接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及泥石流預(yù)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種泥石流監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及泥石流預(yù)警方法，特別是涉及一種接觸 式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及泥石流預(yù)警方法，屬于災(zāi)害監(jiān)測、泥石流防治工程領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 泥石流是一種典型的固液兩相介質(zhì)，具有超強(qiáng)的流動(dòng)特性和巨大的破壞能力，通 過掩埋和直接沖擊作用等方式對沿程或堆積區(qū)內(nèi)各類構(gòu)筑物造成破壞，是山區(qū)典型的地質(zhì) 災(zāi)害類型。泥石流的減災(zāi)措施主要可分為工程措施與監(jiān)測預(yù)警/預(yù)報(bào)兩大類，其中監(jiān)測預(yù) 警/預(yù)報(bào)由于可以有效降低災(zāi)害損失因而是現(xiàn)階段泥石流減災(zāi)中最有效的措施。
[0003] 現(xiàn)有泥石流監(jiān)測預(yù)警技術(shù)主要有4類：第1類是基于降雨量監(jiān)測的泥石流預(yù)警技 術(shù)。該類技術(shù)通過在泥石流溝道內(nèi)設(shè)置雨量監(jiān)測點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測降雨量，結(jié)合泥石流臨界降雨 預(yù)警閾值進(jìn)行泥石流預(yù)警；第2類是基于含水量（孔隙水壓力）監(jiān)測的泥石流監(jiān)測預(yù)警技 術(shù)。該類技術(shù)是通過在泥石流溝道內(nèi)多處設(shè)置含水量、孔隙水壓力監(jiān)測點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測泥石流 松散固體物源含水量與孔隙水壓力的變化，結(jié)合泥石流含水量或孔隙水壓力預(yù)警閾值來進(jìn) 行泥石流預(yù)警；第3類是基于視頻監(jiān)測系統(tǒng)的泥石流預(yù)警技術(shù)。該類技術(shù)通過在泥石流形 成區(qū)、流通區(qū)內(nèi)設(shè)置視頻監(jiān)測點(diǎn)直接監(jiān)測溝道內(nèi)泥石流的形成和運(yùn)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行泥 石流預(yù)警；第4類是基于地聲（次生）監(jiān)測的泥石流預(yù)警技術(shù)。該類技術(shù)通過監(jiān)測泥石流 在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)或次生來進(jìn)行泥石流預(yù)警。
[0004] 從泥石流災(zāi)害預(yù)警實(shí)踐看，上述現(xiàn)有技術(shù)均存在不同的技術(shù)缺陷。第1類技術(shù)中， 由于降雨量是泥石流形成的必要條件而非充要條件，較少考慮泥石流臨界降雨閾值受多種 因素的影響，因而誤報(bào)率、漏報(bào)率極高；第2類技術(shù)中，由于泥石流流域內(nèi)不同位置處的含 水量和孔隙水壓力可能都不同，要確定泥石流含水量或孔隙水壓力臨界預(yù)警閾值技術(shù)手段 復(fù)雜，因此較難應(yīng)用于工程實(shí)踐；第3類技術(shù)中，由于泥石流發(fā)生時(shí)都是暴雨期間或晚上， 從視頻根本觀察不到泥石流，因而預(yù)警/預(yù)報(bào)方法的實(shí)用性較低；第4類技術(shù)中，由于易于 將泥石流產(chǎn)生的振動(dòng)（次生）信號(hào)與外界干擾產(chǎn)生的振動(dòng)（次生）信號(hào)混淆而導(dǎo)致誤報(bào)， 因此大規(guī)模推廣應(yīng)用較受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝 置與系統(tǒng)，該裝置系統(tǒng)能夠快速、高效、準(zhǔn)確地獲取泥石流動(dòng)力參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測泥石流運(yùn)動(dòng) 過程中的關(guān)鍵性動(dòng)力參數(shù)，由此可應(yīng)用于泥石流監(jiān)測預(yù)警/預(yù)報(bào)，提高預(yù)警/預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提供一種接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置，其技術(shù) 方案如下：
[0007] 接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置，包括柱狀監(jiān)測粧；柱狀監(jiān)測粧通過其下部區(qū)域 固定在泥石流溝道底床中，柱狀監(jiān)測粧上部區(qū)域布置參數(shù)監(jiān)測傳感器，參數(shù)監(jiān)測傳感器分 別通過必要的信號(hào)傳輸線路與信號(hào)采集裝置聯(lián)接；其特征在于：
[0008] 所述監(jiān)測傳感器包括超聲波泥位傳感器、沖擊力傳感器、加速度傳感器；
[0009] 所述超聲波泥位傳感器布置在沖擊力傳感器上方；所述加速度傳感器布置在柱狀 監(jiān)測粧上部區(qū)域內(nèi)部。
[0010] 上述接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置是一種固定在泥石流溝道底床中的監(jiān)測裝 置。監(jiān)測裝置以柱狀監(jiān)測粧為主體及支撐固件。柱狀監(jiān)測粧下部固定在泥石流溝床中，上 部出露在溝床底面以外。在柱狀監(jiān)測粧上部布置有多種參數(shù)監(jiān)測傳感器，參數(shù)監(jiān)測傳感器 分別通過必要的信號(hào)傳輸線路與信號(hào)采集裝置聯(lián)接，共同構(gòu)成接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測 裝置的數(shù)據(jù)采集固件。監(jiān)測傳感器包括超聲波泥位傳感器、沖擊力傳感器、加速度傳感器。 其中，加速度傳感器布置在柱狀監(jiān)測粧上部區(qū)域，其下依次布置超聲波泥位傳感器與沖擊 力傳感器。
[0011] 一般地，超聲波泥位傳感器距離泥石流溝道底床地面高度為h，h > D，D是泥石流 溝道內(nèi)最大泥深，具體可設(shè)計(jì)為h = 1.5m+D。沖擊力傳感器包括自下向上布置的下位沖 擊力傳感器、中位沖擊力傳感器、上位沖擊力傳感器，分別距離泥石流溝道底床地面高度為 hp h2、h3, h3< D。具體可設(shè)計(jì)為 h i= 0· 5m ~I. 0m、h 2= I. 〇m+h i、h3= 2. Om+h i。加速度 傳感器布置在距離泥石流溝道底床地面高度為f位置處。
[0012] 上述接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集固件是整合沖擊力、振動(dòng)、加速 度、速度以及位移、應(yīng)變計(jì)等傳感器與數(shù)據(jù)采集于監(jiān)測鋼管內(nèi)形成的綜合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 柱狀監(jiān)測粧的高度可首先在調(diào)查確定泥石流溝道最大泥深D和爬高的基礎(chǔ)上確定。泥石流 發(fā)生后，泥石流沖擊柱狀監(jiān)測粧，使其產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力與變形響應(yīng)。相 關(guān)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)通過傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0013] 為保證接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置可以有效固定在泥石流溝床中，作為支撐 固件的柱狀監(jiān)測粧通常采用加工為鋼結(jié)構(gòu)（鋼管粧、型鋼等）或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（粧或 柱），下部區(qū)域通過鉆孔或人工開挖等方式進(jìn)行施工，埋設(shè)在泥石流流通區(qū)溝道內(nèi)足夠深度 處，以保證支撐固件能承受泥石流的持續(xù)沖擊。為便于柱狀監(jiān)測粧安裝施工，柱狀監(jiān)測粧可 拆分為上、下兩部分構(gòu)件，兩部分間采用可拆卸靜聯(lián)接。下部分構(gòu)件首先埋置在溝床中，上 部分構(gòu)件上首先布置各參數(shù)監(jiān)測傳感器、信號(hào)采集裝置及必要的信號(hào)傳輸線路，再通過法 蘭連接、卡箍式連接、螺紋連接等方式將上、下兩部分構(gòu)件聯(lián)接。
[0014] 以上述接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置為基礎(chǔ)，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種接觸式泥 石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，具體技術(shù)方案如下：
[0015] 一種接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù) 監(jiān)測裝置、上位控制中心；
[0016] 所述接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置還包括與信號(hào)采集裝置聯(lián)接的信號(hào)傳輸裝 置；信號(hào)傳輸裝置與上位控制中心通過無線信號(hào)通信；
[0017] 所述接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置的超聲波泥位傳感器距離泥石流溝道底床 地面高度為h，h = I. 5m+D，D是泥石流溝道內(nèi)最大泥深；所述沖擊力傳感器包括自下向上 布置的下位沖擊力傳感器、中位沖擊力傳感器、上位沖擊力傳感器，分別距離泥石流溝道 底部地面高度為 h、h2、h3, Ii1= 0· 5m ~I. 0m、h 2= 1.0 m+h i、h3= 2. Om+h i，h3< D ;所述加 速度傳感器布置在距離泥石流溝道底部地面高度為f位置處；
[0018] 所述接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置至少有二，布置在泥石流流通區(qū)溝道內(nèi)，其 布置方法是如下二種方式之一：
[0019] 二級布置方式，應(yīng)用于泥石流溝道面積小于5Km2或主溝長度小于2Km的泥石流溝 道，包括：
[0020] 在泥石流溝道縱向：沿泥石流溝道方向布置二排接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝 置，各排間距L 1;以及
[0021] 在泥石流溝道橫向，包括：
[0022] 當(dāng)泥石流溝道平均寬度B < 50m，沿泥石流溝道方向每排布置一接觸式泥石流運(yùn) 動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置，或
[0023] 當(dāng)泥石流溝道平均寬度B > 50m，沿泥石流溝道方向每排等間距布置三接觸式泥 石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置；
[0024] 三級布置方式應(yīng)用于泥石流溝道面積大于5Km2或主溝長度大于2Km的泥石流溝 道，包括：
[0025] 在泥石流溝道縱向：沿泥石流溝道方向布置三排接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝 置，各排間距L 2;以及
[0026] 在泥石流溝道橫向：
[0027] 當(dāng)泥石流溝道平均寬度B < 50m，沿泥石流溝道方向每排布置一接觸式泥石流運(yùn) 動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置，或
[0028] 當(dāng)泥石流溝道平均寬度B > 50m，沿泥石流溝道方向每排等間距布置三接觸式泥 石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置。
[0029] 上述接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)通過接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置采集 泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)由信號(hào)傳輸裝置將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至上位控制中心，由上位控制中 心對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析，并根據(jù)運(yùn)算分析結(jié)果確定泥石流災(zāi)害發(fā)生危險(xiǎn)程度，選擇發(fā) 出泥石流災(zāi)害預(yù)警信號(hào)。
[0030] 根據(jù)泥石流溝道面積或主溝長度不同，上述接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)需要 在泥石流溝道中布置不同數(shù)量的泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置，組成二級布置方式或三級布置 方式。
[0031] 以位于同一溝道橫斷面上的接觸式泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置為一排，當(dāng)泥石流溝 道面積小于或等于5Km 2或主溝長度小于或等于2Km的泥石流溝道時(shí)，采用二級布置方式， 具體是沿泥石流溝道方向布置二排泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置，排間距L 1，通常L1= 50m~ 100m。當(dāng)泥石流溝道面積大于5Km2或主溝長度大于2Km的泥石流溝道時(shí)，采用三級布置方 式，具體是沿泥石流溝道方向布置三排泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置，各排間距相等或不相等， 通常取值在L 2= 50m~IOOm范圍內(nèi)。在二級或三級布置方式中，每一排接觸式泥石流運(yùn) 動(dòng)參數(shù)監(jiān)測裝置的布置方式（即在泥石