深度处的温度值来判定水位。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状提供一种采用分布式光纤温度传感器系统且满足高精度、低成本的水库水位监测方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为该水库水位监测方法，其特征在于采用分布式光纤温度传感器系统监测光缆的温度变化，包括以下步骤(1)在水库中设置一管子，管子一端露于空气中；(2)将光缆铺设在所述管子上，保证光缆的一端置于经过标定的水库底部或其它参考焦，光缆的另一端露在空气中，且光缆露在空气中的另一端与所述的分布式光纤温度传感器的主机连接；(3)根据不同水位高度范围内对测量精度的不同要求，将光缆以不同间距分段缠绕在所述的管子上，对应测量精度要求高(即测量误差小)的水位高度范围内光缆缠绕间距较小(即光纤缠绕紧密)，对应测量精度要求低(即测量误差大)的水位高度范围内光缆缠绕间距较大(即光纤缠绕稀疏)；(4)由分布式光纤温度传感器系统测量出整条光缆上各监测点的温度后，再对各监测点对应的距离求导，可得到光缆上各监测点的空间温度变化值；(5)对应光缆在空间温度变化值最大点所对应的监测点位置即为需要测得的水库水位。由于分布式光纤温度传感器系统本身对光缆的检测长度有一定的限制，将光缆至管子底部到头部一直采用前后圈紧密相接的缠绕方式不能满足系统的测量要求，如果将光缆直线铺设，又不能达到测量的精度要求，因此，为了满足检测系统的测量参数要求，降低测量成本，所述的光缆在管子上的铺设方式如下在不作测量精度要求的水位高度范围内，如死水区和最高水位线以上的区域，可以将光缆直接沿管子直线铺设；在有测量精度要求的水位高度范围内，包括警戒水位线、安全水位线等，可以将光缆紧贴管子缠绕，光缆前后圈之间不重叠，并且通过以下公式确定在不同的水域区段内光缆的具体缠绕方式Di=ΔHiΔLi×Cisinα]]>即在有测量精度要求的不同水域区段内，将光缆以Di为平均间距，一圈一圈缠绕在所述管子上，其中，i表示不同水位高度范围所对应的不同水域区段，i为自然数，可以按照实际工程需要分割若干个水域区段；Di表示在第i水域区段内，缠绕在管子上的光缆相邻两圈中心线间距的平均距离；ΔHi表示在所述的第i水域区段内的水位高度Hi的测量误差；ΔLi表示与所述的第i水域区段对应的高度范围内，光缆缠绕长度Li的测量误差；Ci表示在所述的第i水域区段内，光缆缠绕管子一圈的平均周长；α表示管子与水平面的倾角。所述的光缆相邻两圈中心线间距在对应的第i水域区段内可以按任意方式缠绕在管子上，但是，为了便于工程测量和降低数据计算及处理的复杂度，可以将光缆按计算得到的中心线平均距离Di均匀地缠绕在所述的管子上，即在第i水域区段内，光缆的前一圈中心线与后一圈中心线之间是等距离缠绕的。所述的管子可以选择钢管或工程塑料管等，也可以为圆管或方形管或三角管或其它任何横截面的长直管，只要能够方便地实现光缆在其上面的缠绕，另外，考虑到施工的方便和维修的需要，所述的管子可以这样设置在水中的管子一端靠近所述的水库底部，管子另一端靠近水库大坝，管子与水库底部的倾角α取值范围为0～90°，优选地以90度为佳。与现有技术相比，本专利技术的优点在于用光纤测温传感器监测水位的方法，即测量了不同深度水位的温度值，又能够快速准确的定位出水库水位，能够满足水利工程中对水位监测的要求。该监测方法中根据具体情况的精度要求，通过在不同水域段采用不同的光缆铺设方式，既满足了测量精度又降低了光缆铺设成本，较之传统的测量水位的方式能够实现更广的测量范围并得到更高的测量精度。附图说明图1为本专利技术的水库水位测量原理图。图2为本专利技术实施例的水库水位测量示意图。图3为本专利技术实施例的光缆缠绕方式示意图。图4为本专利技术实施例的光缆温度分布曲线图。图5为本专利技术实施例的另一光缆温度分布曲线图。具体实施例方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。水库中水在水与空气交接的平面处的温度差别最明显，我们判定水位的原则就是以设置在水库中的光缆空间温度变化的大小为依据，通过分布式温度传感器(DTS)系统测量光缆在水库不同深度的温度值可以用来判定水位，基本步骤如下首先，在水库中设置一管子，管子一端露于空气中。其次，将光缆铺设在所述管子上，保证光缆的一端置于经过标定的水库底部或其它参考点，光缆的另一端露在空气中，且光缆露本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水库水位的监测方法，其特征在于：采用分布式光纤温度传感器系统监测光缆的温度变化，包括以下步骤：在水库中设置一管子，管子一端露于空气中；将光缆铺设在所述管子上，保证光缆的一端置于经过标定的水库底部或其它参考点，光缆的另一端 露在空气中，且光缆露在空气中的另一端与所述的分布式光纤温度传感器的主机连接；根据不同水位高度范围内对测量精度的不同要求，将光缆以不同间距分段缠绕在所述的管子上，对应测量精度要求较高的水位高度范围内光缆缠绕的间距较小，对应测量精度要求 低的水位高度范围内光缆缠绕的间距较大；由分布式光纤温度传感器系统测量出整条光缆上各监测点的温度后，再对各监测点对应的距离求导，得到光缆上各监测点的空间温度变化值；对应光缆在空间温度变化值最大点所对应的监测点位置即为需要测得的 水库水位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨如祥，夏旭鹏，韦冬青，马光明，
申请(专利权)人：秦一涛，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]