CN104680721B - 接触式泥石流运动参数监测装置、系统及泥石流预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接触式泥石流运动参数监测装置。接触式泥石流运动参数监测装置包括柱状监测桩，柱状监测桩下部区域固定在泥石流沟道底床中，上部区域布置参数监测传感器，包括加速度传感器，超声波泥位传感器、冲击力传感器，超声波泥位传感器布置在冲击力传感器上方。本发明还提供一种利用上述监测装置实现的接触式泥石流运动参数监测系统。系统的上位控制中心与监测装置的信号传输装置通过无线信号通信，接触式泥石流运动参数监测装置可以以二级或三级方式布置在泥石流沟道中。本发明同时提供一种利用上述监测系统实现的泥石流多级预警方法。本产品能够综合性获取泥石流运动过程实时监测中的关键性动力参数。本方法能够提高预警准确率。
Description
技术领域
本发明涉及一种泥石流监测装置、系统及泥石流预警方法，特别是涉及一种接触式泥石流运动参数监测装置、系统及泥石流预警方法，属于灾害监测、泥石流防治工程领域。
背景技术
泥石流是一种典型的固液两相介质，具有超强的流动特性和巨大的破坏能力，通过掩埋和直接冲击作用等方式对沿程或堆积区内各类构筑物造成破坏，是山区典型的地质灾害类型。泥石流的减灾措施主要可分为工程措施与监测预警/预报两大类，其中监测预警/预报由于可以有效降低灾害损失因而是现阶段泥石流减灾中最有效的措施。
现有泥石流监测预警技术主要有4类：第1类是基于降雨量监测的泥石流预警技术。该类技术通过在泥石流沟道内设置雨量监测点，实时监测降雨量，结合泥石流临界降雨预警阈值进行泥石流预警；第2类是基于含水量(孔隙水压力)监测的泥石流监测预警技术。该类技术是通过在泥石流沟道内多处设置含水量、孔隙水压力监测点，实时监测泥石流松散固体物源含水量与孔隙水压力的变化，结合泥石流含水量或孔隙水压力预警阈值来进行泥石流预警；第3类是基于视频监测系统的泥石流预警技术。该类技术通过在泥石流形成区、流通区内设置视频监测点直接监测沟道内泥石流的形成和运动，在此基础上进行泥石流预警；第4类是基于地声(次生)监测的泥石流预警技术。该类技术通过监测泥石流在运动过程中产生的振动或次生来进行泥石流预警。
从泥石流灾害预警实践看，上述现有技术均存在不同的技术缺陷。第1类技术中，由于降雨量是泥石流形成的必要条件而非充要条件，较少考虑泥石流临界降雨阈值受多种因素的影响，因而误报率、漏报率极高；第2类技术中，由于泥石流流域内不同位置处的含水量和孔隙水压力可能都不同，要确定泥石流含水量或孔隙水压力临界预警阈值技术手段复杂，因此较难应用于工程实践；第3类技术中，由于泥石流发生时都是暴雨期间或晚上，从视频根本观察不到泥石流，因而预警/预报方法的实用性较低；第4类技术中，由于易于将泥石流产生的振动(次生)信号与外界干扰产生的振动(次生)信号混淆而导致误报，因此大规模推广应用较受限。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种接触式泥石流运动参数监测装置与系统，该装置系统能够快速、高效、准确地获取泥石流动力参数，实时监测泥石流运动过程中的关键性动力参数，由此可应用于泥石流监测预警/预报，提高预警/预报准确率。
为实现上述目的，本发明首先提供一种接触式泥石流运动参数监测装置，其技术方案如下：
接触式泥石流运动参数监测装置，包括柱状监测桩；柱状监测桩通过其下部区域固定在泥石流沟道底床中，柱状监测桩上部区域布置参数监测传感器，参数监测传感器分别通过必要的信号传输线路与信号采集装置联接；其特征在于：
所述监测传感器包括超声波泥位传感器、冲击力传感器、加速度传感器；
所述超声波泥位传感器布置在冲击力传感器上方；所述加速度传感器布置在柱状监测桩上部区域内部。
上述接触式泥石流运动参数监测装置是一种固定在泥石流沟道底床中的监测装置。监测装置以柱状监测桩为主体及支撑固件。柱状监测桩下部固定在泥石流沟床中，上部出露在沟床底面以外。在柱状监测桩上部布置有多种参数监测传感器，参数监测传感器分别通过必要的信号传输线路与信号采集装置联接，共同构成接触式泥石流运动参数监测装置的数据采集固件。监测传感器包括超声波泥位传感器、冲击力传感器、加速度传感器。其中，加速度传感器布置在柱状监测桩上部区域，其下依次布置超声波泥位传感器与冲击力传感器。
一般地，超声波泥位传感器距离泥石流沟道底床地面高度为h，h＞D，D是泥石流沟道内最大泥深，具体可设计为h＝1.5m+D。冲击力传感器包括自下向上布置的下位冲击力传感器、中位冲击力传感器、上位冲击力传感器，分别距离泥石流沟道底床地面高度为h1、h2、h3，h3＜D。具体可设计为h1＝0.5m～1.0m、h2＝1.0m+h1、h3＝2.0m+h1。加速度传感器布置在距离泥石流沟道底床地面高度为位置处。
上述接触式泥石流运动参数监测装置的数据采集固件是整合冲击力、振动、加速度、速度以及位移、应变计等传感器与数据采集于监测钢管内形成的综合数据采集系统。柱状监测桩的高度可首先在调查确定泥石流沟道最大泥深D和爬高的基础上确定。泥石流发生后，泥石流冲击柱状监测桩，使其产生振动、冲击并导致结构产生内力与变形响应。相关结构动力响应通过传感器和数据采集系统进行实时监测。
为保证接触式泥石流运动参数监测装置可以有效固定在泥石流沟床中，作为支撑固件的柱状监测桩通常采用加工为钢结构(钢管桩、型钢等)或钢筋混凝土结构(桩或柱)，下部区域通过钻孔或人工开挖等方式进行施工，埋设在泥石流流通区沟道内足够深度处，以保证支撑固件能承受泥石流的持续冲击。为便于柱状监测桩安装施工，柱状监测桩可拆分为上、下两部分构件，两部分间采用可拆卸静联接。下部分构件首先埋置在沟床中，上部分构件上首先布置各参数监测传感器、信号采集装置及必要的信号传输线路，再通过法兰连接、卡箍式连接、螺纹连接等方式将上、下两部分构件联接。
以上述接触式泥石流运动参数监测装置为基础，本发明进一步提供一种接触式泥石流运动参数监测系统，具体技术方案如下：
一种接触式泥石流运动参数监测系统，其特征在于：包括接触式泥石流运动参数监测装置、上位控制中心；
所述接触式泥石流运动参数监测装置还包括与信号采集装置联接的信号传输装置；信号传输装置与上位控制中心通过无线信号通信；
所述接触式泥石流运动参数监测装置的超声波泥位传感器距离泥石流沟道底床地面高度为h，h＝1.5m+D，D是泥石流沟道内最大泥深；所述冲击力传感器包括自下向上布置的下位冲击力传感器、中位冲击力传感器、上位冲击力传感器，分别距离泥石流沟道底部地面高度为h1、h2、h3，h1＝0.5m～1.0m、h2＝1.0m+h1、h3＝2.0m+h1，h3＜D；所述加速度传感器布置在距离泥石流沟道底部地面高度为位置处；
所述接触式泥石流运动参数监测装置至少有二，布置在泥石流流通区沟道内，其布置方法是如下二种方式之一：
二级布置方式，应用于泥石流沟道面积小于5Km2或主沟长度小于2Km的泥石流沟道，包括：
在泥石流沟道纵向：沿泥石流沟道方向布置二排接触式泥石流运动参数监测装置，各排间距L1；以及
在泥石流沟道横向，包括：
当泥石流沟道平均宽度B≤50m，沿泥石流沟道方向每排布置一接触式泥石流运动参数监测装置，或
当泥石流沟道平均宽度B＞50m，沿泥石流沟道方向每排等间距布置三接触式泥石流运动参数监测装置；
三级布置方式应用于泥石流沟道面积大于5Km2或主沟长度大于2Km的泥石流沟道，包括：
在泥石流沟道纵向：沿泥石流沟道方向布置三排接触式泥石流运动参数监测装置，各排间距L2；以及
在泥石流沟道横向：
当泥石流沟道平均宽度B≤50m，沿泥石流沟道方向每排布置一接触式泥石流运动参数监测装置，或
当泥石流沟道平均宽度B＞50m，沿泥石流沟道方向每排等间距布置三接触式泥石流运动参数监测装置。
上述接触式泥石流运动参数监测系统通过接触式泥石流运动参数监测装置采集泥石流运动参数数据，经由信号传输装置将实时数据传输至上位控制中心，由上位控制中心对实时数据进行运算分析，并根据运算分析结果确定泥石流灾害发生危险程度，选择发出泥石流灾害预警信号。
根据泥石流沟道面积或主沟长度不同，上述接触式泥石流运动参数监测系统需要在泥石流沟道中布置不同数量的泥石流运动参数监测装置，组成二级布置方式或三级布置方式。
以位于同一沟道横断面上的接触式泥石流运动参数监测装置为一排，当泥石流沟道面积小于或等于5Km2或主沟长度小于或等于2Km的泥石流沟道时，采用二级布置方式，具体是沿泥石流沟道方向布置二排泥石流运动参数监测装置，排间距L1，通常L1＝50m～100m。当泥石流沟道面积大于5Km2或主沟长度大于2Km的泥石流沟道时，采用三级布置方式，具体是沿泥石流沟道方向布置三排泥石流运动参数监测装置，各排间距相等或不相等，通常取值在L2＝50m～100m范围内。在二级或三级布置方式中，每一排接触式泥石流运动参数监测装置的布置方式(即在泥石流沟道横向上的布置)是，当泥石流沟道平均宽度B≤50m时，沿泥石流沟道方向每排布置一接触式泥石流运动参数监测装置，或者当泥石流沟道平均宽度B＞50m时，沿泥石流沟道方向每排等间距布置三接触式泥石流运动参数监测装置。通常，参数监测装置布置在泥石流沟道的中心线上。
本发明进一步提供一种利用上述接触式泥石流运动参数监测系统实施的泥石流预警方法，具体技术方案如下：
一种利用上述接触式泥石流运动参数监测系统实施的泥石流预警方法，由上位控制中心根据接触式泥石流运动参数监测装置实时传输数据的分析结果发出泥石流预警信号，其特征在于：依照如下二种方式之一实施：
二级布置方式实施二级预警：当第一排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足预警判别条件任意之三时发出黄色预警信号，当第二排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足预警判别条件任意之三时发出红色预警信号；
三级布置方式实施预警：当第一排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足预警判别条件任意之三时发出橙色预警信号，当第二排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足预警判别条件任意之三时发出黄色预警信号，当第三排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足预警判别条件任意之三时发出红色预警信号；
所述预警判别条件是：振动信号持续时间t≥10s或泥石流/山洪冲击力或泥石流泥深h≥0.5m或泥石流/山洪重度ρ≥15KN/m3或泥石流/山洪平均流速
所述振动信号持续时间t由加速度传感器确定，
所述泥石流/山洪冲击力由冲击力传感器确定，是下位冲击力传感器、中位冲击力传感器、上位冲击力传感器监测信号的算术平均值，
所述泥石流泥深h由超声波泥位传感器确定，
所述泥石流/山洪重度ρ依式1计算确定：
式1
式中，ρ—泥石流/山洪重度，KN/m3
—泥石流/山洪冲击力，Kpa
k—经验参数，根据现有技术在2.0～5.0间取值
—泥石流/山洪平均流速，m/s，依式2计算确定
式2
式中，L—沿泥石流沟道方向前后两排接触式泥石流运动参数监测装置的间距，m
Δt—沿泥石流沟道方向前后两排监测点泥石流冲击的时间差，s，由冲击力传感器确定，是下位冲击力传感器、中位冲击力传感器、上位冲击力传感器监测信号的算术平均值。
上述泥石流预警方法是通过监测泥石流对监测桩的直接冲击接触作用所产生的动力响应来反演泥石流的动力学参数，进而达到预警和获取泥石流动力学参数的目的。预警方法实施时，首先通过对泥石流所在流域进行详细的工程地质测绘和勘查确定泥石流的流域特征参数，包括泥石流沟道特征参数(流域面积、主沟长度、平均宽度、形成区、流通区、堆积区以及危害对象等)与泥石流物源特征参数(泥石流松散堆积体厚度、最大泥深等)。在此基础上确定监测方案并进行监测桩的安装调试。一旦泥石流发生后，高速运动的泥石流直接冲击监测桩，就可以通过安装在监测桩上超声波泥位计持续监测泥石流的流深、加速度传感器获取监测桩因泥石流冲击产生的振动信号；冲击力传感器获得泥石流冲击监测桩产生的冲击力信号；沿沟道布置的两排或三排监测桩接收相关信号的时间差。根据监测数据快速进行泥石流的泥深、冲击力、重度、平均流速等相关动力学参数的演算，并结合泥石流监测预警模式进行及时预警。
泥石流监测预警的条件是，上位控制中心将获取自各排接触式泥石流运动参数监测装置实施传输的实时泥石流/山洪运动参数数据及其运算分析结果与泥石流流深h、平均流速冲击力p、重度ρ与冲击持续时间t五项预警判别条件进行比对，当满足任意三项预警判别条件时，根据数据来源位置确定泥石流发生的危险等级。
上述泥石流预警方法中，预警判别条件的设置原理在于：(1)关于振动信号持续时间t判别条件：本发明方法是通过加速度传感器监测泥石流/山洪冲击监测桩产生的持续振动信号。在实际工作中，设置在野外的监测桩可能因为偶然环境因素冲击监测桩而产生振动信号。这类振动信号一般持续时间很短(小于10s)。为消除这类振动信号造成的误差，在本发明方法中，将具体振动信号判别条件设置为当沟道中两级或三级监测桩都监测到持续时间10s以上的振动信号时才判断为泥石流或山洪直接监测桩产生的冲击信号。(2)关于泥石流/山洪冲击力p与重度ρ判别条件：本发明预报方法主要解决山洪(本发明中指高含沙水流的统称)引起的振动造成的信号误差。由于山洪物质组成不同，山洪对监测桩产生的冲击力与泥石流冲击监测桩产生的冲击力相比要小1～2个数量级；同时山洪重度一般小于12KN/m3，而泥石流的重度一般都在16KN/m3以上；同时冲击力越大、重度越高说明泥石流中固体颗粒含量高，危险性也越大。因此本发明方法将冲击力p与重度ρ结合作为相关联的判别条件可以有效区分山洪与泥石流，避免产生误报。(3)关于泥石流/山洪泥深h与平均流速判别条件：泥石流的危险性还与泥石流的流深和运动速度有关，泥石流越大，流速越高，其危险性也越大。因此，可以将泥石流/山洪泥深h与平均流速作为判别条件可以有效区分泥石流的危险程度。
上述泥石流预警方法经验参数k在2.0～5.0之间的常规取值方法的基本原则是：对于细颗粒为主的泥石流取下限值，对于粗颗粒为主的泥石流取上限值(见参考文献1)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明提供了一种接触式泥石流运动参数监测装置，该装置系统能够高效获取泥石流动力参数综合数据，提供泥石流运动过程实时监测中的关键性动力参数。(2)以该接触式泥石流运动参数监测装置为主体结构的泥石流运动参数监测系统可布置在泥石流沟道中，可切实根据沟道地形特征分布式布置，能够高效获取监测数据。系统易于安装、便于扩展。(3)本发明提供的泥石流监测预警/预报方法是一种多级预警/预报方法，综合采用多项判别条件进行泥石流发生预报，并通过阈值的合理选取有效排除山洪引发的数据噪音对预报系统的干扰，提高预警/预报准确率。
参考文献1：Johannes Hüb,Jürgen Sud,Dirk Proske,Roland Kaitna,ChristianScheidl，Debris Flow Impact Estimation，International Symposium on WaterManagement and Hydraulic Engineering，Ohrid/Macedonia,1-5September 2009
附图说明
图1-1是接触式泥石流运动参数监测装置整体结构示意图。
图1-2是图1-1的局部放大图(示接触式泥石流运动参数监测装置上部结构)。
图2-1是接触式泥石流运动参数监测系统结构示意图。
图2-2是接触式泥石流运动参数监测装置布置方式侧剖面示意图。
图2-3是接触式泥石流运动参数监测装置布置方式俯视示意图。
图2-4是图2-3的A-A剖面示意图。
图3-1是接触式泥石流运动参数监测装置布置方式俯视示意图。
图3-2是图3-1的A-A剖面示意图。
图4-1是监测系统预警流程框图。
附图中的数字标记分别是：
1柱状监测桩 2信号采集装置 31超声波泥位传感器 32冲击力传感器 321下位冲击力传感器 322中位冲击力传感器 323上位冲击力传感器 33加速度传感器 4信号传输装置 5上位控制中心
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。
实施例一
如图1-1～图1-2所示，加工一种接触式泥石流运动参数监测装置，用于某泥石流沟道A灾害防治工程。
根据现场调查、勘察，划分沟道内泥石流形成区、流通区、危害区，确定沟道内松散堆积体厚度为10m，沟道内最大泥深D＝3m。沟道面积25Km2，主沟长度8Km，流通区沟道平均宽度B＝40m。
图1-1是接触式泥石流运动参数监测装置整体结构示意图。接触式泥石流运动参数监测装置主体结构是柱状监测桩1，柱状监测桩1下部分构件采用微型钢管桩，具体选用直径146mm～280mm，壁厚3mm～10mm的无缝钢管或焊管。微型钢管桩采用钻机成孔(孔径150mm～300mm)，地质管跟管钻进，埋置于泥石流沟床松散堆积体中。钻孔深度H根据沟道松散堆积体的厚度10m确定，以确保监测桩在泥石流冲击下的稳定性，钻孔深度控制在12m～15m之间。成孔后，将微型钢管桩插入钻孔内，并灌注M30水泥砂浆，注浆压力不小于0.3Mpa，埋置于沟床内的钢管制作成花管，压力注浆后可在钢管外层形成有效的保护层，防止钢管锈蚀。微型钢管桩微型钢管出露地面长度200mm～500mm，顶部通过法兰盘与上部分构件联接。
图1-2是图1-1的局部放大图(示接触式泥石流运动参数监测装置上部结构)。柱状监测桩1上部区域布置参数监测传感器，参数监测传感器分别通过必要的信号传输线路与信号采集装置2联接。
监测传感器包括超声波泥位传感器31、冲击力传感器32、加速度传感器33。柱状监测桩1上部区域由上至下依次布置超声波泥位传感器31与冲击力传感器32。
超声波泥位传感器31距离泥石流沟道底床地面高度为h＝1.5m+D＝4.5m。超声波泥位传感器31下方自下向上布置下位冲击力传感器321、中位冲击力传感器322、上位冲击力传感器323，分别距离泥石流沟道底床地面高度为h1、h2、h3，h1＝0.5m、h2＝1.0m+h1＝1.5m、h3＝2.0m+h1＝2.5m。
柱状监测桩1采用管状件加工，上部中空区域内布置加速度传感器33。加速度传感器33距离泥石流沟道底床地面高度为柱状监测桩1一般采用钢管件加工。
本实施方式中，各传感器主要参数指标为冲击力传感器：三分量拉，压力传感器3-Component Force Link 80mm×80mm×90mm，-60kN～60kN；加速度传感器：50g～500g之间可变的测量范围，最高13bit分辨率，固定的4mg/LSB灵敏度。超声波泥位计主要性能参数如表1所示。
表1超声波泥位计主要性能参数
实施例二
如图2-1～图2-4所示，以实施例一加工所得接触式泥石流运动参数监测装置为基础，进一步在该泥石流沟道A布置接触式泥石流运动参数监测系统。
图2-1是接触式泥石流运动参数监测系统结构示意图。监测系统包括接触式泥石流运动参数监测装置、上位控制中心5。接触式泥石流运动参数监测装置还包括与信号采集装置2联接的信号传输装置4；信号传输装置4与上位控制中心5通过无线信号通信。
图2-2是接触式泥石流运动参数监测装置布置方式侧剖面示意图。接触式泥石流运动参数监测装置布置在泥石流沟道流通区内，沿沟道方向呈排布置。
图2-3是接触式泥石流运动参数监测装置布置方式俯视示意图，图2-4是图2-3的A-A剖面示意图。由于该沟道长度小于2km，因此纵向布置方式为：在流通区内纵向布置二排接触式泥石流运动参数监测装置，排间距L1＝50m；横向布置方式为：沿泥石流沟道中心线每排布置一接触式泥石流运动参数监测装置。
实施例三
如图3-1～图3-2所示，在泥石流沟道B中布置接触式泥石流运动参数监测系统。
根据现场调查、勘察，划分沟道内泥石流形成区、流通区、危害区，确定沟道内松散堆积体厚度为8m，沟道内最大泥深D＝2.7m。沟道面积＝50Km2，主沟长度＝15Km，流通区沟道平均宽度B＝120m。
加工接触式泥石流运动参数监测装置，其与实施例一相同之处不再重复，其不同之处在于h1＝0.4m、h2＝1.4m、h3＝2.4m，
图3-1是接触式泥石流运动参数监测装置布置方式俯视示意图，图3-2是图3-1的A-A剖面示意图。在沟道B内布置接触式泥石流运动参数监测系统，其与实施例二相同之处不再重复，其不同之处在于由于泥石流主沟长度＝15Km，沟道平均宽度B＝120m，因此沟道内纵向布置方式为：在流通区内纵向布置三排接触式泥石流运动参数监测装置，各排等距，排间距L2＝50m；横向布置方式为：沿泥石流沟道中心线每排等间距布置三接触式泥石流运动参数监测装置，间距b＝40m。
实施例四
以实施例三布置接触式泥石流运动参数监测系统为基础，在泥石流沟道B内进行泥石流发生预报、预警。
图4-1是监测系统预警流程框图。
根据泥石流以细颗粒为主的特征依参照文献1方法，取值经验参数k＝2.2。
某时间，在泥石流沟道B内，接触式泥石流运动参数监测系统的上位控制中心5监测到信号采集装置2获取并由信号传输装置4实时传输的数据包括：
第一排接触式泥石流运动参数监测装置数据：泥石流开始冲击监测桩的时间：21:40；超声波泥位传感器31：h＝1.8m；下位冲击力传感器321：p1＝170Kpa；中位冲击力传感器322：p2＝180Kpa；上位冲击力传感器323：p3＝160Kpa；加速度传感器33：振动信号持续t＝25s。
进一步得到泥石流/山洪冲击力
参照预警判别条件，第一排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足其中3项条件：振动信号持续时间t＝25s≥10s，泥石流冲击力泥石流泥深h＝1.8m≥0.5m，发出橙色预警信号。
第二排接触式泥石流运动参数监测装置数据：泥石流开始冲击监测桩的时间：22:00；超声波泥位传感器31：h＝2.0m；下位冲击力传感器321：p1＝220Kpa；中位冲击力传感器322：p2＝200Kpa；上位冲击力传感器323：p3＝180Kpa；加速度传感器33：振动信号持续t＝31s。
进一步得到泥石流/山洪冲击力
由泥石流冲击第一排与第二排监测桩的时间差得到Δt＝20s，将L2＝50m、Δt＝20s，代入式2计算得泥石流/山洪平均流速进一步将泥石流/山洪冲击力经验参数k＝2.2代入式1，得到泥石流/山洪重度ρ＝13.1KN/m3。
参照预警判别条件，第二排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足其中3项条件：振动信号持续时间t＝31s≥10s；泥石流冲击力p＝200Kpa≥15Kpa；泥石流泥深h＝2.0m≥0.5m，发出黄色预警信号。
第三排接触式泥石流运动参数监测装置数据：泥石流开始冲击监测桩的时间：22:15；超声波泥位传感器31：h＝2.1m；下位冲击力传感器321：p1＝300Kpa；中位冲击力传感器322：p2＝290Kpa；上位冲击力传感器323：p3＝280Kpa；加速度传感器33：振动信号持续t＝40s。
进一步得到泥石流/山洪冲击力
由泥石流冲击第二排与第三排监测桩的时间差得到Δt＝15s，将L2＝50m、Δt＝15s代入式2得泥石流/山洪平均流速进一步将泥石流/山洪冲击力经验参数k＝2.2代入式1，得到泥石流/山洪重度ρ＝11.70KN/m3。
参照预警判别条件，第三排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足其中3项条件：振动信号持续时间t＝40s≥10s；泥石流冲击力泥石流泥深h＝2.1m≥0.5m，发出红色预警信号。
Claims (12)
1.一种接触式泥石流运动参数监测系统，包括接触式泥石流运动参数监测装置、上位控制中心(5)；
所述接触式泥石流运动参数监测装置，包括柱状监测桩(1)；柱状监测桩(1)通过其下部区域固定在泥石流沟道底床中，柱状监测桩(1)上部区域布置参数监测传感器，参数监测传感器分别通过必要的信号传输线路与信号采集装置(2)联接，信号采集装置(2)通过信号传输装置(4)与上位控制中心(5)通过无线信号通信；
所述监测传感器包括超声波泥位传感器(31)、冲击力传感器(32)、加速度传感器(33)；所述超声波泥位传感器(31)布置在冲击力传感器(32)上方，所述加速度传感器(33)布置在柱状监测桩(1)上部区域内部；
其特征在于：所述接触式泥石流运动参数监测装置至少有二，布置在泥石流流通区沟道内，其布置方法是如下二种方式之一：
二级布置方式，应用于泥石流沟道面积小于或等于5Km2或主沟长度小于或等于2Km的泥石流沟道：
纵向布置：沿泥石流沟道方向布置二排接触式泥石流运动参数监测装置，各排间距L1；
沿泥石流沟道横向布置：
当泥石流沟道平均宽度B≤50m，沿泥石流沟道中心线每排布置一接触式泥石流运动参数监测装置，或
当泥石流沟道平均宽度B>50m，沿泥石流沟道中心线每排等间距布置三接触式泥石流运动参数监测装置；
三级布置方式应用于泥石流沟道面积大于5Km2或主沟长度大于2Km的泥石流沟道：
纵向布置：沿泥石流沟道方向布置三排接触式泥石流运动参数监测装置，各排间距L2；
横向布置：
当泥石流沟道平均宽度B<50m，沿泥石流沟道中心线每排布置一接触式泥石流运动参数监测装置，或
当泥石流沟道平均宽度B>50m，沿泥石流沟道中心线每排等间距布置三接触式泥石流运动参数监测装置。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述超声波泥位传感器(31)距离泥石流沟道底床地面高度为h，h＞D，D是泥石流沟道内最大泥深。
3.根据权利要求2所述的监测系统，其特征在于：h＝1.5m+D。
4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述加速度传感器(33)布置在距离泥石流沟道底床地面高度为位置处；D为泥石流沟道内最大泥深。
5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述柱状监测桩(1)采用管状件加工，上部中空区域内布置加速度传感器(33)。
6.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：L1＝50m～100m，L2＝50m～100m。
7.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述冲击力传感器(32)包括自下向上布置的下位冲击力传感器(321)、中位冲击力传感器(322)、上位冲击力传感器(323)，分别距离泥石流沟道底部地面高度为h1、h2、h3，h1＝0.5m～1.0m、h2＝1.0m+h1、h3＝2.0m+h1，h3＜D，D是泥石流沟道内最大泥深。
8.一种利用权利要求7所述的接触式泥石流运动参数监测系统实现的泥石流预警方法，由上位控制中心(5)根据接触式泥石流运动参数监测装置实时传输数据的分析结果发出泥石流预警信号，具体依照如下二种方式之一实施：
二级布置方式实施二级预警，依照如下方式实施：
当第一排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足预警判别条件任意之三时发出黄色预警信号，当第二排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足预警判别条件任意之三时发出红色预警信号；
三级布置方式实施预警，依照如下方式实施：
当第一排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足预警判别条件任意之三时发出橙色预警信号，当第二排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足预警判别条件任意之三时发出黄色预警信号；当第三排接触式泥石流运动参数监测装置传输数据分析结果满足预警判别条件任意之三时发出红色预警信号；
所述预警判别条件是：振动信号持续时间t≥10s或泥石流/山洪冲击力或泥石流泥深h≥0.5m或泥石流/山洪重度ρ≥15KN/m3或泥石流/山洪平均流速
所述振动信号持续时间t由加速度传感器(33)确定，
所述泥石流/山洪冲击力由冲击力传感器(32)确定，是下位冲击力传感器(321)、中位冲击力传感器(322)、上位冲击力传感器(323)监测信号的算术平均值，
所述泥石流泥深h由超声波泥位传感器(31)确定，
所述泥石流/山洪重度ρ依式1计算确定：
式中，ρ—泥石流/山洪重度，单位KN/m3
—泥石流/山洪冲击力，单位Kpa
k—经验参数，根据现有技术在2.0～5.0间取值
—泥石流/山洪平均流速，单位m/s，依式2计算确定
式中，L—沿泥石流沟道方向前后两排接触式泥石流运动参数监测装置的间距，单位m，
△t—沿泥石流沟道方向前后两排监测点泥石流冲击的时间差，单位s，由冲击力传感器(32)确定，是下位冲击力传感器(321)、中位冲击力传感器(322)、上位冲击力传感器(323)监测信号的算术平均值。
9.根据权利要求8所述的预警方法，其特征在于：h＝1.5m+D。
10.根据权利要求8所述的预警方法，其特征在于：所述加速度传感器(33)布置在距离泥石流沟道底床地面高度为位置处。
11.根据权利要求8所述的预警方法，其特征在于：所述柱状监测桩(1)采用管状件加工，上部中空区域内布置加速度传感器(33)。
12.根据权利要求8所述的预警方法，其特征在于：L1＝50m～100m，L2＝50m～100m。
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