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
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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。
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监测堤体内部孔隙水压力,判断浸润线与渗流状况。
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监测堤坝在潮水冲击下的变形(位移、倾斜、沉降)。
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跟踪海水压力随潮汐周期的变化规律。
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在风暴潮、台风期间实现提前预警。
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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:
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抗盐雾腐蚀,适应海岸湿热环境;
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可长期浸泡、抗冲击;
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数据稳定,适合24小时连续监测;
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弱电供电与太阳能供电兼容;
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具备高防护等级,适应海水侵蚀;
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可联动海洋潮位、风速、浪高数据;
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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:
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渗流变化
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软弱区压力异常
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浸润线抬升
3. 堤坝变形监测
通过位移/倾角节点监测堤身:
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侧向位移
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倾斜漂移
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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:
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土体强度下降
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渗透破坏风险增加
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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:
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潮位高度
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外侧海水压力
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内部孔隙水压力
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渗流趋势
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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
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适应海水侵蚀,长期稳定连续工作。
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实时监测潮水压力与堤体孔压。
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支持堤坝变形、沉降、倾斜等多参数。
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4G无线传输,可远程查看数据与预警。
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支持太阳能供电,适合远海堤布设。
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数据可视化:潮位-压力-孔压-变形四维趋势图。
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支持风暴潮自动预警和曲线预测。
七、硬件清单
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海水压力监测节点
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孔隙水压力传感器
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倾角与位移监测节点
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潮位监测装置
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环境监测模块(风速、水温等)
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数据采集主机
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4G无线通信模块
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太阳能供电系统
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云平台监测系统
八、硬件参数(量程、精度)
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水压力量程:0 ~ 数十米水深对应压力
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精度:≤0.1% F.S.
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孔压监测精度:≤0.1% F.S.
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倾角分辨率:0.01°
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位移精度:0.1~1 mm
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防护等级:IP68
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工作温度:–20℃~+70℃
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通信方式:4G/NB/光纤
九、方案实现
1. 监测点位布置
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海堤外坡布设海水压力节点:上、中、下三层。
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堤体内部埋设孔压监测器:堤顶、堤心、堤基。
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堤顶布设倾角与位移节点。
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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:
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潮位与外压耦合分析
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孔压与渗流模型分析
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变形与应力关系分析
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风暴潮风险模型预测
十、数据分析
核心分析内容
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海水压力随潮位的变化曲线
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孔隙水压力梯度变化
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浸润线位置演变
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渗流加速度与渗透破坏风险
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堤身倾斜与位移变化
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风暴潮过程海堤承压极值分析
重点预兆指标
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大潮期孔压异常快速上升
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内外水压力差异常增大
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堤身倾斜产生持续漂移
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位移速率由缓慢变为加速
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渗流温度变化异常(渗漏)
十一、预警决策
预警分三级:
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一级预警(关注):压力略高于正常范围
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二级预警(警戒):内部孔压持续升高、变形偏大
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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
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适用于海堤长期安全监管
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可实现潮水压力与堤身结构一体化监测
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提供高可靠性预警依据
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安装灵活,可覆盖全堤段
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支持多源数据融合,提高判断准确率
十三、应用领域
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海岸防护堤坝
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海塘、海湾水闸
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港口护岸结构
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滨海城市防潮系统
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台风、风暴潮防御工程
十四、效益分析
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提前发现海堤潜在渗漏及破坏风险
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提高海堤安全运营保障能力
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降低极端海况造成的堤坝失稳风险
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有助于主管部门实现数字化管控
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为海岸工程养护与加固提供数据支撑
十五、国标规范
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《海堤工程质量检验标准》
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《滨海防护工程安全监测规范》
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《水工建筑物监测技术规范》
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《防潮堤坝设计规范》
十六、参考文献
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海岸工程压力分布研究
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海堤渗流稳定性分析文献
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风暴潮影响机制与模型研究
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