CN115110491A - 泥石流监控预警的警报装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了泥石流监控预警的警报装置，属于泥石流技术领域，该泥石流监控预警的警报装置包括引流消能组件和物源检测组件。电导率检测仪通过管路电阻监测当前泥石流沟水位高度，对下游及时进行泥石流预警。动力泵从相应消能管进行泥石流取样，泥石流中的石块、树枝等大块固体被小管径取样管限制取样，经由质量流量计科里奥利原理，测量液固双相流中含固率，数据采样及时上传，对下游进行泥石流破坏性预警。相比传统的构建泥石流预报模型进行预警，泥石流起动过程中，泥石流液位高度和含固率及时取样，预警时效性好，预警准确率高，泥石流监测仪器仪表使用安全稳定性高，及时反馈相关数据，方便对泥石流沟地形、地质和降雨的长期研究。

Description

泥石流监控预警的警报装置

技术领域

本申请涉及泥石流技术领域，具体而言，涉及泥石流监控预警的警报装置。

背景技术

泥石流是常见的一种山地灾害，常见形式为沟谷型。其形成机理是在短历时强降雨的作用下，大量雨水在地表形成径流，汇集到主沟道并形成强大的山洪，继而侵蚀沟床并起动以前滑坡和崩塌堆积在沟床内固体物质形成泥石流。泥石流起动条件由地形条件、地质条件和降水条件组成，地形条件指有利于沟床物源起动的地形条件，地质条件可以表示为泥石流流域形成区岩性的坚固系数、断裂带(构造)、地震烈度、物理风化和化学风化等修正条件，降水条件是指短时地区强降雨。一般通过对地形、地质和降雨以及相互之间的关系进行长时间研究，构建泥石流预报模型进行预警。

然而，泥石流沟预警条件研究跨度时间长，泥石流沟谷地形、地质条件也会随着时间的变化进行演变，针对性的对泥石流爆发前期数据采样，是现有提高泥石流预警精度的一种重要手段。但是现有的设备再对泥石流沟进行数据采样时，只能进行影像和降雨方面的数据采样，对沟床内固体物质采样缺乏必要的手段，取样仪器很难抵抗泥石流爆发产生的巨大冲击力，取样人员的安全和时效性都难以保证。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出泥石流监控预警的警报装置，通过坝堤内管路对沟床内泥石流进行分流消能；对坝堤内消能后的泥石流进行分层取样和质量分析。

本申请是这样实现的：

本申请提供了一种泥石流监控预警的警报装置包括引流消能组件和物源检测组件。

所述引流消能组件包括边坡基架、中控架、挡护架和消能管，所述中控架设置于所述边坡基架之间，所述挡护架设置于所述边坡基架之间，所述挡护架设置于所述中控架上，所述消能管均匀连通设置于所述边坡基架内和所述中控架内，所述物源检测组件包括泄流闸阀、电导率检测仪、取样管、质量流量计、动力泵和回流管，所述泄流闸阀连通设置于所述消能管上，所述电导率检测仪连通设置于所述消能管上，所述取样管连通设置于所述消能管上，所述泄流闸阀、所述电导率检测仪和所述取样管均设置于所述中控架内，所述质量流量计设置于所述中控架外，所述质量流量计一端连通于所述取样管，所述动力泵机身设置于所述中控架外，所述动力泵连通于所述质量流量计另一端，所述回流管搭接于所述中控架上，所述回流管连通于所述动力泵。

在本申请的一种实施例中，所述消能管上连通设置有导流头，所述导流头与所述边坡基架表面平齐。

在本申请的一种实施例中，所述边坡基架内设置有定位桥架，所述定位桥架固定套接于所述导流头上。

在本申请的一种实施例中，所述中控架周侧设置管箍架，所述管箍架固定套接于所述消能管表面。

在本申请的一种实施例中，所述边坡基架内和所述挡护架内填充有片石混凝土，所述中控架内设置有井下空腔。

在本申请的一种实施例中，所述中控架上设置延伸架，所述质量流量计搭接于所述延伸架上。

在本申请的一种实施例中，所述消能管上连通设置有取样阀，所述取样阀连通于所述取样管上。

在本申请的一种实施例中，所述质量流量计一端连通设置有废液阀，所述废液阀连通于外部大气。

在本申请的一种实施例中，所述质量流量计另一端连通设置有进流阀，所述进流阀连通于所述动力泵。

在本申请的一种实施例中，所述动力泵机身设置有法兰座，所述法兰座固定于所述延伸架上。

在本申请的一种实施例中，所述的泥石流监控预警的警报装置还包括地表径流组件和沟床监控组件。

所述地表径流组件包括集水通槽、回流通槽、径流流量计、径流管和称重雨量计，所述集水通槽均匀设置于所述边坡基架外，所述回流通槽连通设置于所述集水通槽上，所述径流流量计一端连通设置于所述回流通槽上，所述径流管均匀搭接于所述边坡基架上和所述中控架，所述径流管连通于所述径流流量计另一端，所述称重雨量计设置于所述边坡基架外，所述沟床监控组件包括直立架、悬挂缆绳、滑索座和监控主体，所述直立架设置于所述中控架上，所述悬挂缆绳均匀设置于所述直立架之间，所述滑索座滑动套接于悬挂缆绳表面，所述监控主体设置于所述滑索座下方。

在本申请的一种实施例中，所述集水通槽上均匀设置有等距夹板，所述集水通槽顶部均匀设置有支耳，所述支耳内滑动贯穿设置有地钉。

在本申请的一种实施例中，所述回流通槽内设置有滤管，所述滤管连通于所述径流流量计一端，所述称重雨量计周侧设置有防风条。

在本申请的一种实施例中，所述直立架上设置有锚缆座，所述悬挂缆绳两端固定于所述锚缆座上，所述滑索座下端滑动套接有锁座，所述监控主体固定于所述锁座上。

本申请的有益效果是：本申请通过上述设计得到的泥石流监控预警的警报装置，使用时，强降雨导致的地表径流汇集到泥石流沟时，随着沟床水位的上升，流体中的固体物质含量增加，泥石流的冲击破坏性也随之增加。在泥石流沟段选取部分区域进行开挖地基，通过边坡基架、挡护架内填充片石混凝土组成堤坝，对泥石流冲击进行防护。泥石流起动时，通过导流头避让泥石流的正向冲击，导流头和消能管的切向内置，可通过进口管路弧度吸收泥石流的冲击势能，出口的管路弧度反冲沟床泥石流抵消泥石流的冲击势能。通过泄流闸阀控制泥石流采样径流量，降低消能管内泥石流的流速，电导率检测仪通过管路电阻监测当前泥石流沟水位高度，对下游及时进行泥石流预警。通过动力泵从相应消能管进行泥石流取样，泥石流中的石块、树枝等大块固体被小管径取样管限制取样，经由质量流量计科里奥利原理，测量液固双相流中含固率，数据采样及时上传，对下游进行泥石流破坏性预警。相比传统的构建泥石流预报模型进行预警，泥石流起动过程中，泥石流液位高度和含固率及时取样，预警时效性好，预警准确率高，泥石流监测仪器仪表使用安全稳定性高，及时反馈相关数据，方便对泥石流沟地形、地质和降雨的长期研究。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施方式提供的泥石流监控预警的警报装置立体结构示意图；

图2为本申请实施方式提供的引流消能组件立体结构示意图；

图3为本申请实施方式提供的引流消能组件局部立体结构示意图；

图4为本申请实施方式提供的物源检测组件立体结构示意图；

图5为本申请实施方式提供的地表径流组件立体结构示意图；

图6为本申请实施方式提供的沟床监控组件立体结构示意图。

图中：100-引流消能组件；110-边坡基架；111-定位桥架；120-中控架；121-管箍架；122-井下空腔；123-延伸架；130-挡护架；140-消能管；141-导流头；142-取样阀；300-物源检测组件；310-泄流闸阀；320-电导率检测仪；330-取样管；340-质量流量计；341-废液阀；342-进流阀；350-动力泵；351-法兰座；360-回流管；500-地表径流组件；510-集水通槽；511-等距夹板；512-支耳；513-地钉；520-回流通槽；521-滤管；530-径流流量计；540-径流管；550-称重雨量计；551-防风条；700-沟床监控组件；710-直立架；711-锚缆座；720-悬挂缆绳；730-滑索座；731-锁座；740-监控主体。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

实施例

如图1-图6所示，根据本申请实施例的泥石流监控预警的警报装置包括引流消能组件100、物源检测组件300、地表径流组件500和沟床监控组件700。物源检测组件300安装在引流消能组件100内，地表径流组件500安装在引流消能组件100外，沟床监控组件700安装在引流消能组件100外，沟床监控组件700安装在引流消能组件100之间。引流消能组件100通过坝堤内管路对沟床内泥石流进行分流消能；物源检测组件300对坝堤内消能后的泥石流进行分层取样和质量分析；地表径流组件500对泥石流两侧地表径流进行流量监测和区域降雨监测；沟床监控组件700对泥石流沟进行影像数据采集。

如图2-图6所示，泥石流沟预警条件研究跨度时间长，泥石流沟谷地形、地质条件也会随着时间的变化进行演变，针对性的对泥石流爆发前期数据采样，是现有提高泥石流预警精度的一种重要手段。但是现有的设备再对泥石流沟进行数据采样时，只能进行影像和降雨方面的数据采样，对沟床内固体物质采样缺乏必要的手段，取样仪器很难抵抗泥石流爆发产生的巨大冲击力，取样人员的安全和时效性都难以保证。

引流消能组件100包括边坡基架110、中控架120、挡护架130和消能管140。中控架120设置于边坡基架110之间，中控架120与边坡基架110栓接。中控架120内设置有井下空腔122，方便取样设备的安装和保护。挡护架130设置于边坡基架110之间，挡护架130与边坡基架110栓接。挡护架130设置于中控架120上，挡护架130与中控架120栓接。边坡基架110内和挡护架130内填充有片石混凝土，具体的组成泥石流沟床堤坝，对泥石流冲击进行抵抗，并保护中控架120内的取样设备。消能管140均匀连通设置于边坡基架110内和中控架120内，消能管140上连通设置有导流头141，边坡基架110内设置有定位桥架111，定位桥架111与边坡基架110栓接，定位桥架111固定套接于导流头141上，定位桥架111与导流头141焊接。

其中，导流头141与边坡基架110表面平齐，方便泥石流的切向引流。中控架120周侧设置管箍架121，管箍架121与中控架120栓接，管箍架121固定套接于消能管140表面，对消能管140进行限位。

物源检测组件300包括泄流闸阀310、电导率检测仪320、取样管330、质量流量计340、动力泵350和回流管360。泄流闸阀310连通设置于消能管140上，泄流闸阀310与消能管140法兰连接。电导率检测仪320连通设置于消能管140上，电导率检测仪320与消能管140螺纹连接。取样管330连通设置于消能管140上，消能管140上连通设置有取样阀142，取样阀142连通于取样管330上，取样阀142分别与消能管140和取样管330法兰连接。泄流闸阀310、电导率检测仪320和取样管330均设置于中控架120内，方便仪表的保护和调节。质量流量计340设置于中控架120外，中控架120上设置延伸架123，延伸架123与中控架120栓接，质量流量计340搭接于延伸架123上。质量流量计340一端连通于取样管330，质量流量计340与取样管330螺纹连接密封。

其中，动力泵350机身设置于中控架120外，动力泵350机身设置有法兰座351，法兰座351固定于延伸架123上，法兰座351分别与动力泵350和延伸架123螺栓连接。动力泵350连通于质量流量计340另一端，回流管360搭接于中控架120上，回流管360连通于动力泵350，回流管360与动力泵350螺纹连接密封。质量流量计340另一端连通设置有进流阀342，进流阀342连通于动力泵350，进流阀342分别与质量流量计340和动力泵350法兰连接。质量流量计340一端连通设置有废液阀341，废液阀341与质量流量计340法兰连接，废液阀341连通于外部大气，方便泥石流积液的排出。

强降雨导致的地表径流汇集到泥石流沟时，随着沟床水位的上升，流体中的固体物质含量增加，泥石流的冲击破坏性也随之增加。在泥石流沟段选取部分区域进行开挖地基，通过边坡基架110、挡护架130内填充片石混凝土组成堤坝，对泥石流冲击进行防护。泥石流起动时，通过导流头141避让泥石流的正向冲击，导流头141和消能管140的切向内置，可通过进口管路弧度吸收泥石流的冲击势能，出口的管路弧度反冲沟床泥石流抵消泥石流的冲击势能。通过泄流闸阀310控制泥石流采样径流量，降低消能管140内泥石流的流速，电导率检测仪320通过管路电阻监测当前泥石流沟水位高度，对下游及时进行泥石流预警。通过动力泵350从相应消能管140进行泥石流取样，泥石流中的石块、树枝等大块固体被小管径取样管330限制取样，经由质量流量计340科里奥利原理，测量液固双相流中含固率，数据采样及时上传，对下游进行泥石流破坏性预警。相比传统的构建泥石流预报模型进行预警，泥石流起动过程中，泥石流液位高度和含固率及时取样，预警时效性好，预警准确率高，泥石流监测仪器仪表使用安全稳定性高，及时反馈相关数据，方便对泥石流沟地形、地质和降雨的长期研究。

地表径流组件500包括集水通槽510、回流通槽520、径流流量计530、径流管540和称重雨量计550。集水通槽510均匀设置于边坡基架110外，集水通槽510上均匀设置有等距夹板511，等距夹板511与集水通槽510螺栓连接，方便集水通槽510的加长组装。回流通槽520连通设置于集水通槽510上，具体的通过等距夹板511进行螺栓连接。集水通槽510顶部均匀设置有支耳512，支耳512与集水通槽510点焊，支耳512内滑动贯穿设置有地钉513，方便通槽的地面安装。径流流量计530一端连通设置于回流通槽520上，回流通槽520内设置有滤管521，滤管521与回流通槽520焊接。滤管521连通于径流流量计530一端，滤管521与径流流量计530法兰连接。径流管540均匀搭接于边坡基架110上和中控架120。径流管540连通于径流流量计530另一端，径流管540与径流流量计530法兰连接。

其中，称重雨量计550设置于边坡基架110外，称重雨量计550周侧设置有防风条551，防风条551与称重雨量计550螺栓连接，增加称重雨量计的支撑稳定性。

受限于泥石流沟附近地形、地质、植被覆盖等因素，降雨的强弱并不与泥石流沟的实际径流成线性关系，一般通过标准化无量纲临界降雨量公式对泥石流沟进行降雨条件分析，但需要长时间数据采样，构建泥石流沟降雨模型，一般的降雨只能对泥石流区域降雨进行监测，很难直接对泥石流沟内径流进行监测。通过称重雨量计550对液固二相降雨进行称重计量，及时对当地降雨量进行监测，通过集水通槽510的分布放置，对泥石流沟两岸地表径流进行汇流，集水通槽510底部中空与地面相通，部分径流渗入地下不干扰径流水量监测。通过回流通槽520弯折对径流势能进行吸收，降低径流流量计530处的径流流速，通过滤管521对径流中大土质颗粒进行过滤，径流流量计530及时对径流流量进行监测，并通过径流管540直接排入泥石流沟内，减少对堤坝附近地基的侵蚀。区域内径流水量和区域降雨量及时监测统计，泥石流沟径流水量可测，对泥石流沟降雨条件进行补充，结合上述泥石流含固量监测，及时对下游进行泥石流量进行预警，提高泥石流预警精度。

沟床监控组件700包括直立架710、悬挂缆绳720、滑索座730和监控主体740，直立架710设置于中控架120上，直立架710与中控架120栓接。悬挂缆绳720均匀设置于直立架710之间，直立架710上设置有锚缆座711，锚缆座711与直立架710焊接。悬挂缆绳720两端固定于锚缆座711上，具体的悬挂缆绳720两端设置有锁帽，方便缆绳的张紧。滑索座730滑动套接于悬挂缆绳720表面，滑索座730下端滑动套接有锁座731，具体的滑索座730通过螺纹调节夹紧悬挂缆绳720，通过锁座731进行夹紧限位。监控主体740设置于滑索座730下方，监控主体740固定于锁座731上，监控主体740与锁座731螺接。

传统的泥石流影像监测需要在泥石流沟岸设置支架，安装影像装置，泥石流沟处植被覆盖率小、径流冲击大，支架需要设置在泥石流沟远处较安全的位置。通过边坡基架110、中控架120和挡护架130组成的堤坝，对直立架710进行地基锚固，通过滑索座730和悬挂缆绳720的配合，使影像装置悬挂在泥石流沟中心上方，正面对泥石流沟进行影像监测，泥石流沟现场滑面成像精度更高，及时对下游进行泥石流影像预警，补充泥石流沟不同降雨量下的影响分析数据。

具体的，该泥石流监控预警的警报装置的工作原理：强降雨导致的地表径流汇集到泥石流沟时，随着沟床水位的上升，流体中的固体物质含量增加，泥石流的冲击破坏性也随之增加。在泥石流沟段选取部分区域进行开挖地基，通过边坡基架110、挡护架130内填充片石混凝土组成堤坝，对泥石流冲击进行防护。泥石流起动时，通过导流头141避让泥石流的正向冲击，导流头141和消能管140的切向内置，可通过进口管路弧度吸收泥石流的冲击势能，出口的管路弧度反冲沟床泥石流抵消泥石流的冲击势能。通过泄流闸阀310控制泥石流采样径流量，降低消能管140内泥石流的流速，电导率检测仪320通过管路电阻监测当前泥石流沟水位高度，对下游及时进行泥石流预警。通过动力泵350从相应消能管140进行泥石流取样，泥石流中的石块、树枝等大块固体被小管径取样管330限制取样，经由质量流量计340科里奥利原理，测量液固双相流中含固率，数据采样及时上传，对下游进行泥石流破坏性预警。相比传统的构建泥石流预报模型进行预警，泥石流起动过程中，泥石流液位高度和含固率及时取样，预警时效性好，预警准确率高，泥石流监测仪器仪表使用安全稳定性高，及时反馈相关数据，方便对泥石流沟地形、地质和降雨的长期研究。

进一步，受限于泥石流沟附近地形、地质、植被覆盖等因素，降雨的强弱并不与泥石流沟的实际径流成线性关系，一般通过标准化无量纲临界降雨量公式对泥石流沟进行降雨条件分析，但需要长时间数据采样，构建泥石流沟降雨模型，一般的降雨只能对泥石流区域降雨进行监测，很难直接对泥石流沟内径流进行监测。通过称重雨量计550对液固二相降雨进行称重计量，及时对当地降雨量进行监测，通过集水通槽510的分布放置，对泥石流沟两岸地表径流进行汇流，集水通槽510底部中空与地面相通，部分径流渗入地下不干扰径流水量监测。通过回流通槽520弯折对径流势能进行吸收，降低径流流量计530处的径流流速，通过滤管521对径流中大土质颗粒进行过滤，径流流量计530及时对径流流量进行监测，并通过径流管540直接排入泥石流沟内，减少对堤坝附近地基的侵蚀。区域内径流水量和区域降雨量及时监测统计，泥石流沟径流水量可测，对泥石流沟降雨条件进行补充，结合上述泥石流含固量监测，及时对下游进行泥石流量进行预警，提高泥石流预警精度。

另外，传统的泥石流影像监测需要在泥石流沟岸设置支架，安装影像装置，泥石流沟处植被覆盖率小、径流冲击大，支架需要设置在泥石流沟远处较安全的位置。通过边坡基架110、中控架120和挡护架130组成的堤坝，对直立架710进行地基锚固，通过滑索座730和悬挂缆绳720的配合，使影像装置悬挂在泥石流沟中心上方，正面对泥石流沟进行影像监测，泥石流沟现场滑面成像精度更高，及时对下游进行泥石流影像预警，补充泥石流沟不同降雨量下的影响分析数据。

需要说明的是，泄流闸阀310、电导率检测仪320、质量流量计340、动力泵350、径流流量计530、称重雨量计550和监控主体740具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

泄流闸阀310、电导率检测仪320、质量流量计340、动力泵350、径流流量计530、称重雨量计550和监控主体740的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.泥石流监控预警的警报装置，其特征在于，包括

引流消能组件（100），所述引流消能组件（100）包括边坡基架（110）、中控架（120）、挡护架（130）和消能管（140），所述中控架（120）设置于所述边坡基架（110）之间，所述挡护架（130）设置于所述边坡基架（110）之间，所述挡护架（130）设置于所述中控架（120）上，所述消能管（140）均匀连通设置于所述边坡基架（110）内和所述中控架（120）内；

物源检测组件（300），所述物源检测组件（300）包括泄流闸阀（310）、电导率检测仪（320）、取样管（330）、质量流量计（340）、动力泵（350）和回流管（360），所述泄流闸阀（310）连通设置于所述消能管（140）上，所述电导率检测仪（320）连通设置于所述消能管（140）上，所述取样管（330）连通设置于所述消能管（140）上，所述泄流闸阀（310）、所述电导率检测仪（320）和所述取样管（330）均设置于所述中控架（120）内，所述质量流量计（340）设置于所述中控架（120）外，所述质量流量计（340）一端连通于所述取样管（330），所述动力泵（350）机身设置于所述中控架（120）外，所述动力泵（350）连通于所述质量流量计（340）另一端，所述回流管（360）搭接于所述中控架（120）上，所述回流管（360）连通于所述动力泵（350）。

2.根据权利要求1所述的泥石流监控预警的警报装置，其特征在于，所述消能管（140）上连通设置有导流头（141），所述导流头（141）与所述边坡基架（110）表面平齐。

3.根据权利要求2所述的泥石流监控预警的警报装置，其特征在于，所述边坡基架（110）内设置有定位桥架（111），所述定位桥架（111）固定套接于所述导流头（141）上。

4.根据权利要求1所述的泥石流监控预警的警报装置，其特征在于，所述中控架（120）周侧设置管箍架（121），所述管箍架（121）固定套接于所述消能管（140）表面。

5.根据权利要求1所述的泥石流监控预警的警报装置，其特征在于，所述边坡基架（110）内和所述挡护架（130）内填充有片石混凝土，所述中控架（120）内设置有井下空腔（122）。

6.根据权利要求1所述的泥石流监控预警的警报装置，其特征在于，所述中控架（120）上设置延伸架（123），所述质量流量计（340）搭接于所述延伸架（123）上。

7.根据权利要求1所述的泥石流监控预警的警报装置，其特征在于，所述消能管（140）上连通设置有取样阀（142），所述取样阀（142）连通于所述取样管（330）上。

8.根据权利要求1所述的泥石流监控预警的警报装置，其特征在于，所述质量流量计（340）一端连通设置有废液阀（341），所述废液阀（341）连通于外部大气。

9.根据权利要求1所述的泥石流监控预警的警报装置，其特征在于，所述质量流量计（340）另一端连通设置有进流阀（342），所述进流阀（342）连通于所述动力泵（350）。

10.根据权利要求6所述的泥石流监控预警的警报装置，其特征在于，所述动力泵（350）机身设置有法兰座（351），所述法兰座（351）固定于所述延伸架（123）上。

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