Analysis of Seepage in a Laboratory Scaled Model using Passive Optical Fiber Distributed Temperature Sensor

Loading...
Thumbnail Image
Date
2020-01-29
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Altmetrics
Abstract
Abstract: Seepage is the key factor in the safety of dikes and earthfill dams. It is crucial to identify and localize the seepage excesses at the early stages before it initiates the internal erosion process in the structure. A proper seepage monitoring system should ensure a continuous and wide area seepage measurement. Here, continuous monitoring of seepage at the laboratoryscale is achieved by a passive optical fiber Distributed Temperature Sensing (DTS) system. An experimental model was designed which consists of initially unsaturated sand model, water supply, seepage outflow, optical fiber DTS system, and water and air temperature measurement. Initially, the sand temperature was higher than the temperature of the seepage water. An optical fiber DTS system was employed with a hightemperature resolution, short sampling intervals and short time intervals for temperature monitoring in the sand model. In the system, the small variation in the temperature due to groundwater flow was detected. The numerical analysis was conducted for both the seepage process and the heat transfer progression in the sand model. The results of the heat flow simulation were evaluated and compared with the measured temperature by the optical fiber DTS. Obvious temperature reduction was obtained due to seepage propagation in the sand. The rate of temperature reduction was observed to be dependent on the seepage flow velocity.
Proudění je klíčovým faktorem bezpečnosti hráze a přehradních nádrží. Je velmi důležité identifikovat a lokalizovat excesy prosakování v raných stádiích před tím, než zahájí proces vnitřní eroze. Řádný systém monitorování prosakování by měl zajistit nepřetržité měření prosakování - v laboratorním měřítku pomocí pasivního optického vlákna distribuovaného snímání teploty (DTS). Experimentální model byl sestaven z původně nenasyceného pískového modelu, přívodu vody, odtoku, systém optických vláken DTS a měření teploty vody a vzduchu. Zpočátku byla teplota písku vyšší, než teplota protékající vody. Systém optických vláken DTS byl použit s vysokým teplotním rozlišením, krátkými intervaly odběru vzorků a krátkým časem intervalů pro sledování teploty v pískovém modelu. Numerická analýza byla provedena pro jak prosakovací proces, tak i postup přenosu tepla v pískovém modelu. Výsledky simulace tepelného toku byly vyhodnoceny a porovnány s naměřenou teplotou pomocí optického vlákna DTS. Zřejmé snížení teploty bylo dosaženo díky prosakování v písku. Bylo pozorováno, že rychlost snižování teploty je závislá na rychlosti prosakovacího proudu.
Description
Citation
Water. 2020, vol. 12, issue 2, p. 1-16.
https://www.mdpi.com/2073-4441/12/2/367
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Comittee
Date of acceptance
Defence
Result of defence
Document licence
Creative Commons Attribution 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Citace PRO