CN104992533A - 水气压力传感器监测预警预报系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种水气压力传感器监测预警预报系统，包括有若干个监测站，对岩溶管道裂隙系统的水气压力进行实时监测；监控预警中心计算机，用于接收所述监测站发送的实时数据信息，计算所得各监测站的临界水头压力值，建立实时信息数据库，并结合物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界数据，并在计算出监测站的临界水头压力值出现越界值时进行预警预报；远程数据连接桥。本发明通过在被检测区域内的多个监测点上钻孔安装水气压力传感器，通过数据自动采集无线传感，对水气压力进行实时监测，并在监控预警中心计算机内建立水头压力值信息数据库，生成数据趋势图，通过与地面塌陷的临界值进行比较，实现对岩溶塌陷的监测和预警。

Description

水气压力传感器监测预警预报系统

【技术领域】

本发明涉及一种监测系统，具体地说是一种地质灾害监测预警系统和监测预警方法。

【背景技术】

岩溶地面塌陷是全球广泛分布的地质灾害问题，目前，国内外在岩溶塌陷灾害研究方面，主要注重如下几个方面：(1)岩溶塌陷发育条件的勘测技术；(2)岩溶塌陷发育的过程、机理和临界条件研究；(3)岩溶塌陷基础数据库建设；(4)岩溶塌陷危险性预测与风险评估；(5)岩溶塌陷预测预警。

岩溶塌陷的发育由于受到岩溶发育的不均匀性和岩溶水作用的周期性影响，发育更为复杂，在空间上具有隐蔽性、发育过程具有累进性、塌陷的发生具有突发性特点，使监测工作面临诸多问题，一般都难以用地面常规监测手段来预报监测塌陷。

为了能够尽力做到岩溶塌陷的预测预警，本发明对监测区域内的地下水位、孔隙水压力及上覆土体变形开展高密度、高精度现场实时监测，通过与室内模拟临界条件对比，开展岩溶塌陷预报模型研究，并提出预防措施。

【本发明内容】

本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种水气压力传感器监测的预警预报系统，以解决现有技术中存在不能准确预警岩溶塌陷的问题。

一种水气压力传感器监测预警预报系统，其包括有：

若干个监测站，被分布在被监测区域内的多个监测点上，其利用传感技术对岩溶管道裂隙系统的水气压力进行实时监测；

监控预警中心计算机，用于接收所述监测站发送的实时数据信息，计算所得各监测站的临界水头压力值，建立实时信息数据库，并结合物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界水头压力数据，并在计算出监测站的临界水头压力值出现越界值时进行预警预报；

远程数据连接桥，其将监测站所监测到的信息传送到监控预警中心计算机内。

优化地，所述的监测站固定在被监测区域任意一个监测点的地面上，包括有地面部分和地下部分，地下部分设置有若干个水气压力传感器，地面部分设有与水气压力传感器连接的供电电源、数据记录仪器。

优化地，所述监控预警中心计算机包括有：通信模块，用于进行基于GPRS无线通信协议的无线通信和计算机网络通信，接收所述监测站发出的实时数据信息；数据处理模块，用于对所接收的实时数据信息进行数据处理，计算所得各监测站的临界水头压力值，并建立信息数据库，生成数据趋势图；越界报警模块，将接收到的监测站发出的实时数据信息与预先设定的物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界数据进行比对，判断实时数据是否超出越界值，对将要发生的地质灾害作出预测，同时发出地质灾害预警信息。

优化地，所述的供电电源为太阳能电池板与蓄电池的组合形式。

优化地，所述的远程数据连接桥包括有设置在所述监测站地面部分的用于无线数据传输的GPRS传输组件和设置在监控预警中心计算机的通讯模块。

优化地，所述监测站地面部分的蓄电池、数据记录仪器和GPRS传输组件置于保护箱内进行包裹防护。

优化地，所述的水气传感器的型号为GK-4500S型渗压计。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明通过在被监测区域内的多个监测点上钻孔安装水气压力传感器，通过数据自动采集系统和无线传感技术，对岩溶管道裂隙系统的水气压力进行实时监测，以监测资料为基础，在监控预警中心计算机内建立水头压力值信息数据库，生成数据趋势图，并通过与物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界值进行比较，实现对岩溶塌陷的监测和预警。

【附图说明】

图1为本本发明系统的连接示意图；

图2为本本发明中监测站中各组件的连接示意图。

【具体实施方式】

本发明为一种水气压力传感器监测预警预报系统，如图1所示，其包括有：

若干个监测站1，被分布在被监测区域内的多个监测点上，其利用传感技术对岩溶管道裂隙系统的水气压力进行实时监测；

监控预警中心计算机10，用于接收所述监测站1发送的实时数据信息，计算所得各监测站1的临界水头压力值，建立实时信息数据库，并结合物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界水头压力数据，并在计算出监测站1的临界水头压力值出现越界值时进行预警预报；所述监控预警中心计算机10包括有：通信模块2，用于进行基于GPRS无线通信协议的无线通信和计算机网络通信，接收所述监测站1发出的实时数据信息；数据处理模块3，用于对所接收的实时数据信息进行数据处理，计算所得各监测站1的临界水头压力值，并建立信息数据库，生成数据趋势图；越界报警模块4，将接收到的监测站1发出的实时数据信息与预先设定的物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界数据进行比对，判断实时数据是否超出越界值，对将要发生的地质灾害作出预测，同时发出地质灾害预警信息。

远程数据连接桥，其将监测站1所监测到的信息传送到监控预警中心计算机10内。

在本发明的实施例中，如图2所示，所述的监测站1固定在被监测区域任意一个监测点的地面上，包括有地面部分和地下部分，地下部分设置有若干个水气压力传感器9，地面部分设有与水气压力传感器9连接的供电电源、数据记录仪器6。所述的供电电源为太阳能电池板5与蓄电池8的组合形式。所述监测站地面部分的蓄电池8、数据记录仪器6和GPRS传输组件7置于保护箱内进行包裹防护。所述的水气传感器9的型号为GK-4500S型渗压计。

所述的远程数据连接桥包括有设置在所述监测站1地面部分的用于无线数据传输的GPRS传输组件7和设置在监控预警中心计算机10的通讯模块2。

本发明通过在被监测区域内的多个监测点上钻孔安装水气压力传感器9，通过数据自动采集系统和无线传感技术，对岩溶管道裂隙系统的水气压力进行实时监测，以监测资料为基础，在监控预警中心计算机10内建立水头压力值信息数据库，生成数据趋势图，并通过与物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界值进行比较，实现对岩溶塌陷的监测和预警。

下面结合本水气压力传感器监测预警预报系统，具体阐明该预警预报系统的监测方法，

a、在被检测区域内选取多个监测点，建立监测站1，对每一个监测点进行实时监测，监测以1次/24小时为间隔通过GPRS传输组件7向监控预警中心计算机10传输数据；

b、利用监测站1传输过来的实时监测数据，所述监控预警中心计算机10通过建模解算得出监测的水头压力值，并建立信息数据库，生成数据趋势图；

c、将实时的水头压力值数据与预先设定的物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界数据进行比对，判断实时数据是否超出越界值，对将要发生的地质灾害作出预测，同时发出地质灾害预警信息。

本发明中，岩溶塌陷是否发生的测算方法如下：

将岩溶塌陷在时空上以临界土洞为界，划分为内部塌陷阶段和地表塌陷阶段，针对两个不同阶段建立渗压效应致塌的力学模型。

(1)对内部塌陷阶段，利用普氏天然平衡拱理论建立临界土洞的最大高度表达式： $h_{max}=0.828\·\frac{D}{2f_k}.$

其中，D——压力拱的跨度(m)

fk——土体的坚固性系数

h——盖层土体的厚度(m)

hmax——临界土洞高度(m)

该公式的适用条件为：h≥2hmax，即岩溶洞体需达到一定埋深才能形成稳定土拱，如埋深较浅则直接进入地表塌陷阶段。

(2)对地表塌陷阶段，利用极限平衡理论建立渗压效应致塌力学模型，得到如下地表塌陷阶段的力学模型表达式：

其中：γ0——降雨入渗前盖层土体的天然重度(kN/m3)

γw——降雨重度(＝9.8kN/m3)

k0——土体侧压力系数

h0——地表水位(m)

V0——渗流速度(m/s)

d——土体平均粒径(mm)

△P——岩溶洞体内真空负压(kPa)

该公式按岩溶发生的最不利条件考虑，假定如下条件：

①强降雨导致盖层水位骤增，岩溶地下水位随溶洞、暗河快速流逝，形成地下水降落漏斗，水位降至基岩顶板以下，塌陷洞体内水汽压力为0；

②塌陷坑为桶状，塌落体直径与岩溶洞穴直径D相同。

当K＜1时，塌陷发生；当K＝1时，塌陷体处于极限平衡状态；当K＞1时，稳定。

(2)临界水头压力Pcr的确定

由于监测区内仅能钻孔揭露溶洞洞穴高度，其直径D难以实际测量，为取得该参数，一方面可借鉴区内已有记录的7次岩溶塌陷(见下表)，就近选择监测点邻近塌陷洞穴直径作为该点临界塌陷直径(一般为3～7m)；另一方面，因目前监测点尚未发生地表塌陷，即表明洞体均处于稳定～极限平衡状态，可根据钻孔揭露的洞穴高度反算出岩溶洞穴直径D，同时结合区内已发塌陷洞穴直径予以修正。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实例施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依据可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或对其部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本本发明技术方案的精神和范畴。

Claims (7)

1.一种水气压力传感器监测预警预报系统，其特征在于，其包括有

若干个监测站，被分布在被监测区域内的多个监测点上，其利用传感技术对岩溶管道裂隙系统的水气压力进行实时监测；

监控预警中心计算机，用于接收所述监测站发送的实时数据信息，计算所得各监测站的临界水头压力值，建立实时信息数据库，并结合物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界水头压力数据，并在计算出监测站的临界水头压力值出现越界值时进行预警预报；

远程数据连接桥，其将监测站所监测到的信息传送到监控预警中心计算机内。

2.根据权利要求1所述的一种水气压力传感器监测预警预报系统，其特征在于，所述的监测站固定在被监测区域任意一个监测点的地面上，包括有地面部分和地下部分，地下部分设置有若干个水气压力传感器，地面部分设有与水气压力传感器连接的供电电源、数据记录仪器。

3.根据权利要求1所述的一种水气压力传感器监测预警预报系统，其特征在于，所述监控预警中心计算机包括有：

通信模块，用于进行基于GPRS无线通信协议的无线通信和计算机网络通信，接收所述监测站发出的实时数据信息；

数据处理模块，用于对所接收的实时数据信息进行数据处理，计算所得各监测站的临界水头压力值，并建立信息数据库，生成数据趋势图；

越界报警模块，将接收到的监测站发出的实时数据信息与预先设定的物理塌陷模型试验中获取的地面塌陷的临界数据进行比对，判断实时数据是否超出越界值，对将要发生的地质灾害作出预测，同时发出地质灾害预警信息。

4.根据权利要求2所述的一种水气压力传感器监测预警预报系统，其特征在于，所述的供电电源为太阳能电池板与蓄电池的组合形式。

5.根据权利要求3所述的一种水气压力传感器监测预警预报系统，其特征在于，所述的远程数据连接桥包括有设置在所述监测站地面部分的用于无线数据传输的GPRS传输组件和设置在监控预警中心计算机的通讯模块。

6.根据权利要求5所述的一种水气压力传感器监测预警预报系统，其特征在于，所述监测站地面部分的蓄电池、数据记录仪器和GPRS传输组件置于保护箱内进行包裹防护。

7.根据权利要求2所述的一种水气压力传感器监测预警预报系统，其特征在于，所述的水气传感器的型号为GK-4500S型渗压计。