近十几年来，在高科技的渗透和支持下，常规安全监测技术开始在酝酿更新换代。尤其是Smart结构的提出和研制。在各国竞相发展的安全监测高新技术中，光纤传感检测技术以其独特优势而处于中心地位。随着光通信的迅猛发展，光纤及仪表降价，经济上也有竞争力。分布式光纤传感是传感技术发展中的尖端领域和研究开发热点。

我于1996年在武汉水利电力大学宜昌校区（原葛洲坝水电工程学院，现三峡大学）创建了光纤传感监测技术研究室，致力于分布式光纤传感监测技术在大坝工程中的应用研究，着力解决水电工程中的技术难题。2002年，在总结研究团队六年初期成果的基础上，我出版了《光纤传感技术在大坝工程中的应用》。时隔十年，再将《分布式温度测量系统（DTS）和光纤陀螺（FOG）技术在大坝工程中的应用研究》奉献给广大的读者。本专著共计六篇35章，核心内容由二大部分组成：一是分布式光纤温度测量系统（DTS）在大坝工程中的应用研究；二是光纤陀螺（FOG）技术在混凝土面板堆石坝坝工程中的应用研究。前者解决了大体积混凝土施工和运行中温度场的分布式监测问题，后者解决了高混凝土面板堆石坝面板法向挠度的监测问题。我们开展了不少物理量的光纤传感监测技术研究，这两项成果在大坝工程中的应用取得了突出的成果，也成为目前大型水电工程应用较成熟的技术。由分布式光纤温度测量系统（DTS）在大坝工程中的应用研究，我们派生了两项二次开发的创新成果，一是大坝温度场的重构，二是大坝渗流分布式监测理论与方法。大坝温度场的重构就是将由分布式光纤温度测量系统（DTS）获得的温度资料和有限元技术相结合，应用等参逆变化理论和热模态分解理论重构大坝温度场。重构的温度场具有光纤监测数据的实时性，又有混凝土坝理想热传导规律性，它既反映混凝土坝温度场的实际温度分布规律，又反映混凝土坝温度场理想状态下的温度分布规律。在此基础上探讨了基于分布式温度测量系统（DTS）的实时有限元仿真技术，它解决了传统有限元仿真分析无法考虑偶然因素和随机因素影响的弊端。大坝渗流分布式监测理论与方法的内容也比较丰富，基于大比尺模型实验，详细研究了光纤与多孔介质传热过程，建立了渗流监测理论方程式。在试验数据分析的基础上，得出温升和功率及导热系数经验公式、温升和功率及渗流流速的经验公式。其中，基于分布式温度测量系统（DTS），渗漏点位置的确定即方便，又准确。难点是渗流流速的确定，也就是渗漏量是多少？这些在本书中都有一些创新的阐述。另外，在应用光纤陀螺（FOG）技术监测高混凝土面板堆石坝面板法向挠度的同时，我们还很好地解决了分布式监测坝体沉降的问题。

蔡德所，男，1952年11月出生于武汉市。博士后、教授、博士生导师；湖北省有突出贡献中青年专家、原国家电力公司跨世纪学术带头人。毕业于武汉水利电力学院水工建筑专业，曾在清华大学，成都科技大学、哈尔滨建筑大学求学、深造。1991年获武汉水利电力大学结构力学专业硕士学位，1995年获四川大学岩土工程专业博士学位。1996年～1998年进哈尔滨建筑大学力学博士后流动站，师从王光远院士做光纤传感技术领域的研究工作，并获国家人事部博士后证书。曾任葛洲坝水电工程学院水工系副主任、武汉大学宜昌校区土木建筑工程系主任、学校科技处处长。2000年5月至今，（挂）任广西壮族自治区水利厅副厅长，兼任广西水利学会理事长、广西水土保持学会理事长；三峡大学“三峡学者”特聘教授、武汉大学、广西大学博士生导师、中国科学院亚热带农业生态研究所客座研究员，广西大学土木博士后流动站、广西电力工业勘察设计研究院博士后科研工作站合作导师。

目前的主要研究方向：一是水利水电工程安全监测的光纤传感技术；二是生态修复与生物监测技术。共承担国家和地方主要科研项目26项。近十年来，获省级人民政府科技进步特等奖2项（主研）、一等奖3项（项目主持人，排名第一）、二等奖3项（项目主持人，排名第一）。在《水利学报》、《岩土工程学报》、《生态学报》等刊物上发表科研论文86篇，出版专著6部。获国家发明专利3项、新型实用专利5项。培养博士后4名、博士生11名、硕士生20名。

目　录

第一篇 分布式光纤传感技术监测百色水利枢纽5

#、6A#坝段温度场

第1章 光纤传感技术研究综述3……………………………………………………………

1.1 引言3…………………………………………………………………………………

1.2 光纤传感技术在结构损伤评估中的应用3…………………………………………

1.3 光纤传感技术在裂缝、应力、应变检测方面的应用4………………………………

1.4 光纤传感技术在弯曲和位移检测方面的应用5……………………………………

1.5 光纤传感技术在温度检测方面的应用6……………………………………………

第2章 分布式光纤温度传感技术的基本理论8……………………………………………

2.1 分布式光纤温度传感技术的基本原理8……………………………………………

2.1.1 光时域反射(OTDR)技术9………………………………………………………

2.1.2 拉曼分布式光纤温度传感器的温度信号解调方法10…………………………

2.2 DTS系统的组成与结构13…………………………………………………………

2.3 DTS系统的测控流程14……………………………………………………………

2.4 DTS光纤测温系统的性能和率定15………………………………………………

2.4.1 光纤的传输损耗15………………………………………………………………

2.4.2 单端和双端测量方法的比较16…………………………………………………

2.4.3 大量程测温传感光纤的率定17…………………………………………………

第3章 分布式光纤温度传感监测技术的基本实践19………………………………………

3.1 引言19………………………………………………………………………………

3.2 分布式光纤温度传感的可靠性分析19……………………………………………

1

分布式光纤温度传感系统(DTS)和光纤陀螺(FOG)技术在大坝工程中的应用研究

3.3 温度监测的分布式光纤传感网络设计21…………………………………………

3.4 网络光缆的标定和光纤测头的保护21……………………………………………

3.5 温度光纤传感网络的埋设工艺研究与出口保护23………………………………

3.6 监测成果分析25……………………………………………………………………

第4章 分布式光纤传感监测百色RCC坝5

#、6A#坝段温度场31………………………

4.1 百色水利枢纽概况31………………………………………………………………

4.2 分布式光纤传感网络设计32………………………………………………………

4.3 测温光纤的埋设工艺研究和保护33………………………………………………

4.4 坝址气象条件分析36………………………………………………………………

4.5 温度监测成果分析37………………………………………………………………

4.5.1 坝体混凝土水化热过程分析38…………………………………………………

4.5.2 坝体混凝土温度影响因素分析48………………………………………………

4.5.3 冷却水管降温冷却效应分析51…………………………………………………

4.5.4 与常规温度计监测资料的比较52………………………………………………

4.6 百色RCC坝5

#、6A#坝段典型高层温度监测结果趋势分析53…………………

4.6.1 5

#坝段1号光路(传感光缆埋设图见附图3)53………………………………

4.6.2 6

#坝段2号光路(传感光缆埋设图见附图3)54………………………………

4.6.3 6

#坝段3号光路(传感光缆埋设图见附图3)54………………………………

4.6.4 6

#坝段4号光路(传感光缆埋设图见附图3)55………………………………

4.6.5 6

#坝段5号光路(传感光缆埋设图见附图3)55………………………………

4.6.6 6

#坝段6号光路(传感光缆埋设图见附图3)55………………………………

4.7 高温季节浇筑混凝土的温控措施55………………………………………………

第5章 结论58…………………………………………………………………………………

2

目录

第二篇 基于DTS的温度场重构理论及实时仿真分析

第1章 概述63…………………………………………………………………………………

1.1 引言63………………………………………………………………………………

1.2 温度场分析的研究现状64…………………………………………………………

1.3 本篇研究工作的主要内容69………………………………………………………

第2章 温度场仿真计算与监测数据的对比分析71…………………………………………

2.1 引言71………………………………………………………………………………

2.2 百色水利枢纽大坝三维模型的建立72……………………………………………

2.2.1 百色水利枢纽大坝的结构布置及材料72………………………………………

2.2.2 百色水利枢纽大坝的实际浇筑施工进度75……………………………………

2.2.3 百色水利枢纽大坝有限元模型的建立76………………………………………

2.3 碾压混凝土筑坝的温度场特性分析78……………………………………………

2.3.1 坝体横断面温度场特性分析78…………………………………………………

2.3.2 坝体水平剖面温度场特性分析80………………………………………………

2.3.3 坝体特征点温度时间历程特性分析82…………………………………………

2.4 分布式光纤测温系统实测值与温度场仿真值的比较84…………………………

2.4.1 同时刻温度场仿真与光纤测试值的比较分析84………………………………

2.4.2 同部位温度场时间历程与光纤测试值的比较分析89…………………………

2.5 小结94………………………………………………………………………………

第3章 基于分布式光纤测温技术的温度场重构理论研究96………………………………

3.1 碾压混凝土坝温度场的计算原理96………………………………………………

3.1.1 温度场有限元计算原理96………………………………………………………

3.1.2 碾压混凝土坝温度组成与影响因素的分析100…………………………………

3.2 基于分片光滑插值函数重构理论的研究及应用101………………………………

3.2.1 基于分片光滑插值函数重构理论的研究101……………………………………

3

分布式光纤温度传感系统(DTS)和光纤陀螺(FOG)技术在大坝工程中的应用研究

3.2.2 基于分片光滑插值函数重构理论的应用104……………………………………

3.3 基于基本解空间映射的温度场重构理论的研究及应用106………………………

3.3.1 基于基本解空间映射的温度场重构理论的研究106……………………………

3.3.2 基于基本解空间映射的温度场重构理论的应用109……………………………

3.4 小结113………………………………………………………………………………

第4章 基于分布式光纤传感技术的实时仿真研究115……………………………………

4.1 温度场实时仿真理论115……………………………………………………………

4.2 百色RCC重力坝温度场实时仿真分析117………………………………………

4.3 重力坝温度场实时仿真误差分析126………………………………………………

4.4 小结130………………………………………………………………………………

第5章 基于空间信息的温度光纤三维可视化系统(DamAna3D)131……………………

5.1 引言131………………………………………………………………………………

5.2 系统构成原理131……………………………………………………………………

5.3 数据库结构与系统结构132…………………………………………………………

5.3.1 数据库结构132……………………………………………………………………

5.3.2 系统结构132………………………………………………………………………

5.4 系统功能介绍及操作说明133………………………………………………………

5.4.1 系统的主要功能133………………………………………………………………

5.4.2 界面操作说明134…………………………………………………………………

第6章 结论142………………………………………………………………………………

第三篇 基于DTS的渗流监测技术研究及其工程应用

第1章 概述147………………………………………………………………………………

1.1 大坝渗流监测现状综述147…………………………………………………………

4

目录

1.1.1 渗流检测方法概述147……………………………………………………………

1.1.2 渗流量的监测154…………………………………………………………………

1.2 各种方法的比较155…………………………………………………………………

1.3 课题研究工作的意义、目的和主要方法156………………………………………

1.3.1 课题研究的意义和目的156………………………………………………………

1.3.2 研究工作的主要方法157…………………………………………………………

第2章 分布式光纤温度传感系统机理及渗流监测原理159………………………………

2.1 分布式光纤温度传感系统159………………………………………………………

2.1.1 DTS测温原理159………………………………………………………………

2.1.2 分布式光纤温度传感系统的组成与结构160……………………………………

2.1.3 渗流监测系统的组成161…………………………………………………………

2.2 渗流监测原理161……………………………………………………………………

2.2.1 传热微分方程162…………………………………………………………………

2.2.2 线热源法理论164…………………………………………………………………

2.2.3 岩土材料导热系数计算讨论166…………………………………………………

2.3 小结174………………………………………………………………………………

第3章 模型试验与数据分析176……………………………………………………………

3.1 引言176………………………………………………………………………………

3.1.1 问题的提出176……………………………………………………………………

3.1.2 分析的目的176……………………………………………………………………

3.1.3 分析的思路177……………………………………………………………………

3.2 试验模型设计177……………………………………………………………………

3.2.1 模型槽177…………………………………………………………………………

3.2.2 渗流系统179………………………………………………………………………

3.2.3 监测及加温系统180………………………………………………………………

3.2.4 辅助测量设备和仪器180…………………………………………………………

5

分布式光纤温度传感系统(DTS)和光纤陀螺(FOG)技术在大坝工程中的应用研究

3.2.5 光纤的布设180……………………………………………………………………

3.2.6 填充介质181………………………………………………………………………

3.2.7 监测系统工作流程182……………………………………………………………

3.3 试验过程183…………………………………………………………………………

3.3.1 试验工况183………………………………………………………………………

3.3.2 试验模式185………………………………………………………………………

3.4 试验数据整理185……………………………………………………………………

3.4.1 有效数据的选择186………………………………………………………………

3.4.2 有效数据的处理186………………………………………………………………

3.5 试验结果与分析186…………………………………………………………………

3.5.1 不同加热功率下光纤温升的变化规律187………………………………………

3.5.2 不同介质、不同含水量下光纤温升的变化规律198……………………………

3.5.3 不同导热系数下光纤温升的变化规律203………………………………………

3.5.4 加热光纤长短对光纤温升的影响206……………………………………………

3.5.5 不同渗流流速下光纤温升的变化规律208………………………………………

3.5.6 渗流情况下,不同功率下温升的变化规律210…………………………………

3.5.7 不同介质对光纤温升的影响212…………………………………………………

3.5.8 补充对照试验及讨论214…………………………………………………………

3.5.9 误差分析215………………………………………………………………………

3.6 小结216………………………………………………………………………………

第4章 分布式光纤温度传感系统监测渗流的理论研究218………………………………

4.1 引言218………………………………………………………………………………

4.2 多孔介质传热过程218………………………………………………………………

4.3 光纤与多孔介质间的传热过程分析219……………………………………………

4.3.1 非渗流情况下,光纤与多孔介质间传热过程219………………………………

4.3.2 渗流情况下,光纤与多孔介质间传热过程220…………………………………

4.4 渗流监测理论方程式推导222………………………………………………………

6

目录

4.4.1 基本假定222………………………………………………………………………

4.4.2 非渗流情况监测理论方程式223…………………………………………………

4.4.3 渗流情况监测理论方程式224……………………………………………………

4.5 小结224………………………………………………………………………………

第5章 渗流监测经验公式的建立226………………………………………………………

5.1 引言226………………………………………………………………………………

5.2 温升和功率及导热系数经验公式的建立226………………………………………

5.2.1 Excel软件线性回归简介226……………………………………………………

5.2.2 SPSS软件非线性回归分析简介228……………………………………………

5.2.3 温升和功率的关系228……………………………………………………………

5.2.4 温升和导热系数的关系231………………………………………………………

5.2.5 温升和功率及导热系数的经验公式233…………………………………………

5.3 温升和功率及渗流流速的经验公式建立234………………………………………

5.3.1 温升和渗流流速的关系234………………………………………………………

5.3.2 温升和功率的关系237……………………………………………………………

5.3.3 温升和功率及渗流流速的经验公式238…………………………………………

5.4 渗流经验公式的讨论240……………………………………………………………

5.4.1 渗流前经验公式讨论240…………………………………………………………

5.4.2 渗流后经验公式讨论246…………………………………………………………

5.5 小结250………………………………………………………………………………

第6章 采用DTS对思安江面板坝渗流监测研究251………………………………………

6.1 思安江水库枢纽工程概述251………………………………………………………

6.2 传感光纤的埋设与工艺252…………………………………………………………

6.2.1 传感光纤的布置设计252…………………………………………………………

6.2.2 思安江大坝渗流监测的传感光纤网络布置253…………………………………

6.2.3 传感光纤的施工工艺254…………………………………………………………

7

分布式光纤温度传感系统(DTS)和光纤陀螺(FOG)技术在大坝工程中的应用研究

6.3 现场试验及分析255…………………………………………………………………

6.3.1 分布式光纤检测周边缝渗漏的曲线分析255……………………………………

6.3.2 分布式光纤检测19

#面板渗漏的曲线分析258…………………………………

6.3.3 分布式光纤检测15

#面板渗漏的曲线分析261…………………………………

6.4 监测结论263…………………………………………………………………………

6.5 小结265………………………………………………………………………………

第7章 结论266………………………………………………………………………………

第四篇 高砼面板堆石坝面板挠度和坝体沉降监测的光纤陀螺技术研究

第1章 概述273………………………………………………………………………………

1.1 问题的提出273………………………………………………………………………

1.2 光纤陀螺(FOG)技术研究综述276…………………………………………………

第2章 光纤陀螺(FOG)的基本原理280……………………………………………………

2.1 萨格奈克(Sagnac)效应280…………………………………………………………

2.2 光纤陀螺的光学结构280……………………………………………………………

2.3 数字闭环光纤陀螺信号处理方法281………………………………………………

2.4 FOG用于高砼面板堆石坝面板挠度测量的基本原理283………………………

第3章 光纤陀螺(FOG)检测系统运行管道设计与研究286………………………………

3.1 FOG系统运行管道的设计思想286………………………………………………

3.2 FOG系统运行管道的优化设计286………………………………………………

3.3 不锈钢波纹管的设计与生产287……………………………………………………

3.4 不锈钢波纹管的硫化288……………………………………………………………

3.5 不锈钢波纹管的力学性能测试与小车试通行室内实验289………………………

8

目录

第4章 光纤陀螺(FOG)检测系统小车设计与研究290……………………………………

4.1 测量装置290…………………………………………………………………………

4.2 测试小车设计291……………………………………………………………………

4.3 FOG检测系统运行管道底部钢管设计294………………………………………

4.4 水布垭高强度FOG检测系统小车优化设计295…………………………………

4.4.1 水布垭高强度FOG检测系统小车及万向滚轮295……………………………

4.4.2 万向牵引环设计296………………………………………………………………

4.4.3 测量小车使用方法297……………………………………………………………

第5章 光纤陀螺(FOG)检测系统研制299…………………………………………………

5.1 主要研制内容299……………………………………………………………………

5.2 小型化、光电一体化与小动态测量300……………………………………………

5.2.1 小型化、光电一体化300…………………………………………………………

5.2.2 小动态测量301……………………………………………………………………

5.3 光纤陀螺测试302……………………………………………………………………

5.4 FOG可靠性设计303………………………………………………………………

5.5 FOG数字信号处理304……………………………………………………………

第6章 0+212面板FOG运行管道的埋设与安装及施工期监测307……………………

6.1 水布垭面板堆石坝简介307…………………………………………………………

6.2 FOG检测系统运行管道的布置方案307…………………………………………

6.2.1 FOG运行管道槽放线308………………………………………………………

6.2.2 FOG运行管道槽开挖308………………………………………………………

6.2.3 FOG运行管道槽内预铺ⅡAA料308……………………………………………

6.3 FOG检测系统运行管道的埋设与安装309………………………………………

6.4 FOG系统施工期监测0+212面板挠度314………………………………………

6.4.1 初始数据的多项式拟合317………………………………………………………

6.4.2 面板浇筑4个月后测试曲线分析318……………………………………………

9

分布式光纤温度传感系统(DTS)和光纤陀螺(FOG)技术在大坝工程中的应用研究

6.4.3 面板浇筑8个月后测试曲线分析319……………………………………………

6.4.4 面板挠度测试曲线的修正321……………………………………………………

6.4.5 水布垭挠度测试结果与常规方法测试挠度换算结果对比323…………………

第7章 FOG检测系统现场全程测量0+212砼面板挠度325……………………………

7.1 2007年主汛期前(3、4月)FOG检测系统现场全程测量0+212砼面板挠度

325……………………………………………………………………………………

7.1.1 测试曲线325………………………………………………………………………

7.1.2 测试曲线汇总336…………………………………………………………………

7.1.3 面板全程检测与一、二期面板测试数据的初步比较分析336…………………

7.1.4 测试数据337………………………………………………………………………

7.1.5 讨论与分析338……………………………………………………………………

7.2 2007年主汛期(5、6、7、8月)FOG检测系统现场全程测量0+212砼面板挠度

338……………………………………………………………………………………

7.2.1 2007年5月监测月报338………………………………………………………

7.2.2 2007年6月监测月报341………………………………………………………

7.2.3 2007年7月监测月报344………………………………………………………

7.2.4 2007年8月监测月报347………………………………………………………

7.3 2007年主汛期后(9、10、12月)FOG检测系统现场全程测量0+212砼面板挠度

350……………………………………………………………………………………

7.3.1 2007年9月监测月报350………………………………………………………

7.3.2 2007年10月监测月报352………………………………………………………

7.3.3 2007年12月监测月报353………………………………………………………

7.4 考虑坝顶FOG运行管道管口沉降的0+212面板挠度FOG技术测量355……

7.4.1 0+212面板FOG运行管道管口沉降355………………………………………

7.4.2 0+212面板挠度测量数据(相对测量)357……………………………………

7.4.3 0+212面板绝对挠度测量数据(考虑管口沉降)359…………………………

01

目录

第8章 FOG检测系统现场测量371高程0+133.2坝体沉降361………………………

8.1 371高程0+133.2坝体沉降FOG运行管道埋设与安装361……………………

8.2 坝体沉降监测FOG系统小车牵引系统及定位研究362…………………………

8.3 2007年主汛期前(3、4月)FOG检测系统现场全程测量371高程0+133.2坝体

沉降364………………………………………………………………………………

8.3.1 测试曲线365………………………………………………………………………

8.3.2 测试曲线汇总(见图8.23)370…………………………………………………

8.3.3 测试数据370………………………………………………………………………

8.3.4 讨论与分析371……………………………………………………………………

8.4 2007年主汛期(5、6、7、8月)FOG检测系统现场全程测量371高程0+133.2坝

体沉降371……………………………………………………………………………

8.4.1 2007年5月监测月报371………………………………………………………

8.4.2 2007年6月监测月报373………………………………………………………

8.4.3 2007年7月监测月报374………………………………………………………

8.4.4 2007年8月监测月报375………………………………………………………

8.5 2007年主汛期后(9、10、12月)FOG检测系统现场全程测量371高程0+133.2

坝体沉降376…………………………………………………………………………

8.5.1 2007年9月监测月报376………………………………………………………

8.5.2 2007年10月监测月报378………………………………………………………

8.5.3 2007年12月监测月报379………………………………………………………

8.6 考虑371高程FOG运行管道管口沉降的FOG技术测量0+133.2坝体沉降

381……………………………………………………………………………………

8.6.1 371高程0+133.2FOG运行管道管口沉降381………………………………

8.6.2 371高程0+133.2坝体相对沉降(相对测量)383……………………………

8.6.3 371高程0+133.2坝体绝对沉降变化曲线(考虑两管口整体沉降)385……

第9章 应用FOG检测系统现场测量371高程坝体水平位移388…………………………

9.1 测量原理388…………………………………………………………………………

11

分布式光纤温度传感系统(DTS)和光纤陀螺(FOG)技术在大坝工程中的应用研究

9.2 磁感应设计390………………………………………………………………………

9.3 应用FOG检测系统现场测量371高程坝体水平位移392………………………

9.3.1 2008年5月6日392……………………………………………………………

9.3.2 2008年5月24日394……………………………………………………………

9.3.3 2008年6月14日395……………………………………………………………

9.3.4 2008年6月28日397……………………………………………………………

9.3.5 2008年7月10日400……………………………………………………………

9.3.6 2008年7月26日402……………………………………………………………

9.4 讨论与分析404………………………………………………………………………

第五篇 取得的主要研究成果

第1章 DTS引进和应用方面的主要成果407………………………………………………

第2章 基于DTS的二次研发成果409………………………………………………………

第3章 FOG技术在水布垭面板堆石坝的主要应用成果412………………………………

第4章 FOG技术的进一步创新成果417……………………………………………………

附录419…………………………………………………………………………………………

参考文献429……………………………………………………………………………………

21

序 言

大坝工程既代表了巨额投资和巨大效益，同时又蕴含着潜在的成灾风险。如垮坝，洪水不仅破坏水库、水电工程本身，尤其对下游人民的生命和财产造成惨重灾难。因此，大坝安全监测显得尤为重要。虽然大坝安全监测的常规技术已有百年历史，但常规观测仪器存在若干根本性缺陷：对测点物性有影响、耐久性较差、易受强电磁场干扰、信息量十分有限，无法实现分布式检测。尤其对大体积混凝土结构温度场监测、高混凝土面板堆石坝面板挠度监测、随机裂缝的捕捉等显得无能为力。

近十几年来，在高科技的渗透和支持下，常规安全监测技术开始在酝酿更新换代。尤其是Smart结构的提出和研制。在各国竞相发展的安全监测高新技术中，光纤传感检测技术以其独特优势而处于中心地位。随着光通信的迅猛发展，光纤及仪表降价，经济上也有竞争力。分布式光纤传感是传感技术发展中的尖端领域和研究开发热点。

我于1996年在武汉水利电力大学宜昌校区（原葛洲坝水电工程学院，现三峡大学）创建了光纤传感监测技术研究室，致力于分布式光纤传感监测技术在大坝工程中的应用研究，着力解决水电工程中的技术难题。2002年，在总结研究团队六年初期成果的基础上，我出版了《光纤传感技术在大坝工程中的应用》。时隔十年，再将《分布式温度测量系统（DTS）和光纤陀螺（FOG）技术在大坝工程中的应用研究》奉献给广大的读者。本专著共计六篇35章，核心内容由二大部分组成：一是分布式光纤温度测量系统（DTS）在大坝工程中的应用研究；二是光纤陀螺（FOG）技术在混凝土面板堆石坝坝工程中的应用研究。前者解决了大体积混凝土施工和运行中温度场的分布式监测问题，后者解决了高混凝土面板堆石坝面板法向挠度的监测问题。我们开展了不少物理量的光纤传感监测技术研究，这两项成果在大坝工程中的应用取得了突出的成果，也成为目前大型水电工程应用较成熟的技术。由分布式光纤温度测量系统（DTS）在大坝工程中的应用研究，我们派生了两项二次开发的创新成果，一是大坝温度场的重构，二是大坝渗流分布式监测理论与方法。大坝温度场的重构就是将由分布式光纤温度测量系统（DTS）获得的温度资料和有限元技术相结合，应用等参逆变化理论和热模态分解理论重构大坝温度场。重构的温度场具有光纤监测数据的实时性，又有混凝土坝理想热传导规律性，它既反映混凝土坝温度场的实际温度分布规律，又反映混凝土坝温度场理想状态下的温度分布规律。在此基础上探讨了基于分布式温度测量系统（DTS）的实时有限元仿真技术，它解决了传统有限元仿真分析无法考虑偶然因素和随机因素影响的弊端。大坝渗流分布式监测理论与方法的内容也比较丰富，基于大比尺模型实验，详细研究了光纤与多孔介质传热过程，建立了渗流监测理论方程式。在试验数据分析的基础上，得出温升和功率及导热系数经验公式、温升和功率及渗流流速的经验公式。其中，基于分布式温度测量系统（DTS），渗漏点位置的确定即方便，又准确。难点是渗流流速的确定，也就是渗漏量是多少？这些在本书中都有一些创新的阐述。另外，在应用光纤陀螺（FOG）技术监测高混凝土面板堆石坝面板法向挠度的同时，我们还很好地解决了分布式监测坝体沉降的问题。

上述内容的研究，得到了水利部“948”计划项目、中国长江三峡建设总公司科技项目、广西水利厅科技配套项目、湖北清江水电开发公司施工项目、广西右江水利开发有限责任公司施工项目等项目的资助，在此表示衷心的感谢！同时，也非常感谢一直关心、帮助和支持我的同事、朋友和领导！请恕我不一一写出他们的名字，但他们的名字将永远记在我的心中！十几年来，我和我的团队共获得省级人民政府科技进步特等奖2项、一等奖2项、二等奖2项，这些研究成果应该说对推动水利水电科技进步起到了积极的作用，是对大坝安全监测理论与技术的贡献。因此，还要感谢我历届的博、硕士研究生，他们为我的专业方向、为本专著的研究内容吃了不少苦，付出了聪明才智！实际上，本书的成果也搁置了几年，在大家的鼓励下，想想还是挤时间整理一下，供相关专业的学生和工程技术人员参考。由于自身的学术水平有限，时间仓促，书中不足和错误在所难免，敬请专家学者、工程技术人员和同行们批评指正。

写到序言的结尾，脑海中突然浮现出2008年5月26日在三峡大学召开“光纤陀螺技术监测水布垭砼面板堆石坝面板挠度和坝体沉降”项目验收会的情景，会议一开始，业主单位的主要领导说：“今天，我们在这里召开项目验收会，我们感到很自豪，2007年，世界最高的混凝土面板堆石坝水布垭通过了高水位的检验，光纤陀螺技术监测面板挠度和坝体沉降功不可没！”看似一席普通的话，情真意切，使我感到特别温暖。的确，一项高新技术，若能够真正解决工程难题、为重大工程安全起到作用，这比得什么奖都更重要！

蔡德所

2012年10月于绿城南宁

从事水利工程建设，特别是从事水利工程安全监测的工程技术成员，和各高校、科研院所教师、学生比看的参考资料和文献。