本发明专利技术公开了一种泥石流力学参数监测系统及泥石流预警系统。针对现有技术中在泥石流发生预警中存在的缺陷，本发明专利技术首先提供了一种泥石流力学参数的监测系统。该系统利用监测断面D上获取的总应力监测值P与泥石流流深监测值h，实时计算监测泥石流重度γC与泥石流平均流速VC。优化设计中，系统根据流深监测值h与流深变化值Δh调整监控数据变频采集、发送。本发明专利技术还提供一种泥石流预警系统，根据泥石流峰值流量特征实现泥石流危险性的分级预警，并确定泥石流发生预期时间。本发明专利技术泥石流力学参数监测系统能够对泥石流流深、流速、峰值流量、重度等特征指标进行实时及变频监测、发送。本发明专利技术泥石流预警系统能够实现泥石流力学参数特征分析及泥石流发生预警。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种泥石流力学参数监测系统及泥石流预警系统。针对现有技术中在泥石流发生预警中存在的缺陷，本专利技术首先提供了一种泥石流力学参数的监测系统。该系统利用监测断面D上获取的总应力监测值P与泥石流流深监测值h，实时计算监测泥石流重度γC与泥石流平均流速VC。优化设计中，系统根据流深监测值h与流深变化值Δh调整监控数据变频采集、发送。本专利技术还提供一种泥石流预警系统，根据泥石流峰值流量特征实现泥石流危险性的分级预警，并确定泥石流发生预期时间。本专利技术泥石流力学参数监测系统能够对泥石流流深、流速、峰值流量、重度等特征指标进行实时及变频监测、发送。本专利技术泥石流预警系统能够实现泥石流力学参数特征分析及泥石流发生预警。【专利说明】-种泥石流力学参数监测系统及泥石流预警系统
本专利技术涉及一种泥石流监测系统与泥石流预警系统，特别是涉及一种以泥石流力 学参数为监测值、临界条件的泥石流监测系统与泥石流预警系统，属于灾害监测、泥石流防 治工程领域。
技术介绍
泥石流灾害预警是在泥石流即将发生或者已经发生尚未到达危险区的之前，发出 预警信息，为人员疏散撤离赢得时间，减免人员伤亡。其核心是泥石流起动、形成、运动等方 面的科学监测方法，以及对灾害发生临界条件的合理确定。 泥石流发生监测与预警一直是泥石流灾害防治领域的重要，目前的技术方法主要 包括三大类型：第一类是通过CCD传感器（照相或录像）对泥石流沟道进行监测，直观判 断泥石流是否发生，以及发生的规模等。该方法基于GPRS技术的图像抓拍传感器只能定时 拍摄泥石流发生区域照片，提供泥石流是否发生的影像，很难给出定量的预警报信息，且往 往在雨夜难以保障正常运行，难以获取信息，易造成灾害漏报；第二类是以降雨作为控制参 数的监测预警方法，主要通过雨量计测得实时降雨数据，再利用灾害发生事件与降雨参数 (主要是降雨量与降雨历时）统计分析建立的模型，进行预警。这类方法需要较大的样本才 能保证预报的精度，加之泥石流流域地质和地貌条件的区域差异，不同区域的降雨历时一 强度曲线具有较大差异，很难在建模样本区域以外应用，其推广和应用受到较大限制；第三 类是以土壤水分作为控制参数的监测预警方法，主要通过土壤水分（包括土体含水量、土 体孔隙水压力等）与土体强度的关系，判断泥石流发生。这类方法只是考虑了泥石流形成 过程中的土体破坏这一个环节，没有考虑破坏土体与地表水耦合形成泥石流的过程，因此 不能回答灾害预警最关心的类似"土体破坏能否形成泥石流？ "的一系列问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种泥石流力学参数的监测系统， 该系统能够对泥石流流深、流速、峰值流量、重度等特征指标进行监测。并同时提供一种基 于泥石流动力学参数监测与条件判别实现的泥石流预警系统。 为实现上述目的，本专利技术首先提供一种泥石流力学参数监测系统，其技术方案如 下： 一种泥石流力学参数监测系统，在泥石流沟道流通区布置监测断面D，实时监测断 面D上的泥石流平均流速V。与泥石流重度γ。，其特征在于：依如下步骤实施： 步骤S1、布置监测断面D 确定泥石流沟道内流通区、危险区范围，在流通区布置监测断面D ; 步骤S2、调查确定本底参数 现场调查确定监测断面D所在处坡降I。、监测断面D宽度B、泥石流沟床糙率nc、 外阻力系数m、下游沟道最大安全排泄流量Qp，监测断面D至泥石流沟道危险区的距离L ; 步骤S3、安装监测系统 安装监测系统，所述监测系统包括以无线通信联接的控制中心与监测传感器， 所述监测传感器安装在监测断面D处，包括埋设在监测断面D沟床内的总应力传 感器与监测断面D上方的超声波泥位传感器，所述总应力传感器与超声波泥位传感器在同 一坚直轴上； 步骤S4、泥石流力学参数监测 步骤S41、泥石流发生时，监测传感器实时采集并向控制中心发送泥石流流深监测 值h与总应力监测值P ; 步骤S42、控制中心依式1计算监测断面D上的泥石流重度 【权利要求】1. 一种泥石流力学参数监测系统，在泥石流沟道流通区布置监测断面D，实时监测断 面D上的泥石流平均流速V。与泥石流重度γ。，其特征在于：依如下步骤实施： 步骤S1、布置监测断面D 确定泥石流沟道内流通区、危险区范围，在流通区布置监测断面D ; 步骤S2、调查确定本底参数 现场调查确定监测断面D所在处坡降I。、监测断面D宽度B、泥石流沟床糙率η。、外阻 力系数m、下游沟道最大安全排泄流量，监测断面D至泥石流沟道危险区的距离L ; 步骤S3、安装监测系统 安装监测系统，所述监测系统包括以无线通信联接的控制中心与监测传感器， 所述监测传感器安装在监测断面D处，包括埋设在监测断面D沟床内的总应力传感器 (1)与监测断面D上方的超声波泥位传感器（2)，所述总应力传感器（1)与超声波泥位传感 器⑵在同一坚直轴上； 步骤S4、泥石流力学参数监测 步骤S41、泥石流发生时，监测传感器实时采集并向控制中心发送泥石流流深监测值h 与总应力监测值P ; 步骤S42、控制中心依式1计算监测断面D上的泥石流重度γ c :式1 式中，h-泥石流流深监测值，m，步骤S41确定 I。-监测断面D所在处坡降，步骤S2确定 η。-泥石流沟床糙率，步骤S2确定 Ρ-总应力监测值，kpa，步骤S41确定 g_重力加速度常量； 步骤S43、控制中心根据泥石流重度判断泥石流类型： 若1. 0 < Y。< 1. 3,判断为高含沙水流 若1. 3彡γ。< 1. 6,判断为稀性泥石流 若1. 6彡γ。< 1. 9,判断为过渡性泥石流 若Y。彡1. 9,判断为粘性泥石流； 步骤S44、控制中心依式计算监测断面D上的泥石流平均流速V。：若为高含沙水流，依 式2计算，若为稀性泥石流，依式3计算，若为过渡性泥石流或粘性泥石流，依式4计算：Vc= (Hc2/3XIc1/2)/nc 式 4 式中，η-曼宁系数，取值0.05 Rh_水力半径，m，依式5计算确定 I。-监测断面D所在处坡降，步骤S2确定 m-外阻力系数，步骤S2确定 Y H-泥石流固体物质比重，取值2. 65t · πΓ3 Φ-泥石流修正系数，依式6计算确定 R-泥石流水力半径，m，由泥石流流深监测值h代替 H。-为泥位深度，m，由泥石流流深监测值h代替 η。-泥石流沟床糙率，步骤S2确定式5 Φ = (yc-l)/(yH-yc) 式 6 式中，h-泥石流流深监测值，m，步骤S41确定 B-监测断面D宽度，m，步骤S2确定 Y「监测断面D上的泥石流重度，g · cnT1，步骤S42确定。2. 根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于： 所述步骤S3中，在安装监测系统固件后，在控制中心预置泥石流流深阈值Hp，泥石流流 深阈值Hp依式7计算确定：式7 式中，Qp-下游沟道最大安全排泄流量，m3 · s'步骤S2确定， Y 监测断面D上的泥石流平均流速，m · s'步骤S4确定， B-监测断面D宽度，m，步骤S2确定。 所述步骤S4中，泥石流发生时，控制中心实时计算泥石流流深变化值Ah本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种泥石流力学参数监测系统，在泥石流沟道流通区布置监测断面D，实时监测断面D上的泥石流平均流速VC与泥石流重度γC，其特征在于：依如下步骤实施： 步骤S1、布置监测断面D 确定泥石流沟道内流通区、危险区范围，在流通区布置监测断面D； 步骤S2、调查确定本底参数 现场调查确定监测断面D所在处坡降IC、监测断面D宽度B、泥石流沟床糙率nC、外阻力系数m、下游沟道最大安全排泄流量，监测断面D至泥石流沟道危险区的距离L； 步骤S3、安装监测系统 安装监测系统，所述监测系统包括以无线通信联接的控制中心与监测传感器， 所述监测传感器安装在监测断面D处，包括埋设在监测断面D沟床内的总应力传感器(1)与监测断面D上方的超声波泥位传感器(2)，所述总应力传感器(1)与超声波泥位传感器(2)在同一竖直轴上； 步骤S4、泥石流力学参数监测 步骤S41、泥石流发生时，监测传感器实时采集并向控制中心发送泥石流流深监测值h与总应力监测值P； 步骤S42、控制中心依式1计算监测断面D上的泥石流重度γC： 式1式中，h‑泥石流流深监测值，m，步骤S41确定 IC‑监测断面D所在处坡降，步骤S2确定 nC‑泥石流沟床糙率，步骤S2确定 P‑总应力监测值，kpa，步骤S41确定 g‑重力加速度常量； 步骤S43、控制中心根据泥石流重度γC判断泥石流类型： 若1.0＜γc＜1.3，判断为高含沙水流 若1.3≤γc＜1.6，判断为稀性泥石流 若1.6≤γc＜1.9，判断为过渡性泥石流 若γc≥1.9，判断为粘性泥石流； 步骤S44、控制中心依式计算监测断面D上的泥石流平均流速VC：若为高含沙水流，依式2计算，若为稀性泥石流，依式3计算，若为过渡性泥石流或粘性泥石流，依式4计算： 式2式3VC＝(HC2/3×IC1/2)/nc 式4 式中，n‑曼宁系数，取值0.05 Rh‑水力半径，m，依式5计算确定 IC‑监测断面D所在处坡降，步骤S2确定 m‑外阻力系数，步骤S2确定 γH‑泥石流固体物质比重，取值2.65t·m‑3Φ‑泥石流修正系数，依式6计算确定 R‑泥石流水力半径，m，由泥石流流深监测值h代替 HC‑为泥位深度，m，由泥石流流深监测值h代替 nC‑泥石流沟床糙率，步骤S2确定 式5φ＝(γc‑1)/(γH‑γc) 式6 式中，h‑泥石流流深监测值，m，步骤S41确定 B‑监测断面D宽度，m，步骤S2确定 γC‑监测断面D上的泥石流重度，g·cm‑1，步骤S42确定。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔鹏，严炎，郭晓军，葛永刚，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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