研究项目DeichSCHUTZ:可靠的测量造就更安全的滨水区

研究项目DeichSCHUTZ:可靠的测量造就更安全的滨水区

在极端洪水的情况下,受影响的人的希望完全在于堤坝 – 它们能不能挡得住? 像Fischbeck(萨克森 – 安哈特)2013年洪水那样的堤坝破坏对内陆地区造成了巨大的破坏,这对当今仍然有影响。 在不来梅应用科技大学的活动研究项目DeichSCHUTZ(堤防保护)参与了一个创新的堤防保护系统,可以防止这种事故发生。

仅在德国,河堤保护了数千公里的海滨土地。 从今天的技术角度看,正在建造由三个区组成的堤坝。 从水侧到陆侧观察,各个区域以稳定增加的孔隙率建造,从而在洪水事件期间提供堤堤体的良好排水。 然而,在德国,仍然存在许多具有均匀构造的老堤坝,例如在2013年6月在Fischbeck的易北河洪水期间破裂的堤坝。 与三区堤坝相反,较老的区域特别容易受到长期洪水条件的影响。 水渗入堤坝本身,并且其饱和线在长时间的高水量内在堤坝体内进一步升高。 该饱和线上升得越多,地面材料受浮力的影响越大。 因此,堤坝失去了自身的基本自身质量,却仍需要抵抗高水压力。

想要稳定易受破坏的堤坝需要巨大的物质、人员资源和时间,在急剧的洪水情况下,这些都是稀缺的。 因此,在人员,材料和时间承诺方面,我们需要有应急预案,这比在堤坝的陆地侧上铺沙袋更有效。

创新的移动堤防保护系统

不来梅应用科技大学水力和海岸工程研究所的Christopher Massolle正在开发一种可以大大减少时间和人员投入的解决方案。 随着DeichSCHUTZ研究项目,由联邦教育和研究部发起,一个创新的,移动堤防保护系统正在测试在洪水事件期间稳定堤坝。 STS提供的测量技术也在其中发挥很大作用。

为了评估移动堤防保护系统,在霍亚技术救济机构的房地建造了一个试验堤。 为此,建造了一个拥有大约550立方米水的U形保持盆,其底端设有堤坝。

从视频中可以看到,在堤坝的左侧部署了大量的管道。在这些管道内放置STS生产的ATM/N 液位传感器 。在测试布置中,保留盆填充有地下水。在接近现实的条件下,水在30小时内应升至3米的水平。投入式液位传感器ATM/N 现在测量饱和线在这段时间的发展。压力范围从1到250 mH2O,精度≤±0.30%FS(-5到50°C),记录到最后一厘米。当饱和线不再继续上升时,将移动堤防保护系统引入水侧坡道,并应防止渗水的进一步渗透。堤节体现在继续排水,并且饱和线中产生的偏移的程度将由所采用的水平传感器测量。根据这些测量结果,可以最后评估保护系统的功能。

在地中海研究流域中使用地貌测量学进行地貌学分析

在地中海研究流域中使用地貌测量学进行地貌学分析

摘要

本文的目的是应用基于对象的地貌测量程序来定义径流贡献区域,并支持对3公里平方地中海研究流域(意大利南部)的水文地貌形态分析。

基于三年监测活动,我们收集并记录每日和亚小时放电和电导率数据。 关于这些数据的Hydro10化学记录分析显示在流域中强烈的季节性水文响应与在潮湿时期和干旱时期发生的风暴流事件不同。这种分析使我们能够定义与增加洪水量级相关的水文化学特征,其逐渐涉及各种径流分量(基流,地下流和表面流)和增加的排放贡献区域。在选定的暴雨事件期间进行的现场调查和水位/排放测量使得我们能够识别和映射具有均匀地貌单位的特定径流源15区域,先前被定义为水流地貌类型(弹簧点,沿着主要通道的扩散渗流,渗流沿岸走廊,从山坡的扩散流出和集中从集水坑挖掘)。按照先前由作者提出并用于基于对象的地貌绘图的程序,使用电子认知包(Trimble,Inc)执行水文地形定向分割和分类。与基于专家的地貌绘图的最佳方案是获得与加权的轮廓和20平面曲率总和在不同大小的窗口。结合水文化学分析和基于对象的水文地质类型图,贡献区域的变异性通过使用更好地适合贡献区域的流量累积的对数值,对在雨季期间发生的选择事件进行图形建模结果使我们能够识别每个时间步长的水文化学图上的径流分量,并计算每个地貌类型的特定排放贡献。 这种方法可用于地中海生态区中类似的,以降雨为主的,森林和无喀斯特的集水区。

Read the whole research study.

图片来源: Domenico Guida1, Albina Cuomo (1), Vincenzo Palmieri (2)
(1) Department of Civil Engineering, University of Salerno, Fisciano, 84084, Italy
(2) ARCADIS, Agency for Soil Defense of the Campania Region, 5 Naples, Italy

罗马尼亚的地表水监测

罗马尼亚的地表水监测

精确的水位测量需要具有报警功能的完美的控制系统,并对饮用水供应和洪水做出可靠的预测。STS和其合作伙伴MDS电气公司一起开发了一套罗马尼亚地下水和地表水综合管理系统。

罗马尼亚的饮用水主要来自于多瑙河等地表水和地下水。因此,对这些自然资源进行合理的管控是非常重要的。

为了保障饮用水供应和防止洪水泛滥,国家投资建设了一个综合的水利测量基础设施。

Figure 1: 地下水测量点

近年来,在与罗马尼亚合作伙伴MDS电气公司的合作中,整个国家包括偏远地区安装了超过700个的数据记录仪和350多个数据传输系统。为此,主要的投资在于电池供电的测量仪器,它监控着多瑙河流域的河流以及全国的地下水资源。

特殊测量方案需求

这是一项复杂的任务,因为每个投入式探头和数据传输系统都需要不同的评估和干预来满足各自的条件。在这种情况下,自动警报功能也是必不可少的,应该超出预先设定的限制值。

在饮用水供应的重要节点以及多瑙河流域的河流中,对水位的永久监测取决于以下需求:

  • 通过M2M协议自动的传输可靠的数据
  • 超出限定值的自动报警功能
  • 监测水位和温度,以及某些情况下的环境温度
  • 一个直观,可评估的和处理测量数据的解决方案和综合数据库
  • 易于安装和维护
  • 现场技术支持

为了完成这个大规模的项目,STS采用了针对压力和温度测量的DL/N70和WMS/GPRS/R/SDI-12数据记录仪,或根据需求采用 DTM.OCS.S/N数字量传感器带Modbus协议来确保在关键点0.03 %高精度水位测量。

STS和本地合作伙伴MDS电气公司协力合作实现单源来监控整个水位监测系统。每个安装点由MDS电气公司和STS的专家在现场进行评估,以便在每个测量点上安装定制的解决方案。也同时保证了压力测量装置的长期稳定性。Modbus协议 DTM.OCS.S/N在这一领域的优势在于它每年总误差小于0.1%的长期稳定性。由于其低能耗,稳健设计,这种传感器多年来基本上不需要维护。

DTM.OCS.S/N 更多优势简述:

  • 压力范围: 200mbar…25bar
  • 精度: ≤ ± 0.15 / 0.05 / 0.03 % FS
  • 工作温度: -40… 85 °C
  • 介质温度: -5…80 °C
  • 协议: RS485 with Modbus RTU (标准)
  • 和现有Modbus协议相兼容
  • 测量范围调整方便
自然灾害监测-冰川湖的水位测量

自然灾害监测-冰川湖的水位测量

阿尔卑斯山的冰川在不断变化。经过春夏季节的溶化后,为避免洪水的发生必须在早期阶段持续监测湖泊的水位变化。因此,可信赖的压力变送器、液位变送器和数据记录仪就变得十分的必要。

瑞士公司Geopraevent 安装并运行了高端警报和监测系统用于各种各样的自然灾害,包括:雪崩、滑坡和洪水。系统根据不同的任务和当地情况被单独的设计和实施。目前,全球范围内安装了60多个此类警报和监测系统。在自然灾害来临时,潜在诱发的严重后果使得我们没有任何犯错误的余地:多年来采用的防御技术必须要有坚实的表现。出于此原因,每套系统都会直接接入Geopraevent的服务器以确保无故障操作。

普兰莫尔特冰川湖的液位测量

这也适用于2011年用于检测伯恩阿尔卑斯山脉的普兰莫尔特冰川湖的系统。当春季温度上升的时候,冰川开始融化(如视频所示)。从这融水中,三个湖泊(Faverges, Vatseret 和Strubel)每年都会在清空前的夏季的几个月里不断膨胀。

伦克市附近是很危险的,其危险主要来自于Faverges湖。和其他两条湖泊一样,危险主要发生在温暖的季节。在每年一度的冰雪融化循环后,水温升高,然后在冰面上找到出口流出。出口附近逐渐解冻,意味着水速会持续的增加。例如,在2014年8月份,水流以20立方米/秒的速度席卷了伦克市的Trüebach。冰川湖水排空后,新的一轮循环会随着解冻的开始将在第二年春季开始。

为预测冰川湖的此类灾害发生并采取适当的保护措施,Geopraevent 安装了一套监控系统,能够确保在灾害发生前一到两天发出警报。在这个项目的实施过程中,由于长期稳定的突出性能和其他因素,STS 变送器也是值得信赖的合作伙伴。

Glacial lake outbreak alarm by SMS

为能够实时预测冰川湖融化带来的危害,成立了四个监测站:三个湖泊各一个,还有一个在Trüebach,避免洪水波及到Lenk市。

这三个冰川湖的水位通过压力变送器来实时监控。为了达到这个目的,测量器具通过直升机投放到湖泊的最深处。液位变送器 ATM/N/T 通过电缆连接到到安装在山脊上的数据记录仪。在此案例中,数据记录仪通过太阳能驱动,把收集到的数据通过移动手机输送给Geopraevent.如果数据记录仪显示水位下降,这表示冰川湖在逐渐排空。

冰川监测站(图片来源: Geopraevent)

由于Trüebach穿过一个峡谷,液位雷达附着在一根穿过峡谷的不锈钢电缆上,并通过电缆连接到数据记录仪。

一旦在湖泊和Trüebach中预设定的极限值下降或是上升,这些信息会通过短讯的形式发给负责Lenk 社区的人员,便于及时采取适当措施预付洪水发生。

此外,STS将在2017年9月份举办一次研讨会。其中演讲者包括:Lorenz Meier博士,Geopraevent 的创始人和CEO。

液位传感器助力地下水净化

液位传感器助力地下水净化

无论是旧的垃圾掩埋场、煤炭开采、前军事基地还是炼油厂,都会对的土地造成污染,这对人类和环境都会造成危害。在复原这些场合中,需要能够抵抗腐蚀性介质的液位传感器。

受污染的场地不仅仅造成健康状况或土壤环境的变化。在缺乏安全措施的情况下(如旧的垃圾填埋场),根据土壤条件,有害物质会被雨水冲刷到地下水中。根据使用的类型,可以找到许多不同的有害物质,包括:

  • 重金属混合物:铜,铅,铬,镍,锌和砷(非金属)
  • 有机物质:酚,矿物油,苯,氯化烃类(CHC),芳香烃(PAH)
  • 盐类:氯化物、硫酸盐、碳酸盐

地下水的净化

在修复受污染的土地上,不仅仅是净化土壤,还需要对地下水进行控制和净化。这就需要可靠的液位传感器来抵抗恶劣的环境。

净化过程通常如下:被污染的地下水被泵抽到地表,然后进行处理。作为过滤后的冲洗水,它将再次返回到污染源。为了防止这种冲洗水从污染源流到边缘,采用主动的液压方法保护渗透。水通过去污过程后注入到地下。这里的压力条件在一定程度上形成了一道屏障墙使冲洗水流向污染源。这里就需要液位传感器来控制和监控这一过程。

Figure 1: 净化过程

液位传感器当然也在修复工作后使用。在完成这项工作后,受影响的地点将被监测,以检查水位或水流方向的显著变化。

当一些流速应用可能对环境造成损害时,也会用到有液位传感器。新的垃圾填埋场现在就像一个不能渗透的水池。在垃圾填埋场下面的地下水位降低了,这样一旦发生泄漏,没有水可以流入附近的区域。在这里,相应的水位也会由液位传感器监测。

污水中的液位传感器:要求最高

在选择合适的液位传感器时,净化污染区域的操作人员应该非常小心。由于大量的可溶解在水中的物质,没有一个可靠的解决方案适合所有案例。需要考虑到几个方面,下面我们简要介绍一下。

材质

壳体

在大多数应用中,如STS所采用的高端不锈钢,足以保护测量芯体免受有害物质侵蚀。如果与盐水接触,那么就会选择钛合金壳体,但如果更符合要求的话,应该选择aPVDF 液位传感器

Figure 2: ATM/NC耐化学品腐蚀压力传感器-PVDF 壳体

探头电缆

在我们的经验中,选择合适的电缆比选择合适的壳体要重要得多。由于渐进的扩散过程,破坏的进程并不是立刻显现出来的。通常情况下,即使已经损坏了在外部也不会观察到。在探头电缆的中间是一个小型的空气管,它用于均衡相对压力。如果电缆材料不具有100%的耐腐蚀,那么原材料可能通过电缆外皮扩散并穿过空气管进入传感器芯片。

根据物质的不同,STS用户可以使用PE、PUR或FEP电缆。后者可以应用在高达110℃的高温情况下。

安装

电缆布局选择

旧的垃圾填埋场和工业场所环境都很恶劣,不仅只是有害物质会损害所使用的压力传感器的功能。必须注意的是,机械负荷(如碎片)不会损坏电缆外皮。也应该避免摩擦和线路缠绕。因此在放置电缆时,建议使用STS提供的特殊保护管。

泄气孔

不同制造商生产的液位传感器的压缩率也是不同的。在STS,液位传感器的标准承压可以达到250米。然而,在不容易的安装条件下,操作员应该考虑使用泄气孔。

安装

如果传感器应用在活水或带有搅拌器的容器中,可以提供在电缆出口(管道安装)处的1/2’接头或压力接头(15mm)。

防爆

在有许多危险物质的应用中,也要注意到防爆。我们的产品是符合国际标准的ATEX认证的。