隧道水沟流量及水质监测预警方法
技术领域
本发明属于隧道维护监控技术领域，特别是涉及一种隧道水沟流量及水质监测预警方法。
背景技术
现有的隧道水质监测技术无法提供实时的水质信息，施工人员需要将传统的水质监测仪放入水中，在固定时间后将装置从水沟中取出并在实验室分析监测仪中所携带隧道内地下水的成分，费时费力，无法及时查看隧道内水质情况并提出预警。由于隧道因环境变化引发的次生灾害比较多，传统方法容易给隧道安全运行维护带来风险。一是隧道内裂隙地下水变化统计口径不一，不能真实反映环境变化与地下水变化的关系。二是隧道内裂隙地下水水质监测不规范，导致隧道内排放出来的地下水给环境造成的影响缺少长期预判。
已有的技术可以提供水质检测数据，但容易造成二次污染导致数据不规范。其次，由于各厂家数据标准不一致，检测隧道内裂隙地下水水质监测不规范，有可能导致数据污染的问题，导致数据失真。而且，现有的技术无法提供在线数据，数据的获取缺乏时效性，无法及时有效地找出问题并解决。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种时效性好，数据真实性高的隧道水沟流量及水质监测预警方法。
本发明提供的这种隧道水沟流量及水质监测预警方法，包括如下步骤：
步骤一、预制监测预警装置，包括外壳、限流器、水质监测仪和流量计，外壳的轴向两端均为开口，限流器连接于外壳内使外壳端部形成缓冲区，水质监测仪设置于外壳缓冲区，流量计设置于外壳内、位于水质监测仪的后方；
步骤二、将监测预警装置置入隧道水沟槽内，以外壳轴向沿水流方向布置，限流器位于水流流入端；
步骤三、将液位监测仪设置于监测预警装置的下游；
步骤四、将雨量计安装于隧道口；
步骤五、通过水质检测仪分析外壳内水的成分，取最大值，并判定是够满足排放标准，并判断隧道地质岩层变化规律以预警；
步骤六、通过流量计监测水沟槽的液体面积，计算水沟槽单位时间内的液体流量；
步骤七、通过液位监测仪测出监测预警装置下游液位，计算通过监测预警装置的液体流量；
步骤八、通过雨量计，监测单位时间内降水量；
步骤九、将降雨量与所测得液位、流量进行比较，判断隧道内盲管透水是否正常。
所述预警装置还包括电源和电路板；电路板上设整流器、蓄电池、电容、处理器、发光二极管和无线数据传输装置，蓄电池、电容、发光二极管、水质监测仪、液位监测仪、处理器和无线数据传输装置相互并联，处理器用于接收处理水质监测仪、液位监测仪、流量计和雨量计输入的信号后经无线数据传输装置输出；电源用于向各元器件供电。
所述外壳为条形壳体，其内腔包括过水腔和一对监测腔，一对监测腔对称设置于过水腔的顶部，监测腔的底壁设有通孔用以安装所述流量计。
所述外壳的过水腔底部设有基座。
所述电源为水力涡轮发电机，沿轴向设置于所述过水腔内、其叶片位于所述流量计下方。
所述限流器为杯式限流器，其外径匹配于所述监测腔的内径，其内设有轴向水道；一对限流器分设于所述监测腔内；一对所述水质检测仪分设于两监测腔输入端的缓冲区。
所述轴向水道包括输入段和输出段，输入段为圆柱段，输出段为圆锥段。
本发明将监测预警装置置入隧道水沟槽内，将雨量计安装于隧道口。通过各水质检测仪分析外壳内水的成分，取最大值，并判定是够满足排放标准，并判断隧道地质岩层变化规律以预警。通过流量计监测水沟槽的液体面积，计算水沟槽单位时间内的液体流量；通过液位监测仪测出监测预警装置下游液位，计算通过监测预警装置的液体流量；通过雨量计，监测单位时间内降水量；将降雨量与所测得液位、流量进行比较，判断隧道内盲管透水是否正常，确保隧道运行安全。可以可给隧道维护单位提供智能实施数据，时效性好，提升维护人员应急处置能力；并且可以规避二次采样污染和数据失真，提高数据真实性。
附图说明
图1为本发明一个优选实施例中监测预警装置的主视示意图。
图2为监测预警装置中外壳的截面放大示意图。
图3为限流器、水质监测仪装入外壳内的轴向剖视放大示意图。
图4为电路板上元器件布置示意图。
图5为监测预警装置、液位监测仪和雨量计的电路图。
图6为在线式液位预警检测示意图。
图示序号：
1—外壳，11—过水腔，12—监测腔，13—密封腔；
2—电源，21—叶片；
3—限流器；4—水质监测仪；5—流量计；6—电路板；7—基座；8—整流器；9—蓄电池；01—电容；02—处理器；03—发光二极管；04—无线数据传输装置；05—液位监测仪；06—雨量计。
具体实施方式
本实施例公开的这种隧道水沟流量及水质监测预警方法，实施时，具体步骤如下。
步骤一、预制监测预警装置。
如图1所示，监测预警装置包括外壳1和设置于外壳内的电源2、限流器3、水质监测仪4、流量计5和电路板6。
外壳1设计为长条形壳体，其底部设有基座7，外壳设计为长条型，以其轴向沿水沟槽长度方向设置，通过基座安装；从而能够减少占用水沟槽的面积，降低对水沟槽过水能力的影响。同时将其截面设计为如图2所示，包括一个大腔和对称连通于大腔顶部的两个小腔，两小腔之间为密封腔13用以安装电路板，大腔为用于安装电源2的过水腔11，小腔为用于安装水质监测仪4的监测腔12，过水腔和监测腔的两端均为开口，并在小腔的底部设有通孔用以安装流量计5，流量计的测头朝下以监测大腔内的液体流量，并在流量计与孔壁之间设有密封圈。
如图1所示，电源2为水力涡轮发电机，沿轴向设置于过水腔内，并使其叶片21位于流量计5的下方，通过流量计有效地计算出流经大腔液体的流量。
如图3所示，限流器3为杯式限流器，其外径匹配于监测腔的内径，其内设有轴向水道；轴向水道包括输入段和输出段，输入段为圆柱段，输出段为圆锥段。安装时，将一对限流器分别装入对应的监测腔内，其输入段朝向水流流入方向，并将限流器的外端与监测腔的外端预留一定的空间。由于限流通道内小外大，从而得以限制流速、流量，使液体在监测腔预留的区域内形成缓冲区。将一对水质监测仪4分别装入两监测腔的缓冲区内用以监测水质，取大值输出对比进行判断。通过限流器的设置，使得水质检测仪有充足的时间电解分析隧道裂隙内水的成分，并输出4-20mA电流信号给中央处理器，将水质监测仪检测出的水质结果与国家规定的标准水质阀值进行对比，如果结果显示不满足排放标准，将提示通过无线数据输出装置发送预警信息给维护人员，要求对裂隙水进行治理排放。
电路板6设置于壳体的密封腔内，如图4所示，电路板6上设整流器8、蓄电池9、电容01、处理器02、发光二极管03和无线数据传输装置04。置有自存储功能，可以根据需要配置不少于180天存储数据容量。如图4所示，将蓄电池、电容、发光二极管、水质监测仪、液位监测仪、处理器和无线数据传输装置相互并联，处理器用于接收处理水质监测仪、液位监测仪、流量计和雨量计输入的信号后经无线数据传输装置输出，电源用于向各元器件供电。
处理器02能够根据雨量计监测的降雨量与隧道水沟槽枯、平、丰水期液位高度、流量变化，并进行比较，计算出隧道裂隙水渗透参数值，判断隧道内盲管透水是否正常。通过处理器后生成输出4-20mA电流信号，通过无线数据传输装置输出信号，根据计算机建模软件计算，生成一种在线式液位预警监测图，如图5所示，供用户使用。
步骤二、将监测预警装置置入隧道水沟槽内，以外壳轴向沿水流方向布置，限流器位于水流流入端。
步骤三、将液位监测仪05设置于监测预警装置的下游，液位监测仪05竖直设置，能够有效的监测出枯、平、丰水期通过监测预警装置的液位高度，根据水沟槽的几何尺寸能够有效的计算出通过该装置时的液位面积，并将相关信息以4-20mA的电信号传输给处理器。
步骤四、将雨量计06安装于隧道口；雨量计能够在线式的监测该地区单位时间内降水量(降水强度)，并输出4-20mA电流信号给处理器。
步骤五、通过水质检测仪分析外壳内水的成分，取最大值，并判定是够满足排放标准，并判断隧道地质岩层变化规律以预警。
如，监可以测隧道裂隙水K++Na+、Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、CI-、SO42-的浓度，pH、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、挥发性酚类、氰化物、砷、汞铬(六价)、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、溶解性总固体、高锰酸盐指数、硫酸盐、氯化物、总大肠菌群、细菌总数等值，并输出4-20mA电流信号给处理器，与国家规定的标准水质阀值进行对比，如果不满足排放标准，将提示预警要求对裂隙水进行治理排放。
还可以通过隧道裂隙水水质监测能够智能知道隧道地质岩层变化规律，如果Ca2+增加较快，证明隧道衬砌石灰岩发育比较强烈，容易造成隧道盲管或降压孔堵塞，预警提示定期对隧道盲管或降压孔进行清理。
步骤六、通过流量计监测水沟槽的液体面积，计算水沟槽单位时间内的液体流量，并输出4-20mA电流信号给处理器。
步骤七、通过液位监测仪测出监测预警装置下游液位，能够有效的监测出枯、平、丰水期通过该装置的液位高度，根据水沟槽的几何尺寸能够有效的计算出通过该装置后的液位面积，并输出4-20mA的电信号传输给处理器。
步骤八、通过雨量计，监测单位时间内降水量。
步骤九、处理器根据雨量计监测的降雨量与隧道水沟槽枯、平、丰水期液位高度、流量变化，并进行比较，计算出隧道裂隙水渗透参数值，判断隧道内盲管透水是否正常，如果暴雨期隧道内水沟槽裂隙水液位和流量变化不大，则证明隧道内盲管透水不正常，盲管或降压孔有可能发生堵塞，需要疏通盲管或降压孔降低隧道裂隙水水压，确保隧道运行安全。
本方法能够提供隧道水沟槽内液体流量在线监测统计与雨量计监测数据进行对比分析和液体水质在线分析与设定的阀值进行对比分析，输出报警信息供维护人员有针对性的采取措施，提供应急相应能力，给隧道维护单位提供智能实施数据，时效性好，提升维护人员应急处置能力。维护人员可以通过本方法避免了维护人员现场采样的实际困难，规避二次采样污染和数据失真，可以规避二次采样污染和数据失真，提高数据真实性。
