本发明涉及一种水力式水库坝体表面变形连续监测装置，特别是大坝安全隐患和表面面积较大且检测的实时自动性比较高的检测环境。
背景技术：
大坝作为重大水利工程的关键枢纽工程，其稳定安全与否直接关系到整个水利工程其它辅助工程正常运行，并直接影响和决定着重大水利工程整体的安全性与设计效益的发挥，更重要的是其稳定性和安全直接关系下游区域人民群众的生命财产安全、社会经济建设和生态环境安全等。
混凝土坝和砌石坝建成蓄水水库运用后，在水压力、泥沙压力、浪压力、扬压力以及温度变化等作用下，坝体必然发生变形。坝体的变形与各种荷载作用和影响因素的变化具有相应的规律性变化，并在允许的范围之内，这是正常的现象。然而，坝体的异常变形则往往是大坝破坏事故的先兆。根据监测的连续性，分为人工周期性监测和在线连续监测。坝体表面位移监测方法包括两大类:1 )根据基点高程和位置,使用经纬仪、水准仪、电子测距仪或激光准直仪、GPS、智能全站仪等来测量坝体表面标点、觇标处高程和位置变化，这种方式可以实现测点的三维位移数据测量；2 )在坝体表面安装或埋设一些监测位移的仪器,这种方式通常只能测量测点的单项位移数据。坝体内部位移监测主要通过安装埋设仪器来实现,通常只能监测测点的单项位移数据(水平位移或垂直位移)。这两类监测方法均是采用在坝体表面标点或者安装或埋设一些监测位移的仪器，工程初始施工量大，虽然埋设了仪器来试验检测，但在实际检测过程中只能测量得到测点的单项位移数据，对于大坝表面面积较大且检测的实时性要求较高的检测环境并不适用，检测得到的数据能够说明一定的问题，但与大坝表面的时间变形有一定的误差，同时定点设置的监测仪器不便，在短时间内很难确定出故障的监测点，给坝体表面监测的稳定性带来一定的威胁，为了更加全面地准确地获得大坝表面变形的数据，尤其是对于安全隐患较大的水库坝体，更需要一种能够大范围快速的实时检测坝体的整体变形情况。
目前，涉及水库坝体表面变形连续监测相关专利有：一种拱坝全变形监测方法（201410070397.1），水库坝体沉陷与水平位移基准点检测装置及检测方法（201410450657 .8），大坝内观分布式监测系统（201510749940 .5），水库坝体沉陷与水平位移监测系统（201410450695 .3）等，其中一种拱坝全变形监测方法是在拱坝某一断面的不同高程的廊道或观测间内设置监测仪器，通过倾斜监测仪器的监测成果，计算监测点位置上部坝体在垂线尚未安装期间所对应的变形，从而得到拱坝实际全变形。该方法检测点固定，检测点代表性有限，通过计算得到的实际变形与真实的变形有一定误差；水库坝体沉陷与水平位移基准点检测装置及检测方法和水库坝体沉陷与水平位移监测系统都是监测点固定的检测，同时装置的移动性差，需要长时间的调试；大坝内观分布式检测系统使安设在坝体内部进行坝体内部位移检测的系统，对坝体表面的监测没有涉及；所以对于大面积的坝体表面进行检测时，需要设计一种能够全面快速的实时检测装置，最大限度的检测坝体表面的实际状况。
技术实现要素：
为了解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供一种水力式水库坝体表面变形连续监测装置，该装置能够连续的进行检测，克服目前人工检测过程中不能连续检测的缺点，同时该装置与埋设监测仪器的方法相比，检测的范围不是单个检测仪器的单个点，而是整个水库坝体的表面，监测得到的数据更全面，更能够最全面的获取整个坝体表面的变形情况，克服埋设监测仪器检测得到的数据代表性具有一定的局限性和维修费事费力的缺点，提高了坝体表面变形的可操作性和稳定性，尤其是适用于坝体安全系数较低、检测要求较高的环境，降低人工劳动强度，具有一定的推广使用价值。
本发明水力式水库坝体表面变形连续监测装置包括支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ、水力驱动部、检测部；支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ设置在坝体表面，水力驱动部安装在支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ上，检测部设置在水力驱动部上；
其中支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ结构相同，均包括滑轨、支撑板、支架Ⅰ，2个滑轨固定在支撑板上，支撑板两端底部安装有支架Ⅰ，支架Ⅰ固定在坝体表面；
水力驱动部包括供水系统、双排齿条、齿轮Ⅰ、水源、齿轮Ⅱ、活动板Ⅰ、活动板Ⅱ、水轮机；活动板Ⅰ、活动板Ⅱ通过其底部的滑轨槽分别设置在支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ的滑轨上并沿滑轨移动，支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ的支撑板上分别固定双排齿条并位于2个滑轨之间，活动板Ⅰ左右两侧各安装有一个水轮机，每个水轮机的转轴上设置有一个齿轮Ⅱ；两个齿轮Ⅰ通过转轴设置在活动板Ⅰ两侧的转轴支架的轴承上，齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ位于双排齿条两侧并与其相配合；活动板Ⅱ两端各设置两个水轮机，每个水轮机的转轴上设置有一个齿轮Ⅱ；水源通过供水系统与水轮机连接并驱动齿轮沿双排齿条移动；
检测部包括支架Ⅱ、太阳能板、步进电机、滑轮槽、螺钉、光谱传感器、照明灯、安装绳、距离传感器、齿轮Ⅲ、圆柱齿轮；活动板Ⅰ、活动板Ⅱ上分别设置有支架Ⅱ，太阳能板安装在支架Ⅱ上，两个以上的滑轮槽设置在支架Ⅱ上，滑轮槽内固定有螺钉，步进电机固定在支架Ⅱ上，齿轮Ⅲ设置在步进电机转轴上且与固定在支架Ⅱ上的圆柱齿轮相配合；安装绳连接在活动板Ⅰ、活动板Ⅱ上的支架Ⅱ间，其两端分别固定在滑轮槽内的螺钉上；一个以上的光谱传感器、照明灯、距离传感器固定在安装绳上，太阳能板通过蓄电池分别与步进电机、光谱传感器、照明灯、距离传感器连接并为其供电。
进一步，供水系统包括供水管Ⅰ、供水开关Ⅰ、供水连管Ⅰ、供水管Ⅱ、绳索、供水开关Ⅱ、供水连管Ⅱ-1、供水连管Ⅱ-2、排水管Ⅰ、排水管Ⅱ、供水开关操作座；供水开关Ⅰ和供水开关Ⅱ分别安装在活动板Ⅰ上的双排齿条两端，水源通过供水管Ⅰ供水管Ⅱ分别与供水开关Ⅰ、供水开关Ⅱ输入端连通，供水开关Ⅰ、供水开关Ⅱ的输出端分别与2根供水连管Ⅰ一端连接，2根供水连管Ⅰ另一端缠绕在齿轮Ⅰ的转轴上并与活动板Ⅰ两侧的水轮机输入端连通，2个水轮机输出端分别与供水连管Ⅱ-1、供水连管Ⅱ-2连通，供水连管Ⅱ-1、供水连管Ⅱ-2通过活动板Ⅱ两侧的水轮机分别与排水管Ⅰ、排水管Ⅱ连通，供水开关Ⅰ（5）的开关柄与活动板Ⅰ间、供水开关Ⅱ的开关柄与活动板Ⅱ间分别连接有绳索，活动板Ⅰ两端分别固定有一个供水开关操作座且其能与开关柄配合实现关闭状态。
所述支架Ⅱ包括支撑杆、伸缩杆、2个立杆，立杆一端通过立杆支座固定在活动板Ⅰ或活动板Ⅱ上，立杆另一端设置有套筒，支撑杆通过套筒设置在两个立杆间，步进电机固定在套筒上，滑轮槽、圆柱齿轮固定在支撑杆上，每个立杆两侧设置2个伸缩杆，伸缩杆一端分别通过伸缩杆支座设置在活动板Ⅰ或活动板Ⅱ上，另一端与立杆活动连接，太阳能板安装在伸缩杆上。
所述供水开关Ⅰ、供水开关Ⅱ为常规球阀开关。
所述左右两条供水连管Ⅰ的内径相同，供水连管Ⅱ-1和供水连管Ⅱ-2的内径相同，为了使活动板Ⅰ、活动板Ⅱ的运动速度保持一致，为了避免水流在连管内部运动过程存在水流与管壁的摩擦阻力而降低水压，为了保持活动板Ⅰ、活动板Ⅱ处的水压相同，供水连管Ⅱ-1、供水连管Ⅱ-2的管道内径小于供水连管Ⅰ的内径，使活动板Ⅰ、活动板Ⅱ上的水轮机工作水压保持一致。
所述双排齿条是由两个齿条并排设置而成。
所述安装绳上设置有重物块。
所述供水系统还包括线槽和导线槽；一个以上的线槽设置在双排齿条上，活动板Ⅰ两侧各设置一个导线槽，导线槽一端固定在活动板Ⅰ上，绳索穿过导线槽上的孔设置在线槽中，导线槽设置在线槽上方并与其相配合；为了防止绳索从线槽中脱离出来，从而缠绕在其下方的双排齿条上，造成两侧的供水开关开闭失效，故设置导线槽，防止绳索从线槽中脱离，影响控制效果。
所述距离传感器为红外距离传感器。
本发明的工作原理为：在土石坝两侧的土体表面固定支架Ⅰ，然后安装支架Ⅰ上面的所有零部件，照明灯、光谱传感器和距离传感器系在安装绳上，照明灯、光谱传感器和红外距离传感器的数量和间距根据具体的检测情况定，在检测前，由太阳能板连接的蓄电池驱动套筒上的步进电机，从而带动步进电机上的齿轮Ⅲ运转，齿轮Ⅲ的转动从而驱动支撑杆上的圆柱齿轮，圆柱齿轮的转动带动支撑杆的转动，从而调节活动板Ⅰ、活动板Ⅱ之间的安装绳的张力，直到其张力满足其上的传感器与坝体表面的角度保持一致，装置的整体调试完成；
装置的照明灯、光谱传感器和距离传感器及其安装绳张力的调节，工作电压和功率较小，所以本装置这些机构供电全部采用太阳能供电。
在每次进行检测前，活动板Ⅰ、活动板Ⅱ应该置于支撑部Ⅰ和支撑部Ⅱ的支撑板的最右侧或者最左侧，此时供水开关Ⅰ和供水开关Ⅱ一个处于开通状态，一个处于关闭状态，因此活动板Ⅰ、活动板Ⅱ能够在水轮机水力驱动下向左或者向右运动。假如开始检测前，活动板Ⅰ、活动板Ⅱ同时在支撑部Ⅰ和支撑部Ⅱ的支撑板的最右侧，开始检测时，打开水源，供水开关Ⅰ处于开通状态，供水开关Ⅱ处于关闭状态，水流流经左侧供水连管Ⅰ，然后左侧的水轮机开始工作，水轮机在流动水流的作用下开始运转，从而驱动其上的齿轮Ⅱ开始运动，齿轮Ⅱ与双排齿条的一侧齿轮配合，双排齿条固定在支撑板上，因此齿轮Ⅱ的运转驱动活动板Ⅰ的向左运动，活动板Ⅱ上的水轮机与活动板Ⅰ上的水轮机通过供水连管Ⅱ-1相连，管道内部的水体相通，流经活动板Ⅰ、活动板Ⅱ的水流流速和压力相等，活动板Ⅱ左侧的水轮机也以同样的速度驱动活动板Ⅱ向左运动；活动板Ⅰ的向左运动，带动其上齿轮Ⅰ的旋转，齿轮Ⅰ的旋转带动其上转轴旋转，从而使左侧的供水连管Ⅰ缠绕在转轴上且长度不断缩短，左侧的供水连管Ⅰ长度等于位于最右侧的活动板Ⅰ与供水开关Ⅰ间距离，直至活动板Ⅰ运动到最左侧，同时左侧的供水开关操作座与供水开关Ⅰ的开关柄接触并关闭供水开关Ⅰ，左侧的绳索堆积在左侧的导线槽内部，左侧水轮机停止工作；堆积在右侧的导线槽内的右侧的绳索从运动开始慢慢的拉开直至拉直，最终供水开关Ⅱ打开，右侧供水连管Ⅰ、供水连管Ⅱ-2内通水，右侧的水轮机开始工作，右侧的齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ沿双排齿条运动，同时带动活动板Ⅰ、活动板Ⅱ向支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ的右侧移动，直至活动板Ⅰ到达最右侧的供水开关Ⅱ处，关闭供水开关Ⅱ，而开启供水开关Ⅰ，如此反复，使悬挂在安装绳上的光谱传感器、距离传感器检测坝体的表面产生的变化；整个检测过程能够完成往复连续的对坝体表面进行监测。
本装置使用时，可根据检测坝体的长度，在坝体上设置一套以上的本发明装置。
本发明的有益效果是：
1、该装置能够连续的对坝体表面进行监测，克服现有人工采样监测过程中不能连续检测的缺点；
2、该装置与埋设监测仪器的方法相比，检测的范围不是单个检测仪器的单个点，而是整个水库坝体的表面，监测得到的数据更全面，更能够最全面的获取整个坝体表面的变形情况；
3、该装置克服埋设监测仪器检测得到的数据代表性具有一定的局限性和维修费事费力的缺点，提高了坝体表面变形的可操作性和稳定性；
4、该装置采用水力形式进行驱动，在坝体周围水力能源丰富，该装置能够很好地利用水力进行检测操作，减低能耗，能够很好地因地制宜监测；
5、该装置安装简单，维修方便，可操作性强，降低人工劳动强度，具有一定的推广使用价值。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图；
图2是本发明装置支撑部Ⅰ或支撑部Ⅱ结构示意图；
图3是本发明供水系统部分和活动板结构示意图；
图4是本发明水力驱动部与支架Ⅱ局部结构示意图；
图5是本发明齿轮Ⅰ部分结构示意图；
图6是本发明立杆和伸缩杆结构示意图；
图7是本发明线槽设置位置结构示意图；
图8本发明绳索、供水开关操作座局部结构示意图；
图9是本发明绳索、导线槽和线槽的配合结构示意图；
图10是本发明步进电机局部结构示意图；
图中：1-滑轨，2-支撑板，3-支架Ⅰ，4-供水管Ⅰ，5-供水开关Ⅰ，6-供水连管Ⅰ，7-双排齿条，8-齿轮Ⅰ，9-太阳能板，10-步进电机，11-支撑杆，12-水源，13-滑轮槽，14-螺钉，15-供水管Ⅱ，16-绳索，17-供水开关Ⅱ，18-齿轮Ⅱ，19-伸缩杆支座，20-伸缩杆，21-活动板Ⅰ，22-供水连管Ⅱ-1，23-光谱传感器，24-照明灯，25-安装绳，26-距离传感器，27-供水连管Ⅱ-2，28-支架Ⅱ，29-排水管Ⅰ，30-活动板Ⅱ，31-排水管Ⅱ，32-滑轨槽，33-水轮机，34-转轴支架，35-供水开关操作座，36-立杆支座，37-立杆，38-套筒，39-齿轮Ⅲ，40-圆柱齿轮，41-线槽，42-导线槽，43-孔，44-转轴，45-轴承。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图1、2、3、4、5、6、10所示，本发水力式水库坝体表面变形连续监测装置支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ、水力驱动部、检测部；支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ设置在坝体表面，水力驱动部安装在支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ上，检测部设置在水力驱动部上；
其中支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ结构相同，均包括滑轨1、支撑板2、支架Ⅰ3，2个滑轨1固定在支撑板2上，支撑板2两端底部安装有支架Ⅰ3，支架Ⅰ3固定在坝体表面；水力驱动部包括供水系统、双排齿条7、齿轮Ⅰ8、水源12、齿轮Ⅱ18、活动板Ⅰ21、活动板Ⅱ30、水轮机33；活动板Ⅰ21、活动板Ⅱ30通过其底部的滑轨槽32分别设置在支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ的滑轨上并沿滑轨移动，支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ的支撑板2上分别固定双排齿条7并位于2个滑轨1之间，活动板Ⅰ21左右两侧各安装有一个水轮机33，每个水轮机33的转轴上设置有一个齿轮Ⅱ18；两个齿轮Ⅰ8通过转轴44设置在活动板Ⅰ21两侧的转轴支架34的轴承45上，齿轮Ⅰ8和齿轮Ⅱ18位于双排齿条7两侧并与其相配合；活动板Ⅱ30两端各设置两个水轮机，每个水轮机的转轴上设置有一个齿轮Ⅱ18；水源12通过供水系统与水轮机连接并驱动齿轮沿双排齿条移动；检测部包括支架Ⅱ28、太阳能板9、步进电机10、滑轮槽13、螺钉14、光谱传感器23、照明灯24、安装绳25、距离传感器26、齿轮Ⅲ39、圆柱齿轮40；活动板Ⅰ21、活动板Ⅱ30上分别设置有支架Ⅱ，太阳能板9安装在支架Ⅱ上，两个以上的滑轮槽13设置在支架Ⅱ上，滑轮槽13内固定有螺钉14，步进电机10固定在支架Ⅱ上，齿轮Ⅲ39设置在步进电机10转轴上且与固定在支架Ⅱ上的圆柱齿轮40相配合；安装绳25连接在活动板Ⅰ、活动板Ⅱ上的支架Ⅱ间，其两端分别固定在滑轮槽13内的螺钉14上；一个以上的光谱传感器23、照明灯24、距离传感器26固定在安装绳25上，太阳能板9通过蓄电池分别与步进电机10、光谱传感器23、照明灯24、距离传感器26连接并为其供电；
所述供水系统包括供水管Ⅰ4、供水开关Ⅰ5、供水连管Ⅰ6、供水管Ⅱ15、绳索16、供水开关Ⅱ17、供水连管Ⅱ-1 22、供水连管Ⅱ-2 27、排水管Ⅰ29、排水管Ⅱ31、供水开关操作座35；供水开关Ⅰ5和供水开关Ⅱ17分别安装在活动板Ⅰ上的双排齿条7两端，水源12通过供水管Ⅰ4、供水管Ⅱ15分别与供水开关Ⅰ5、供水开关Ⅱ17输入端连通，供水开关Ⅰ5、供水开关Ⅱ17的输出端分别与2根供水连管Ⅰ6一端连接，2根供水连管Ⅰ6另一端缠绕在齿轮Ⅰ的转轴44上并与活动板Ⅰ21两侧的水轮机输入端连通，2个水轮机33输出端分别与供水连管Ⅱ-1 22、供水连管Ⅱ-227连通，供水连管Ⅱ-1 22、供水连管Ⅱ-2 27通过活动板Ⅱ30两侧的水轮机分别与排水管Ⅰ29、排水管Ⅱ31连通，供水开关Ⅰ5的开关柄与活动板Ⅰ21间、供水开关Ⅱ17的开关柄与活动板Ⅱ30间分别连接有绳索16，活动板Ⅰ21两端分别固定有一个供水开关操作座35且其能与开关柄配合实现关闭状态；供水连管Ⅱ-1、供水连管Ⅱ-2的管道内径小于供水连管Ⅰ的内径，供水开关Ⅰ、供水开关Ⅱ为球阀开关，距离传感器为红外距离传感器。
实施例2：如图1-10所示，本实施例装置结构同实施例1，不同在于所述支架Ⅱ包括支撑杆11、伸缩杆20、2个立杆37，立杆37一端通过立杆支座36固定在活动板Ⅰ21或活动板Ⅱ30上，立杆37另一端设置有套筒38，支撑杆11通过套筒设置在两个立杆37间，步进电机10固定在套筒上，滑轮槽13、圆柱齿轮40固定在支撑杆上，每个立杆两侧设置2个伸缩杆，伸缩杆20一端分别通过伸缩杆支座19设置在活动板Ⅰ21或活动板Ⅱ30上，另一端与立杆活动连接，太阳能板安装在伸缩杆上；供水系统还包括线槽41和导线槽42；一个以上的线槽41设置在双排齿条上，活动板Ⅰ21两侧各设置一个导线槽42，导线槽42一端固定在活动板Ⅰ上，绳索16穿过导线槽42上的孔43设置在线槽中，导线槽42设置在线槽上方并与其相配合；安装绳25上设置有重物块，用于稳定安装绳。
本装置使用时，活动板Ⅰ21、活动板Ⅱ30应该置于支撑部Ⅰ和支撑部Ⅱ的支撑板2的最右侧或者最左侧，此时供水开关Ⅰ和供水开关Ⅱ一个处于开通状态，一个处于关闭状态，因此活动板Ⅰ、活动板Ⅱ能够在水轮机水力驱动下向左或者向右运动。假如开始检测前，活动板Ⅰ、活动板Ⅱ同时在支撑部Ⅰ和支撑部Ⅱ的支撑板的最右侧，开始检测时，打开水源12，供水开关Ⅰ5处于开通状态，供水开关Ⅱ17处于关闭状态，水流流经左侧供水连管Ⅰ6，然后左侧的水轮机33开始工作，水轮机在流动水流的作用下开始运转，从而驱动其上的齿轮Ⅱ18开始运动，齿轮Ⅱ与双排齿条7的一侧齿轮配合，双排齿条固定在支撑板上，因此齿轮Ⅱ的运转驱动活动板Ⅰ的向左运动，活动板Ⅱ上的水轮机与活动板Ⅰ上的水轮机通过供水连管Ⅱ-1 22相连，管道内部的水体相通，流经活动板Ⅰ、活动板Ⅱ的水流流速和压力相等，活动板Ⅱ左侧的水轮机也以同样的速度驱动活动板Ⅱ向左运动；活动板Ⅰ的向左运动，带动其上齿轮Ⅰ8的旋转，齿轮Ⅰ的旋转带动其上转轴44旋转，从而使左侧的供水连管Ⅰ缠绕在转轴上且长度不断缩短，左侧的供水连管Ⅰ长度和活动板Ⅰ、供水开关Ⅰ间距离相等，直至活动板Ⅰ运动到最左侧，同时左侧的供水开关操作座35与供水开关Ⅰ的开关柄接触并关闭供水开关Ⅰ，左侧的绳索堆积在左侧的导线槽42内部，左侧水轮机停止工作；堆积在右侧的导线槽内的右侧的绳索从运动开始慢慢的拉开直至拉直，最终供水开关Ⅱ打开，右侧供水连管Ⅰ、供水连管Ⅱ-2 27内通水，右侧的水轮机开始工作，右侧的齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ沿双排齿条运动，同时带动活动板Ⅰ、活动板Ⅱ向支撑部Ⅰ、支撑部Ⅱ的右侧移动，直至活动板Ⅰ到达最右侧的供水开关Ⅱ处，关闭供水开关Ⅱ，而开启供水开关Ⅰ，如此反复，使悬挂在安装绳上的光谱传感器、距离传感器检测坝体的表面产生的水平方向和竖直方向的位移变化、风力侵蚀状态和坝体表面的水分含量变化；距离传感器检测得到前后的坝体表面水平和竖直方向的位移变化可以得出坝体的沉降情况，光谱传感器检测得到坝体表面风力侵蚀和坝体表面的水分含量可以得出坝体表面的抗渗性能，一旦出现水分含量的较大变化，就可以推断出水库坝体危险系数很高。整个检测过程能够完成往复连续的对坝体表面进行监测。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。