现阶段的河岸冲刷和泥沙淤积的监测方法主要为:人工深度尺法、声纳探测法、雷达法和时域反射计(TDR)法等[12-15],然而这些方法在投入实际工程的应用时则具有很大的局限性。人工深度尺法的测量深度经常受到地形、天气、环境、实际测量深度等的许多方面的限制;声纳、雷达容易受到干扰、精度低、稳定性差;时域反射计(TDR)的设备成本太高,而且其配备的主要传感器元件在极端环境下很容易损坏。这些传统测量方法存在的缺陷都使得这些方法难以准确地完成泥水界面的监测任务,而且很难实现在线实时监测。30429
除了上述的监测方法以外,国内外的学者还做了一些其他的尝试。
Francesco Ballio等人利用光纤传感技术[16,17],仪器向玻璃光纤发射红外光线,红外光传播到河床表面后再反射回光纤,仪器通过计算反射回来的红外线光,进一步确定河床的真实深度。但是这个技术仅仅进行了实验室内的模拟现场实验,而没有进行应有的相应的现场试验,在现场环境中可能会受到外界干扰的影响和河床复杂地形的限制,没有直接的实用意义。论文网
同样是基于光纤传导的理论,林咏彬等开发出了一种基于光纤光栅的冲刷和淤积深度传感器[18,19],该传感器利用了光纤光栅对光线波长的影响,用光纤光栅监测动水压力对特制悬臂圆盘的作用,当泥沙界面高于传感器头时,光的波长信号基本不变;而当土层被水流冲刷,传感器的高度低于泥水分界面的高度时,由于动水压力的变化,会使传感器感知其表面应变上下波动,水流的存在。但是这种方法其本质上是对动水压的监测,只能用于水流速率较大;淤泥活动能力较低时的水位监测。
刘鲲等人开发了一种高耐久性光纤光栅的冲刷传感器[20],其基本原理与林咏彬等人开发的基本相同,但是对其工作状态进行了较大的改进。当其传感器探头被水流冲刷而暴露在河床以上时,传感器的两侧将产生动水压力差,传感器探头两侧安装的感应膜片将产生变形,带动传感器内部连杆的运动,继而带动传感器内部的等强度梁发生挠曲,封装在等强度梁上的光纤光栅跟随者梁的弯曲而发生形变,光的波长由此而发生变化,从而判断是否有冲刷现象存在。其工作原理是在动水中树立的柱体会随着水流的流动而发生迎流面和背流面产生正的和负的动水压力,使等强度梁发生挠曲。但是这种传感器机构连接复杂,稳定性不高,虽然理论上完全成立,但是在实际的使用中容易受到水下紊流干扰,其他不稳定因素对其的影响也较大,不适合在水文环境复杂的地点使用。
吴智深团队开发了一种长标距光纤光栅冲刷深度传感器[21,22],该传感器包括一个传感器阵列。该阵列由弹性直杆和与弹性直杆封装在一起,并且同时封装了光纤光栅在内供传感器数据交换。其基本原理是利用流动水对弹性直杆的扰动作用,使弹性直杆发生较大形变,直杆的形变带动光纤光栅的应变,从而使在泥水分界面上的射入光波长产生较大的变化,从而获得冲刷深度。长标距光纤光栅冲刷深度传感器可以根据需要的监测精度调整标距,同时传感器之间的连接方式为串联,减少传统光纤监测仪器通道数占用太多,限制了传感器数量的问题。但是这种方法无法避免当受到水下紊流和水下土体输移作用时对传感器探头的干扰。
综上所述,传统的冲淤深度监测方法有设备容易失效、测量精确度低、设备稳定性差、传感器制作成本高和传感元件耐久性差等缺点,在实际工程应用中的可行性有待研究;而且现阶段存在的冲淤深度传感器大多为光纤式传感器,其数据解调仪大多为国外进口,自有知识含量少,发生问题很容易出现技术跟不上,很长时间得不到修理的不利现象。 河岸冲刷和泥沙淤积的监测国内外研究现状:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_26129.html