CN110021148A - 一种用于水电站的泥石流灾害预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水电站的泥石流灾害预警装置,其中，本发明底座之间的横杆内设有用于监测岩土体含水量的传感器和用于监测地层中固体颗粒信息的声波仪,结合雨量筒内三个计量筒，分别对短时间降雨变化数据、中长期降雨量等信息进行持续监测，通过对岩土体中的含水量、地层中固体颗粒在降雨过程中的水分动态变化情况，短期降雨、长期降雨等引发泥石流的多种因素进行长期持续数据采集分析，对水电站区域泥石流灾害进行精准预警，另外本发明的缓冲滚筒对已经发生的泥石流灾害进行缓冲，在一定程度上减少泥石流灾害的冲击破坏能力，为水电站工作人员及时做好应对泥石流灾害的工作预留了一定的时间，可以减小泥石流灾害造成的损失。

Description

一种用于水电站的泥石流灾害预警装置

技术领域

本发明属于灾害预警技术领域，特别涉及一种用于水电站的泥石流灾害预警装置。

背景技术

泥石流是沿自然坡面或压力坡流动的松散土体与水、气的混合体，常发生在山区小流域，是一种包含大量泥沙石块和巨砾的固液气三相流体，呈黏性层流或稀性紊流等运动状态。泥石流是山区特有的一种突发性自然灾害，对环境、生态和社会造成直接破坏和影响。影响和破坏的对象包括流域内的生态、环境、城镇、水利水电设施和人民生命财产等。泥石流灾害夜发率高、突发性强、来势凶猛、危害广泛。对于水电站来说，为了确保蓄水能力、发电能力等综合功能，以及充分利用地形等优势节约建设成本，通常将其建设到山区或者沟谷深壑。因此，为了降低泥石流对水电站的建设及后期运行期间的影响，避免造成人员伤亡，以及水电站损毁引发洪水灾害，通常在水电站附近区域建设相应的泥石流灾害预警装置，以便为水电站工作人员及时准确的提供泥石流预警信息，方便工作人员及时做好应对措施。

现有的泥石流预警系统需要对降雨数据进行统计分析，根据降雨量推测岩土体内的含水量变化情况，另外需要专业工程技术人员现场监测岩土体颗粒组成等数据信息，再将颗粒组成等数据与降雨量数据结合进行综合分析，此过程周期长，且带有较大的主观性，预警效果难以满足防灾减灾的需要，而且预警指标难以定量化（通常是范围值），操作判断复杂，人工监测成本较高。此外，现场采集监测数据难度大，前期降雨会影响土体内部的含水量情况，表面径流会冲刷坡面，内部径流则可能把岩土体内部的细小颗粒冲出，导致坡体的稳定性变差，在后续降雨过程中土体发生破坏，后续的监测数据与实际值会有一定程度的误差，导致预报的精度难以满足防灾减灾的要求，可能存在漏报、误报等诸多问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于水电站的泥石流灾害预警装置，以解决背景技术中提出的问题，本发明采用如下技术方案：一种用于水电站的泥石流灾害预警装置，包括两个底座，所述底座上设有固定桩，且两个底座相对一侧固定连接有第一转轴，第一转轴分别与横杆两端转动连接，横杆上设有信号接收发射器、声波仪和土壤含水量传感器，所述底座上侧与滑杆下端固定连接，滑杆上端固定连接有雨量筒，且滑杆上滑动连接有滑块，滑块侧面固定连接有竖杆，竖杆分别与挡板左右边缘固定连接，且竖杆下端转动连接有第二转轴，且第二转轴与缓冲滚筒的第三转轴固定连接，第三转轴侧面环形均匀分布有叶片。

所述雨量筒由从上至下分布的集水漏斗、第一计量筒、第二计量筒和第三计量筒组成，集水漏斗和第一计量筒、第一计量筒和第二计量筒、第二计量筒和第三计量筒均通过水管连通，且第一计量筒与第二计量筒、第二计量筒与第三计量筒以及第三计量筒底端水管上均设有阀门和流量计。

作为优选：所述底座侧面设有加强肋，用于加强底座的强度。

作为优选：所述滑杆侧面线性均匀分布有红外传感器，利用红外传感器确定滑块距离底座的高度。

作为优选：所述挡板为V形结构，且挡板远离竖杆一端的折弯部位为弧形，且所述挡板内侧固定连接有多个支杆，利用支杆提升挡板的强度。

作为优选：所述滑块与第二转轴转动连接部位设有计数器，用于计量第二转轴转动的数据。

作为优选：所述阀门为可设置时间自动启闭的电动定时蝶阀，其中第一计量筒与第二计量筒之间阀门上自动启闭时间为十分钟，第二计量筒与第三计量筒之间阀门上自动启闭时间为一小时，第三计量筒底端阀门上自动启闭时间为一天。

本发明的有益效果：本发明雨量筒的第一计量筒、第二计量筒和第三计量筒分别对短、中、长时间段降雨信息进行监测，同时综合土壤含水量传感器提供的含水量信息变化和声波仪监测的土层中土体的颗粒组成特征，对泥石流启动情况进行监测。泥石流发生后，泥石流经过挡板后，冲击缓冲滚筒时，缓冲滚筒能缓冲已经发生的泥石流，减小泥石流破坏力，泥石流经过挡板时，泥石流给挡板向上的分力推动挡板上下移动，红外传感器测量出挡板移动距离，结合缓冲滚筒的转动圈数对已经发生的泥石流规模及冲击能力进行监测，为水电站提供泥石流的相关基础参数。本发明通过对泥石流启动及运动过程的持续监测，获取泥石流启动时间及运动破坏能力等参数，为现场管理人员提供重要的参考。可以根据泥石流启动时间发布预警信息。同时，结合泥石流规模及冲击破坏能力，及时采取防护措施，把泥石流对水电站运行造成的影响降到最小，最大化减小泥石流对水电站造成的损失。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述；

图1为本发明整体结构图；

图2为本发明侧视结构图；

图3为本发明雨量筒结构图；

图4为本发明红外传感器分布图。

图中标号

1雨量筒；2滑杆；3红外传感器；4底座；5加强肋；6固定桩；7第一转轴；8滑块；9横杆；10信号接收发射器；11声波仪；12含水量传感器；13第二转轴；14缓冲滚筒；1401第三转轴；1402叶片；15挡板；16支杆；17竖杆；18集水漏斗；19第一计量筒；20第二计量筒；21第三计量筒；22阀门；23流量计。

具体实施方式

如图1-4所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种用于水电站的泥石流灾害预警装置，包括两个底座4，所述底座4上设有固定桩6，且两个底座4相对一侧固定连接有第一转轴7，第一转轴7分别与横杆9两端转动连接，横杆9上设有信号接收发射器10、声波仪11和土壤含水量测定仪12，所述底座4上侧与滑杆2下端固定连接，滑杆2上端固定连接有雨量筒1，且滑杆2上滑动连接有滑块8，滑块8侧面固定连接有竖杆17，竖杆17分别与挡板15左右边缘固定连接，且竖杆17下端转动连接有第二转轴13，且第二转轴13与缓冲滚筒14的第三转轴1401固定连接，第三转轴1401侧面环形均匀分布有叶片1402。

所述雨量筒1由从上至下分布的集水漏斗18、第一计量筒19、第二计量筒20和第三计量筒21组成，集水漏斗18和第一计量筒19、第一计量筒19和第二计量筒20、第二计量筒20和第三计量筒21均通过水管连通，且第一计量筒19与第二计量筒20、第二计量筒20与第三计量筒21以及第三计量筒21底端水管上均设有阀门22和流量计23。

所述底座4侧面设有加强肋5。

所述滑杆2侧面线性均匀分布有红外传感器3。

所述挡板15为V形结构，且挡板15远离竖杆17一端的折弯部位为弧形，且所述挡板15内侧固定连接有多个支杆16。

所述滑块8与第二转轴13转动连接部位设有计数器。

所述阀门22为可设置时间自动启闭的电动定时蝶阀。

具体的泥石流灾害预警方法为：利用固定桩6将适当数量的本发明均匀的固定在水电站附近区域，并且使滑杆2处于竖直状态，之后，转动横杆9，调整横杆9至合适角度，将声波仪11和土壤含水量传感器12埋设在坡体中。

本发明对水电站的泥石流灾害预警过程包括，利用雨量筒1内第一计量筒19、第二计量筒20和第三计量筒21分别对水电站附近区域10分钟、1小时和24小时的降雨信息进行监测；利用含水率传感器12对土壤中的含水量变化情况进行监测；利用声波仪11发射声波，根据声波在不同岩石、土壤中传播的速度、幅度及频率变化等声学特性分析土层中的颗粒组成特征等信息，之后信号接收发射器10将降雨数据，含水量变化数据以及土体颗粒组成特征、岩石裂缝变化情况数据发送给水电站灾害预警相关部门；当泥石流发生之后，缓冲滚筒14和挡板15配合，缓冲泥石流的破坏力，同时测定出泥石流启动的动态数据，并且将泥石流启动的动态数据通过信号接收发射器10发送给水电站灾害预警部门，在泥石流发生之前，水电站预警部门工作人员对降雨信息、土壤中含水量变化情况和土层中土体的颗粒组成特征等数据进行分析，预测达到泥石流发生理论临界值的时间，以及泥石流的规模及冲击破坏能力，进而对泥石流灾害进行预警，在泥石流发生后，水电站预警部门的工作人员可以根据泥石流运动的动态数据，快速掌握泥石流的规模及冲击破坏能力，根据泥石流规模及其冲击破坏能力发布预警信息。

其中：当降雨发生时，雨水被集水漏斗18收集后，先后通过第一计量筒19、第二计 量筒20和第三计量筒21，雨量测量之后，雨水从第三计量筒21底端的水管排出，雨水与阀门 22接触触发计时器工作，当达到计时器设定时间后，阀门22打开，流量计23分别对第一计量 筒19、第二计量筒20和第三计量筒21内雨量进行测量，分别得出10分钟、1小时和24小时的 降雨量数据，利用公式 预 测前 段时间降雨量 对土层内含水量的贡献。

根据声波仪11测量土体的颗粒组成特征，利用泥石流启动临界流量公式 求出泥石流启动临界流量值，式中：堆积物颗粒平均粒径 和沟床坡度的值均由声波仪11测量，之后利用 反推出 的值，在 中， 为产流系数，为降雨不均匀修正系数， 为流域面积，而 为土体含水量临界值， 参考水电站区域泥石流日志分别确定10分钟、1小时和24小时的 之后，求出对应10分钟、 1小时和24小时的土体含水量临界值。

以时间为x轴，土体含水量为y轴，将土体含水量传感器12测量的土体含水量绘制 成三个折线图，其中三个折线图x轴单位长度分别为10分钟、1小时和24小时，用来分别显示 10分钟、1小时和24小时土体含水量变化情况，并且将前 段时间降雨量 预测的土体含 水量增量 与土体含水量的数值分别绘制到三个折线图中，当三个折线图中y轴数值达 到对应的10分钟、1小时和24小时土体含水量临界值的0.9倍时，水电站工作人员根据三个 折线图达到含水量临界值分别发出10分钟、1小时和24小时的泥石流警报，其中安全系数为 1.11。

在泥石流发生时，泥石流产生的冲击力作用于挡板15下侧面，在挡板15下侧斜面作用下，产生竖直向上的分力，推动挡板15和缓冲滚筒14沿着滑杆2向上移动，滑块8将红外传感器3遮挡，利用红外传感器15测量出滑块8向上滑动的高度H，结合滑块8向上滑动的高度H与滑块之间的距离L可以计算得出泥石流经过缓冲滚筒14的单位截面积S，另外泥石流经过缓冲滚筒14时，推动缓冲滚筒14转动，同时叶片1402给泥石流一定的阻力，减小了泥石流的冲击破坏力，在缓冲滚筒14转动过程中，第二转轴13上的计轴器记录出缓冲滚筒14转动圈速，根据单位界面剂S与缓冲滚筒14转动的圈数n得出泥石流规模，方便工作人员根据泥石流的规模，及时做出应对措施，减小泥石流造成的损失。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的专业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种用于水电站的泥石流灾害预警装置，包括两个底座，其特征在于：所述底座上设有固定桩，且两个底座相对一侧固定连接有第一转轴，第一转轴分别与横杆两端转动连接，横杆上设有信号接收发射器、声波仪和含水量传感器，所述底座上侧与滑杆下端固定连接，滑杆上端固定连接有雨量筒，且滑杆上滑动连接有滑块，滑块侧面固定连接有竖杆，竖杆分别与挡板左右边缘固定连接，且竖杆下端转动连接有第二转轴，且第二转轴与缓冲滚筒的第三转轴固定连接，第三转轴侧面环形均匀分布有叶片。

2.根据权利要求1所述的一种用于水电站的泥石流灾害预警装置，其特征在于：所述雨量筒由从上至下分布的集水漏斗、第一计量筒、第二计量筒和第三计量筒组成，集水漏斗和第一计量筒、第一计量筒和第二计量筒、第二计量筒和第三计量筒均通过水管连通，且第一计量筒与第二计量筒、第二计量筒与第三计量筒以及第三计量筒底端水管上均设有阀门和流量计。

3.根据权利要求1所述的一种用于水电站的泥石流灾害预警装置，其特征在于：所述底座侧面设有加强肋。

4.根据权利要求1所述的一种用于水电站的泥石流灾害预警装置，其特征在于：所述滑杆侧面线性均匀分布有红外传感器。

5.根据权利要求1所述的一种用于水电站的泥石流灾害预警装置，其特征在于：所述挡板为V形结构，挡板远离竖杆一端的折弯部位为弧形，且所述挡板内侧固定连接有多个支杆。

6.根据权利要求1所述的一种用于水电站的泥石流灾害预警装置，其特征在于：所述滑块与第二转轴转动连接部位设有计数器。

7.根据权利要求1所述的一种用于水电站的泥石流灾害预警装置，其特征在于：所述阀门为可设置时间自动启闭的电动定时蝶阀。