Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle und Über¬ wachung des Zustandes von Deichen, Dämmen, Wehren oder der¬ gleichen insbesondere vorhandener Bermen, Spundwände und Schmalwände und ist in besonderem Maβe zum Langzeit-Moni- toring geeignet, so daß rechtzeitig Maßnahmen zum ausrei¬ chenden Schutz hochwassergefährdeter Gebiete durch Sanierung bzw. Rekonstruktion vorhandener Hochwasserschutzbauten ergriffen werden können.

Die Überwachung von Dämmen und Deichen wird bisher durch Kon¬ trollgänge durchgeführt sowie durch Messungen an wenigen Einzelpunkten (Pegel) . Die Kontrollgänge dienen dem Erkennen möglicher Sickerstellen auf Seiten der Binnendeichböschung.

In dem Falle, wo erkennbar Dränge- oder Sickerwasser aus dem Außendeichland oder dem Flußbett den Deich durchdringt, müssen Maßnahmen zur Verstärkung bzw. Sanierung von Bermen, Spundwänden, Schmalwänden u.a. sowie ggfs. zur äußeren Ver¬ stärkung des Deiches eingeleitet werden, um einen Deich- durchbruch zu vermeiden.

Bei Hochwassergefahr werden die Dämme oder Deiche in kurzen Zeitabschnitten wiederholt visuell kontrolliert, um das Ri¬ siko eines Dammdurchbruches zu verringern.

Es ist jedoch aus dem Vorgenannten ersichtlich, daß das Aus¬ treten von Dräng- oder Sickerwasser bereits die Folge eines zeitlich vorgelagerten Zerstörens bzw. Undichtwerdens von Dichtungselementen im Deich, Damm oder dergleichen ist. Dieses zu späte Erkennen derartiger Zerstörungen, z. B. auch undichter oder zerstörter Deich-Spundwände birgt erhebliche Gefahren für das durch den Deich zu schützende tiefer gelegene Binnenland in sich.

Aus dem auf die Anmelderin zurückgehenden Deutschen Ge¬ brauchsmuster G 93 18 404 ist eine Einrichtung zum Bestimmen von Temperaturen an oder in ausgedehnten Objekten bekannt, die eine optisch-elektronische Meßvorrichtung verwendet. Diese Meßvorrichtung speist an mindestens einem Ende eines

Lichtwellenleiters einen Laserimpuls ein und dient der Unter suchung der vom Lichtwellenleiter zurückgestreuten Strahlung Aufgrund der gegebenen Wechselwirkungen läßt sich die Tempe¬ ratur und der Ort spektral und laufzeitabhängig auswerten. Demnach können den Längenkoordinaten des Lichtwellenleiters Temperaturwerte zugeordnet werden.

Das dort gezeigte Meßverfahren greift auf die Auswertung des rückgestreuten Raman-Streulichtes eines Lichtwellenleiters zur Temperaturmessung zurück. Die Temperaturmessung beruht dabei auf dem bekannten DTS-Meßverfahren (Distributed Optica Fibre Temperature-Sensing) , bei dem das Licht eines Lasers i einen Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Bei der Ausbrei¬ tung des Laserlichtes innerhalb des Lichtwellenleiters er- folgt eine Streuung an den Molekülen desselben, wobei die

Intensität des rückgestreuten Lichtes in Abhängigkeit von de Laufzeit in vorgegebenem Maße abfällt. Aufgrund der bekannte Ausbreitungsgeschwindigkeit des emitierten Lichtes im Licht¬ wellenleiter kann aus dem ermittelten zeitlichen Verlauf der Intensität des Rückstreulichtes der vom Licht jeweils zurückgelegte Weg bestimmt werden.

Bedingt durch die Wechselwirkungen des Laserlichtes mit optischen Phononen, d. h. Schwingungsquanten einer elasti- sehen Deformationswelle in einem Festkörper, entsteht die

Ra an-Rückstreuung. Die Intensität des Raman-Rückstreulichte ist direkt von der Temperatur am jeweiligen Ort der Entste¬ hung des Streulichtes abhängig. In dem Falle, wenn Laserlich in den Lichtwellenleiter eingekoppelt und die Intensität des Raman-Streulichtes laufzeitabhängig ausgewertet wird, kann die ortsabhängige Temperaturverteilung ermittelt werden.

Mit der in dem Deutschen Gebrauchsmuster G 93 18 404 gezeig¬ ten Einrichtung soll durch die Anordnung eines Lichtwellen-

leiters als flächiges Gebilde, zweckmäßigerweise in Form ei¬ nes Gitternetzes, die Überwachung der Temperaturentwicklung in Deponien untersucht werden. Durch die erhaltenen Tempera¬ turwerte soll der geothermische Gradient und die geother- mische Diffusivität im Bereich der abdichtenden Basiston¬ schicht bestimmt werden. Durch eine derartige Temperatur¬ überwachung, die parallel unterhalb der Basisabdichtung erfolgt, sollen Unregelmäßigkeiten oder Schäden des Deponie¬ abbaus erkennbar sein, um dann Maßnahmen einzuleiten, mit denen eine Beeinträchtigung des Grundwassers verhindert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kontrolle und Überwachung des Zustandes von Deichen, Dämmen, Wehren oder dergleichen anzugeben, mit dessen Hilfe frühzei- tig Informationen über Sanierungs- und Rekonstruktionsma߬ nahmen gewonnen werden können, so daß eine hohe Sicherheit der durch den Deich, Damm oder dergleichen zu schützenden Bereiche gewährleistet ist. Darüber hinaus sollen geeignete Vorrichtungen zur Durchführung eines derartigen Verfahrens angegeben werden.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Ge¬ genstand gemäß dem Patentanspruch 1, wobei insbesondere vorteilhafte vorrichtungsseitige Ausbildungen und Weiterent- Wicklungen in den Unteransprüchen umfaßt sind.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Tempera¬ turverteilung längs des Deiches im binnenseitigen Bereich unterhalb der Deichkrone, zweckmäßigerweise unterhalb der Deichsohle, oder im Deichinneren auf der Binnenseite von

Dichtungselementen, mittels eines langgestreckten verteilten und/oder mehrerer verteilter Sensoren, die es gestatten, die Temperaturverteilung entlang einer Strecke bzw. in einer Fläche oder einem Volumen ortsaufgelöst zu erfassen, zu untersuchen, um örtliche Anomalien der Temperaturverteilung und damit Deichschäden zu ermitteln.

Derartige örtliche Anomalien lassen also frühzeitig eine vorhandene Leckage erkennen, so daß rechtzeitig deichsi¬ chernde oder deichsanierende Maßnahmen ergreifbar sind.

Durch die Anordnung eines verteilten Temperatur-Sensors läng bzw. im Inneren des Deiches, Dammes oder dergleichen wird di planmäßige Diffusion von Dränge- oder Sickerwasser aus dem Außendeichland oder dem Flußbett erfaßt, wobei sich vorhan¬ dene Undichtheiten im Bereich unterhalb der Deichkrone, bzw. unterhalb der Deichsohle, z. B. defekte Dichtungskerne, Spundwände, Schmalwände als Temperaturanomalie, d.h. als örtlicher Temperaturpeak bemerkbar machen.

Der Ort des Lecks sowie die Bewegung oder Fließrichtung der durch das Leck eindringenden Flüssigkeitsmenge kann dann durch die Auswertung der gemessenen Temperaturverteilung in der durch den verteilten Sensor überwachten Region/Abschnitt bestimmt werden.

In dem Falle, wo ein beispielsweise verwendetes faseropti¬ sches Sensorkabel zur Temperaturmessung in einem Schweißgraben längs des Deiches angeordnet ist und eine Leckage auftritt, kann die Flieβrichtung des Wassers im Schweißgraben durch den sich ausbildenden Temperaturgr - dienten über die Länge des Sensorkabels bzw. des Deiches bestimmt werden.

Bei gleichzeitiger Aufzeichnung des Wasserstandes im Deich¬ außenbereich und der ermittelten Leckagemenge kann auf die Wahrscheinlichkeit eines Damm- oder Deichbruches voraus¬ schauend gefolgert werden.

Eventuelle Veränderungen der Leckage lassen sich erfindungs¬ gemäß über Betrachtung des sich ändernden Verlaufes der Anomalie über einen vorgegebenen Zeitabschnitt bestimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Erkenntnis, daß die Gewässertemperatur im Außendeichland sich von der Temperatur im oder unterhalb des Deiches bzw. von der Wassertemperatur

im Schweißgraben unterscheidet. Demnach führt das Eindringen von Wasser aus dem Außendeichland im Bereich einer Leckage, d. h. örtlich erhöhter Wasserzufuhr zu einer Veränderung der Temperaturverteilung, die sich ansonsten als ein in einem bestimmten Bereich veränderlicher Mittelwert einstellt.

In Abhängigkeit von der jeweiligen Lage des verteilten Temperatursensors, z.B. des verwendeten Sensorkabels innerhalb des Deiches bzw. unterhalb der Deichsohle oder im Schweißgraben, lassen sich rechtzeitig, d. h. bevor ein äußeres Durchnässen des Deiches aufgrund von Sicker- oder Drängewasser erkennbar ist, Maßnahmen zur Deichsanierung einleiten.

Vorrichtungsseitig wird der verteilte Temperatursensor, z.B. das faseroptische, mit Laserlicht beaufschlagte Sensorkabel innerhalb eines Schweißgrabens längs des Deiches und zum binnenseitigen Ende des Deichfuβes hin gerichtet angeordnet.

Alternativ kann das Sensorkabel unterhalb der Deichsohle oder im Deichkörper abseitig wasserseitiger Dichtschichten oder Dichtmitteln angeordnet sein. Das Sensorkabel kann hierbei aus zwei längsseitig parallelgeführten, einseitig schleifenartig verbundenen Fasern bestehen oder eine Mäanderform aufweisen.

Bei der Anordnung von verteilten Temperatursensoren bzw. Sensorkabeln in einer Ebene parallel zur Deichsohle, d.h. längs zur Flieβrichtung einer durch eine Leckage eindringende Wassermenge, kann die Richtung und die Ausbreitungsgeschwin¬ digkeit derselben bestimmt werden.

Durch die Anordnung des beispielsweise verwendeten faserop¬ tischen Sensorkabels im Schweißgraben ist eine nachträgliche Überwachungsmöglichkeit, ohne Eingriffe in den Damm- oder Deichbau selbst, mit einfachsten Mitteln gewährleistet.

Mit Hilfe der erwähnten, beispielsweisen faseroptischen Sensorkabel als verteilter Temperatursensor und der Auswer-

tung von Laufzeit und Intensität des rückgestreuten Lichtes können Deichabschnitte in einer Länge von 5 bis 20 km bei einer Temperaturauflösung bis hin zu 0,1°K überwacht werden. Die Ortsauflösung liegt je nach Länge des Sensorkabels im Bereich von 0,5 bis 2 m, wobei höhere Genauigkeiten durch da erwähnte mäanderförmige Verlegen des faseroptischen Sensor¬ kabels erreicht werden können.

Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäβen Verfahren und der dazugehörigen Vorrichtung in kostengünstiger Weise eine ständige aktuelle Kontrolle und Überwachung des Zustandes vo Deichen, Dämmen und dergleichen auch über längere Zeiträume vorgenommen werden, wobei die erhaltenen Meßwerte durch telemetrische Datenübertragung an einer Zentralstelle ausge- wertet und zur Erhöhung der Hochwassersicherheit herangezoge werden können.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und aufgrund der Tatsa¬ che, daß im Leckagefall sich Temperaturdifferenzen zwischen den betrachteten Räumen ergeben, können durch die verteilte Temperaturmessung eine oder mehrere Leckagestellen erkannt und hinsichtlich ihrer jeweiligen Längen- oder Raumkoordi¬ naten lokalisiert werden. Demnach lassen sich insbesondere bei Dämmen und Deichen Abschnitte mit erhöhter Wasser- durchlässigkeit erkennen und lokalisieren und durch Lang¬ zeitmonitoring die zeitliche Entwicklung derartiger Leckagen feststellen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs- beispieles und unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläuter werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 die prinzipielle Darstellung eines Deiches mit beispielhaften Möglichkeiten der Anordnung eines verteilten Temperatursensors, z.B. eines faseroptischen Sensorkabels und

Fig. 2 eine beispielhafte Darstellung der erfaßten

Temperatur über die Länge eines längs des Deiches, vorzugsweise im Schweißgraben angeordneten faseroptischen Sensorkabels als verteilten Temperatursensor.

Der in der Fig. 1 gezeigte Deich 1 weist eine Deichkrone 2 sowie eine Deichsohle 3 auf. Der Deich 1 ist längs des Ufers eines Flusses 4 angeordnet und schützt das dahinterliegende Land 5 gegen Überflutung durch Hochwasser.

Der Deich 1 weist eine wasserseitige Dichtschicht in Form einer Innenberme 6 auf, die mittels einer Spundwand/Schmal¬ wand 7 im Erdreich unterhalb der Deichsohle 3 befestigt ist.

Mittels der Innenberme 6 und der Spundwand/Schmalwand 7 soll das Eindringen von Wasser aus dem Fluß 4 verhindert werden.

Es ist bekannt, daß sich bei jeder Art von Deichen eine Ent- Wässerung des Polders bzw. des Binnenlandes 5 aufgrund von sog. Druck- oder Qualmwasser bzw. Sickerwasser aus dem Au¬ ßendeichland oder dem Flußbett notwendig macht.

So dringt beispielsweise im Normalfall Wasser aus dem Fluß 4 auch bei dichter Spundwand/Schmalwand und intakter Innenberme 6 in einer Größenordnung von 1 Liter je Meter und Sekunde in einen Schweiβgraben 8 längs des Deiches 1 ein.

Dieses Wasser wird entweder mit Hilfe von Schöpfwerken oder dergleichen über den Deich 1 in den Fluß 4 gepumpt oder durch Deichsiele oder Deichschleusen mit regelbaren Verschlüssen in den Fluß 4 abgeleitet.

Beim gezeigten Beispiel liegen im Winter die durchschnitt- liehen Wassertemperaturen im Fluß im Bereich zwischen 7 und

9°C, die Temperaturen im Schweißgraben jedoch im Bereich zwi¬ schen 2 und 3°C. Dringt nun aufgrund eines Lecks im Bereich A, B oder C Fluβwasser mit einer Temperatur von 7 bis 9°C in den Deich 1 unterhalb der Deichkrone 2 ein, so fließt dieses

mit einem Pfeil in der Fig. 1 symbolisierte Leckwasser bei überschaubaren Leckraten unterhalb des Deichfußes hin zum Schweiβgraben 8. Dieser Warmwasserleckeintrag führt zu einer örtlichen Temperaturerhöhung, die mit dem Sensorkabel 9.2, das im Schweißgraben 8 angeordnet ist, wahrgenommen werden kann.

Diese örtliche Temperaturveränderung läßt sich als deutliche Peak aus einer entsprechenden graphischen Darstellung des Temperaturverlaufes über die Länge des Sensorkabels erkennen (Fig. 2).

Durch eine geeignete Meßanordnung kann bei Überschreiten vorgegebener Schwellwerte ein Alarm ausgelöst werden, um Sofortmaβnahmen zur Sicherung des Deiches, Dammes oder dergleichen einleiten zu können.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Sensorkabel 9.l unterhalb der Deichsohle 3 auf der dem Binnenland zugewandte Seite der Spundwand 7 unterhalb der Innenberme 6 angeordnet. Diese Anordnung erfolgt zweckmäßigerweise in einem Bereich D so daß Leckagen im bzw. aus dem Bereich A, B und/oder C er¬ kannt werden können. Alternativ können mehrere Sensorkabel 9.2 einmal im Bereich der Spundwand 7, unmittelbar unterhalb der Sohle der Innenberme 6 bzw. binnenseitig der Innenberme innerhalb des Deiches 1 angeordnet werden, wodurch das Loka¬ lisieren einer Leckage die Zuordnung des Lecks zum jeweilige Bauteil oder Abschnitt des Deiches erleichtert wird.

In dem Falle einer weiteren Ausführungsform, bei der mehrere im wesentlichen parallel verlaufende Sensorkabel 9.3 jeweils im wesentlichen parallel zur Deichsohlenfläche unterhalb dieser und beabstandet angeordnet sind, läßt sich die Aus¬ breitungsrichtung und -menge einer Leckagemenge bestimmen.

Zweckmäßigerweise sind die Sensorkabel, insbesondere in dem Falle, wo mehrere parallel verlaufende Kabel verwendet wer¬ den, einseitig schleifenartig miteinander verbunden, so daß an ein und demselben Ort das eingangs erwähnte Laserlicht in

das Sensorkabel eintreten kann und eine Auswertung der rück¬ gestreuten Strahlung mittels geeigneter Detektoren möglich ist.

Zur Verbesserung der Ortsauflösung und Genauigkeit der Leckagelokalisierung kann das Sensorkabel 9.4 in einer weiteren Ausführungsform mäanderförmig alternierend senkrecht und parallel zur Deichsohle 3 oberhalb und/oder unterhalb des Deichfußes im Deich angeordnet werden.

In dem Falle, wo das Sensorkabel 9.2 im Schweiβgraben 8 angeordnet bzw. in diesem verlegt wird, ist ein nachträg¬ liches Ausrüsten vorhandener Deichanlagen mit der vorge¬ schlagenen Vorrichtung möglich, ohne daß in irgendeiner Weise in die Bausubstanz des Deiches eingegriffen werden muß.

Bei der Neuerrichtung von Deichanlagen oder Dammkonstruktio¬ nen besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit von vorn herein faseroptische Sensorkabel 9.1 - 9.4 im Deich, ins- besondere abseitig der wasserseitigen Dichtschicht und hier wiederum vorteilhaft unterhalb der Deichsohle 3 anzuordnen.

In dem Falle, wo die Anordnung des Sensorkabels im Schweiβ¬ graben 8 unerwünscht ist, besteht die Möglichkeit, ein Sensorkabel 9.5 im Bereich 10 zwischen binnenseitige Deich¬ fuß und dem Schweißgraben unterhalb der von diesem Zwi¬ schenraum gebildeten Flächen anzuordnen. Auch bei dieser Anordnung ist sichergestellt, daß leckagebedingte Kompo¬ nenten, nämlich Komponenten A, B und C vom jeweiligen Sensorkabel 9.5 sicher erfaßt und damit Störungen bzw. Leckagen rechtzeitig erkannt werden können.

Bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sendet eine Laserlichtquelle Lichtimpulse in das verwendete faseroptische Sensorkabel nämlich einen Lichtwellenleiter.

Das vom Lichtwellenleiter zurückgestreute Licht wird an einer vorgegebenen Stelle ausgekoppelt und über entsprechende Fil¬ ter auf einen Detektor geführt. Hierbei läßt ein erstes optisches Filter Licht der Stokes-Linie Is durch, während ein

zweites optisches Filter Licht der Anti-Stokes-Linie la passieren läßt.

Der erwähnte Detektor erzeugt aus den zugeführten Intensitä- ten Is und la der Stokes-Linie und der Anti-Stokes-Linie Si¬ gnale, welche einem Dividierer zugeführt werden. Mittels ei¬ ner Verhältnisbildung der aus den Linien Is und la erhaltenen Signale Us und Ua werden Störeinflüβse, die auf eine Inhomo¬ genität der Lichtquelle oder anderer äußerer Einflüsse auf den Lichtwellenleiter zurückzuführen sind, mit Ausnahme der Temperatur eliminiert.

Ausgangsseitig steht der Dividierer mit einem Rechner in Verbindung, welcher in Abhängigkeit von der Laufzeit des eingestrahlten Lichtes und damit in Abhängigkeit von der Längenkoordinate des Lichtwellenleiters Temperaturwerte bestimmt. Mittels des Rechners können also konkreten Punkten bzw. Orten des Lichtwellenleiters Temperaturwerte zugeordnet werden. Das Verhältnis der Intensität in der Stokes-Linie Is und der Anti-Stokes-Linie la bestimmt dabei den jeweiligen Temperaturwert, während die Längenkoordinaten des Licht¬ wellenleiters aus der Laufzeit des rückgestreuten Licht¬ impulses ermittelt werden.

Der Temperaturmeßbereich hängt vom jeweils verwendeten Sen¬ sorkabel ab und liegt beim Ausführungsbeispiel im Bereich zwischen 100 und 750°K. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei einer Länge des Lichtwellenleiters von ca. 8km eine Ortsauflösung im Bereich von einem Meter erreicht. Bei einer Länge des Lichtwellenleiters von 20km beträgt die Ortsauflö¬ sung 2 Meter. Das örtliche Auflösungsvermögen ist durch die Steuerung der Impulsdauer einstellbar. Die Temperaturauflö¬ sung liegt im Bereich von 0,1°K.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die Möglichkei der Selbstkalibrierung der verwendeten Sensorkabel durch Er¬ fassung sich ändernder Mittelwerte über den Tagesverlauf bzw. in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur des Deiches. We¬ sentlich ist, daß auftretende örtliche Temperaturunterschie-

de, die auf den Einfluß von Leckagen zurückzuführen sind, erkannt werden können.

Mit Hilfe der Fig. 2 ist beispielhaft der Temperaturverlauf in Grad Celsius entlang eines faseroptischen Sensorkabels gezeigt. So ist ausgehend vom Koordinatenursprung im Abstand von 250 m ein örtlich ansteigender Temperaturverlauf er¬ kennbar (durchgezogene Linie) .

Aus dem strichpunktierten Verlauf läßt sich gemäß einer wei¬ teren Alternative die Fließgeschwindigkeit und Fließrichtung beispielsweise im Schweißgraben oder im Bereich möglicher Kavitäten, unterhalb des Deiches feststellen.

Um Grundwassereinflüsse weitestgehend auszuschließen, besteht die Möglichkeit, tiefenmäßig beabstandete, ausgehend von der Deichsohlenfläche nach unten gerichtete Sensorkabel anzuord¬ nen, um die Einflüsse des Grundwassers auf den örtlichen Eintrag von Flüssigkeit unterschiedlicher Temperatur zu berücksichtigen.

An Stelle eines faseroptischen Sensorkabels können als ver¬ teilter Temperatursensor Meßkabel mit einer Vielzahl von Pt- 100 Elementen oder entsprechend angeordnete Einzelsensoren verwendet werden.