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    涨潮海水对海岸堤坝压力在线监测
    时间:2025-12-04 涉川
    一、方案介绍
    海岸堤坝在每日涨潮、退潮以及风暴潮、台风、强降雨的共同影响下,会承受显著变化的海水压力、渗流压力及结构应力。长期循环的潮水冲击极易导致堤坝产生渗漏、浸润线抬升、内部空洞、护坡失稳以及整体结构疲劳。传统巡查方式难以及时掌握堤坝承压变化,无法对险情实现提前预判。
    本方案基于水压力监测、孔隙水压力监测、堤身变形监测、潮位监测与4G远程传输技术,构建一套适用于海岸堤坝的实时在线压力监测系统,可在涨潮、风暴潮及极端海况下提供堤坝受力实时数据,为防潮预警、堤坝养护与加固工程提供科学依据。

    二、监测目标
    1. 实时监测涨潮时期海水对堤坝外侧的静水压力与动水压力变化。
    2. 监测堤体内部孔隙水压力,判断浸润线与渗流状况。
    3. 监测堤坝在潮水冲击下的变形(位移、倾斜、沉降)。
    4. 跟踪海水压力随潮汐周期的变化规律。
    5. 在风暴潮、台风期间实现提前预警。
    6. 构建堤坝健康评估模型,实现险情预测。

    三、需求分析
    海岸堤坝监测必须满足:
    • 抗盐雾腐蚀,适应海岸湿热环境;
    • 可长期浸泡、抗冲击;
    • 数据稳定,适合24小时连续监测;
    • 弱电供电与太阳能供电兼容;
    • 具备高防护等级,适应海水侵蚀;
    • 可联动海洋潮位、风速、浪高数据;
    • 监测范围涵盖堤外海水压力与堤体内部孔压。

    四、监测方法
    1. 外侧海水压力监测
    在堤坝外坡布设水压力监测节点,通过静水压公式与实测补偿对潮水压力进行精确测量。
    2. 堤体孔隙水压力监测
    埋设在堤皮、堤心与堤基位置,用于监测:
    • 渗流变化
    • 软弱区压力异常
    • 浸润线抬升
    3. 堤坝变形监测
    通过位移/倾角节点监测堤身:
    • 侧向位移
    • 倾斜漂移
    • 沉降趋势
    4. 潮位监测
    记录涨潮、退潮全过程,用于关联压力变化趋势。
    5. 联合监测
    将压力、孔压、潮位、风速与波浪频率数据进行融合,判断海堤稳定性状态。

    五、应用原理
    1. 海水压力作用原理
    海水压力随潮位上升呈线性增加,其变化受波浪拍击、风暴潮、水位变化共同影响。
    2. 孔隙水压力机制
    堤体内部孔压上升会导致:
    • 土体强度下降
    • 渗透破坏风险增加
    • 滤层反滤能力下降
    3. 堤身响应机制
    堤坝在潮汐循环中产生位移或倾斜,说明结构承载发生变化。
    4. 多参数耦合分析
    海堤稳定性与以下因素强相关:
    • 潮位高度
    • 外侧海水压力
    • 内部孔隙水压力
    • 渗流趋势
    • 堤身变形
      通过融合算法实现堤坝健康指数评估。

    六、功能特点
    • 适应海水侵蚀,长期稳定连续工作。
    • 实时监测潮水压力与堤体孔压。
    • 支持堤坝变形、沉降、倾斜等多参数。
    • 4G无线传输,可远程查看数据与预警。
    • 支持太阳能供电,适合远海堤布设。
    • 数据可视化:潮位-压力-孔压-变形四维趋势图。
    • 支持风暴潮自动预警和曲线预测。

    七、硬件清单
    • 海水压力监测节点
    • 孔隙水压力传感器
    • 倾角与位移监测节点
    • 潮位监测装置
    • 环境监测模块(风速、水温等)
    • 数据采集主机
    • 4G无线通信模块
    • 太阳能供电系统
    • 云平台监测系统

    八、硬件参数(量程、精度)
    • 水压力量程:0 ~ 数十米水深对应压力
    • 精度:≤0.1% F.S.
    • 孔压监测精度:≤0.1% F.S.
    • 倾角分辨率:0.01°
    • 位移精度:0.1~1 mm
    • 防护等级:IP68
    • 工作温度:–20℃~+70℃
    • 通信方式:4G/NB/光纤

    九、方案实现
    1. 监测点位布置
    • 海堤外坡布设海水压力节点:上、中、下三层。
    • 堤体内部埋设孔压监测器:堤顶、堤心、堤基。
    • 堤顶布设倾角与位移节点
    • 潮位仪安置在堤外固定基桩上
    2. 数据上传
    所有传感器接入数据采集主机,再通过 4G 上传至云平台。
    3. 数据融合分析
    平台自动进行:
    • 潮位与外压耦合分析
    • 孔压与渗流模型分析
    • 变形与应力关系分析
    • 风暴潮风险模型预测

    十、数据分析
    核心分析内容
    • 海水压力随潮位的变化曲线
    • 孔隙水压力梯度变化
    • 浸润线位置演变
    • 渗流加速度与渗透破坏风险
    • 堤身倾斜与位移变化
    • 风暴潮过程海堤承压极值分析
    重点预兆指标
    • 大潮期孔压异常快速上升
    • 内外水压力差异常增大
    • 堤身倾斜产生持续漂移
    • 位移速率由缓慢变为加速
    • 渗流温度变化异常(渗漏)

    十一、预警决策
    预警分三级:
    • 一级预警(关注):压力略高于正常范围
    • 二级预警(警戒):内部孔压持续升高、变形偏大
    • 三级预警(危险):压力差异常、倾斜加速、渗流急增
      → 启动堤坝加固、关闭交通、人员转移等措施

    十二、方案优点
    • 适用于海堤长期安全监管
    • 可实现潮水压力与堤身结构一体化监测
    • 提供高可靠性预警依据
    • 安装灵活,可覆盖全堤段
    • 支持多源数据融合,提高判断准确率

    十三、应用领域
    • 海岸防护堤坝
    • 海塘、海湾水闸
    • 港口护岸结构
    • 滨海城市防潮系统
    • 台风、风暴潮防御工程

    十四、效益分析
    • 提前发现海堤潜在渗漏及破坏风险
    • 提高海堤安全运营保障能力
    • 降低极端海况造成的堤坝失稳风险
    • 有助于主管部门实现数字化管控
    • 为海岸工程养护与加固提供数据支撑

    十五、国标规范
    • 《海堤工程质量检验标准》
    • 《滨海防护工程安全监测规范》
    • 《水工建筑物监测技术规范》
    • 《防潮堤坝设计规范》

    十六、参考文献
    • 海岸工程压力分布研究
    • 海堤渗流稳定性分析文献
    • 风暴潮影响机制与模型研究
    智能灌溉硬件提供商

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