一种适用于砂土的全分布式管道覆土深度监测系统及方法
阅读说明：本技术 一种适用于砂土的全分布式管道覆土深度监测系统及方法 (Fully-distributed pipeline soil covering depth monitoring system and method suitable for sandy soil ) 是由 杨宇烨 邵翰林 史波 于 2021-01-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种适用于砂土的全分布式管道覆土深度监测系统,包括管道、温度传感光缆和温度解调仪,管道埋设于土体内,在距离管道正上方10～20cm处的土体中敷设温度传感光缆,温度传感光缆沿着管道轴向全程敷设；温度解调仪与温度传感光缆的两端相连形成环路。具有安装简易、反馈即时、全覆盖监测、节约人力的特点。(The invention discloses a fully-distributed pipeline soil covering depth monitoring system suitable for sandy soil, which comprises a pipeline, a temperature sensing optical cable and a temperature demodulator, wherein the pipeline is buried in soil, the temperature sensing optical cable is laid in the soil body 10-20 cm away from the position right above the pipeline, and the temperature sensing optical cable is laid along the axial direction of the pipeline in the whole process; the temperature demodulator is connected with two ends of the temperature sensing optical cable to form a loop. The device has the characteristics of simple installation, instant feedback, full-coverage monitoring and labor saving.)
技术领域
本发明属于地质监测技术，具体涉及一种适用于砂土的全分布式管道覆土深度监测系统及方法。
背景技术
管道工程中，保证管道的完整性以防止因泄漏导致的油气损耗和高后果区的严重污染是需要考虑的重要因素。管道埋深的确定对于防止泄漏有着重要意义，无论是自然侵蚀或是人为挖掘，管道表面的覆土变薄容易使得其裸露从而被环境腐蚀发生泄漏。而对于砂土来说，其比其他土质更容易发生侵蚀。目前，在管道表面覆土层厚度监测方面，业内主要采用人工巡查和重要地区采取砂标立杆的方法，但这两种方法均难以做到真正的全覆盖监测，且因为需要人员现场确认，所以均有一定的时滞性。其中人工巡查往往需要管道在某区域出现了部分裸露后才能发现问题，而对管道覆土保护层的变薄难以识别。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种适用于砂土的全分布式管道覆土深度监测系统及方法，具有安装简易、反馈即时、全覆盖监测、节约人力的特点。
技术方案：本发明提供一种适用于砂土的全分布式管道覆土深度监测系统，包括管道、温度传感光缆和温度解调仪，所述管道埋设于土体内，在距离管道正上方10～20cm处的土体中敷设温度传感光缆，且温度传感光缆沿着管道轴向全程敷设；温度解调仪与温度传感光缆的两端相连形成环路。
进一步地，所述温度传感光缆采用通信光缆，该通信光缆包括光纤以及包裹于光纤外周的保护层。
进一步地，所述温度传感光缆环路集成于复合光缆内；所述复合光缆和管道均埋设在土体内，复合光缆位于管道正上方。通过将温度传感光缆集成在复合光缆外周的,保护套内，来增加温度传感光缆抵抗环境侵蚀以及外力的能力，也便于巡查和检修。
本发明还公开一种适用于砂土的全分布式管道覆土深度监测系统的监测方法，包括以下步骤：
S1、安装好管道、温度传感光缆、温度解调仪；
S2、启动温度解调仪，实时生成所测土体的温度-小时曲线，根据土体中某位置处温度随时间的变化规律得到如下公式(1)：
T(z,t)＝T(z)+A(z)sin(ωt+ψ(z)) 式(1)
其中，T(z,t)是埋深z处在t时的土体温度值，z为温度传感光缆的实际埋设深度，T(z)为z处土体的平均温度，A(z)为z处的振幅，t为时间，ω为z处的频率，ψ为z处的初相位；
S3、根据砂土的温度-小时曲线得到对应振幅，再根据振幅与温度传感光缆的监测埋设深度的关系，即可对某处土体的深度进行判断；
其中,砂土的温度-小时曲线振幅与深度的拟合公式为：
y＝-0.148ln(A(Z))+0.3397 式(2)
其中，A(z)是砂土的温度-小时曲线的振幅，y是温度传感光缆的监测埋设深度，即是对应的砂土覆盖深度；
S4、如果步骤S3所得埋设深度z超过预设阈值，则通过温度解调仪向阀室人员发出警报。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的监测系统仅需要温度传感光缆和温度解调仪，结构精巧、安装简易，维修方便，成本低；
(2)本发明利用温度传感光缆中传输光的物理量的变化来表征温度，能够做到信息的即时传递；
(3)本发明沿着管道全长埋设光缆，能够实现对管道工程的全程监测；
(4)本发明将相关温度信息传递到相应阀室，仅需要在阀室驻守人员，而不需要安排巡线人员。
附图说明
图1为本发明一实施例中整体结构示意图；
图2为本发明一实施例中温度传感光缆与管道的相对位置敷设图；
图3为本发明一实施例中的砂土中不同埋深位置的温度-小时曲线图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1和2所示，本发明的一种适用于砂土的全分布式管道覆土深度监测系统，包括管道1、温度传感光缆2和温度解调仪3，所述管道1埋设于土体内，在距离管道1正上方10～20cm处的土体中敷设温度传感光缆2，且温度传感光缆2沿着管道轴向全程敷设；温度解调仪3与温度传感光缆2的两端相连形成环路，温度解调仪3通过温度传感光缆2来采集埋设处的土体温度。
其中，温度传感光缆2的埋设深度(10～20cm，例如15cm)能够最大限度的精准测试管道1上方的覆土深度，一旦温度传感光缆2裸露在砂土外，意味着需要工作人员来检查维护。
温度传感光缆2采用通信光缆，该通信光缆包括光纤以及包裹于光纤外周的保护层。
为保证该监测系统运行时的数据精确度，本实施例中的温度传感光缆2环路集成于复合光缆4内；所述复合光缆4和管道1均埋设在土体内，复合光缆4位于管道1正上方。
上述分布式的管道1覆土深度监测系统的监测方法，包括以下步骤：
S1、安装好管道1、温度传感光缆2、温度解调仪3；
S2、启动温度解调仪3，实时生成所测土体的温度-小时曲线，已知土体中某位置处温度随时间的变化规律近似如以下公式的正弦函数：
公式为T(z,t)＝T(z)+A(z)sin(ωt+ψ(z)) 式(1)
其中，T(z,t)是埋深z处在t时的土体温度值，z为温度传感光缆的实际埋设深度，T(z)为z处土体的平均温度，A(z)为z处的振幅，t为时间，ω为z处的频率，ψ为z处的初相位；
S3、根据砂土的温度-小时曲线得到对应振幅，再根据振幅与温度传感光缆的监测埋设深度的关系，即可对某处土体的深度进行判断；
其中,砂土的温度-小时曲线振幅与深度的拟合公式为：
y＝-0.148ln(A(Z))+0.3397 式(2)
其中，A(z)是砂土的温度-小时曲线的振幅，y是温度传感光缆的监测埋设深度，即是对应的砂土覆盖深度。
实施例：
本实施例中管道1和温度传感光缆2所埋设的土体为砂土。
已知管道工程中光缆通常埋设在具有均匀土壤条件的沟渠中，当没有外部热源或热汇对振幅A(z)造成影响的情况下，如图3所示，当管道1的埋深小于50cm时，土体的温度-小时曲线呈现明显的周期变化，且其振幅随着埋深的增加而减小，直到当管道1的埋深大于50cm时，曲线的振幅基本为零。
本实施例通过对砂土进行的测试，可得砂土的温度-小时曲线振幅-深度对应数据如表1所示。
表1砂土的温度-小时曲线振幅-深度对应关系
振幅大小(℃)
砂土覆盖深度(m)
7.5
0
2.5
0.2
0.5
0.5
0
1
因此依据砂土的土体温度-小时曲线振幅与深度的关系即可对某处土体的深度进行量化判断。
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