一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统及测算方法技术方案

本发明专利技术提供一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统及测算方法，首先提供了一种泥石流入汇主河运动过程模拟实验测量系统，包括泥石流形成装置，支沟输送槽的出口与主河水槽之间通过铰接；尾料池装置，设置于所述主河水槽出口处；测量装置，图像采集器分别设置在主河水槽正上方，以及设置在支沟输送槽出口正对面；第二传感器设置在主河水槽底面，第一传感器分别设置于第二传感器的正上部；第三传感器位于尾料池装置上方。本发明专利技术还提供利用该实验系统实现的对泥石流入汇主河运动过程中相关演化参数的测算方法，计算泥石流入汇主河后两者的动量变化，计算由水流与泥石流掺混引起的混合流密度及体积浓度，入汇角度偏转率等的沿程演化特征。

【技术实现步骤摘要】
一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统及测算方法
本专利技术涉及泥石流灾害领域，主要适用于泥石流入汇主河沿程运动研究，具体地说是一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统及测算方法。
技术介绍
泥石流是一种非均质、非恒定的非牛顿流体，具有高强度输沙能力，可携带大量大小混杂的固体物质。其汇入主河，在入汇区与来流发生交互作用，迅速改变主河水沙组成及局部边界条件，引起河床地貌形态短时间内急剧变化，导致上游河床升高，下游河床的比降变大，河曲加剧，极易造成异岸受灾和河床游荡，甚至大规模泥石流可能淤积形成堰塞体，又会对下游居民生命财产安全造成严重威胁。泥石流入汇主河将极大地改变入汇区的河床堆积地貌演化过程，如何合理描述泥石流入汇区运动过程是流域地貌、河流动力学和灾害学的重要问题。但由于交汇过程复杂，实验现象难以观察，实验测量手段不够先进等，导致目前对泥石流入汇主河运动机理还缺乏深入认识。加强对泥石流入汇主河运动机理及其与水流交互作用研究，有利于对泥石流堵河的进一步理解，为泥石流堵河理论提供动力学依据。由于泥石流与水流交汇场是一个非恒定的不断变化的流场，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统，其特征在于，包括：/n泥石流形成装置(1)，包括料斗(11)、支沟输送槽(12)和支架(13)，料斗(11)与支沟输送槽(12)的进口端连通，料斗(11)与支沟输送槽(12)进口端的接合处设置有闸门(111)，闸门(111)与分析装置(5)电连接；/n主河水流输送装置(2)，包括主河水槽(21)和供水池(22)，供水池(21)的进水口设置栅格挡板(221)，出水口为直角三角堰(222)，且与主河水槽(21)连接；主河水槽(21)包括两侧侧板(211)和底板(212)；/n尾料池装置(3)，设置于主河水槽(21)出口处；/n测量装置(4)，包括图像采集...

【技术特征摘要】
1.一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统，其特征在于，包括：
泥石流形成装置(1)，包括料斗(11)、支沟输送槽(12)和支架(13)，料斗(11)与支沟输送槽(12)的进口端连通，料斗(11)与支沟输送槽(12)进口端的接合处设置有闸门(111)，闸门(111)与分析装置(5)电连接；
主河水流输送装置(2)，包括主河水槽(21)和供水池(22)，供水池(21)的进水口设置栅格挡板(221)，出水口为直角三角堰(222)，且与主河水槽(21)连接；主河水槽(21)包括两侧侧板(211)和底板(212)；
尾料池装置(3)，设置于主河水槽(21)出口处；
测量装置(4)，包括图像采集器(41)、第一传感器(42)、第二传感器(43)和第三传感器(44)；第二传感器(43)设置在主河水槽(21)底面，其受力检测面朝向正上方，按照相同距离间隔依次设置于支沟输送槽(12)出口端位置；各第一传感器(42)分别设置于第二传感器(43)的正上部，且垂直于第二传感器(43)的底面；两个图像采集器(41)，其中一个设置在主河水槽(21)正上方；另一个设置在支沟输送槽(12)出口端正对面，以测量主河水流流深变化；第三传感器(44)位于尾料池装置(3)上方；
分析装置(5)，与图像采集器(41)、第一传感器(42)、第二传感器(43)和第三传感器(44)电连接；用于接收图像采集器(41)、第一传感器(42)、第二传感器(43)和第三传感器(44)采集的数据，并对接收的数据进行分析处理，以计算分析泥石流入汇主河运动过程演化特征。


2.根据权利要求1所述的一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统，其特征在于，所述的支沟输送槽(12)顶部铰接在支架(13)上；支沟输送槽(12)的出口端与主河水槽(21)之间铰接，以便支沟输送槽(12)坡度改变。


3.根据权利要求1所述的一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统，其特征在于，所述的主河水槽(21)的两侧侧板(211)采用透明材料制成；各侧板(211)上还设置网格。


4.根据权利要求1所述的一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统，其特征在于，所述的尾料池装置(3)的后半部分设置一块栅格挡板。


5.根据权利要求1所述的一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统，其特征在于，所述的分析装置(5)包括采集单元(51)和分析单位(52)，采集单元用于接收第一传感器(42)、第二传感器(43)和第三传感器(44)收集的数据并发送至分析单元(52)；分析单元(52)用于接收采集单元(51)以及图像采集器(41)的数据并进行分析计算。


6.根据权利要求1所述的一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统，其特征在于，所述的第二传感器(43)包括受力区和法兰盘构成，第二传感器(43)的受力面和法兰盘顶面相平；主河水槽(21)的槽底面设有用于安装第二传感器(43)的安装孔，安装孔的厚度同法兰盘的厚度，安装孔的周向边缘设有用于支撑所述第二传感器(43)的台阶；所述安装孔和法兰盘之间留有间隙并在间隙处上涂有一层防水材料。


7.根据权利要求6所述的一种泥石流入汇主河运动过程实验测量系统，其特征在于，所述的图像采集器(41)采用高清摄像机；
第一传感器(42)采用超声波测距传感器，共有4组，声波发生头均垂直于第二传感器(43)的底面；
第二传感器(43)采用基底应力传感器，共包括4组压阻式压力传感器JHBM，受力检测面均朝向正上方，第二传感器(43)的有效受力面为直径为2cm的圆面，外部的法兰盘外径为0.4cm，4组基底应力传感器按照相同间隔依次设置于支沟输送槽(12)出口端处的主河水槽(21)槽底；
第三传感器(44)采用激光水位仪，探头垂直于尾料池装置(3)底面。


8.一种泥石流入汇主河运动过程实验测算方法，其特征在于，采用权利要求1到7任一项所述的泥石流入汇主河运动过程实验测量系统，包括以下步骤：
将泥石流入汇主河水槽(21)达到对岸的过程分割为多个时间间隔Δtn；
通过所述图像采集器(41)测量各所述时间间隔内，泥石流流过所述支沟输送槽(12)出口以及在主河中运动的实际平均流速
通过各所述第二传感器(43)测量各个时间间隔内不同位置处的混合流基底压力Pn,m；
通过各所述第一传感器(42)测量各时间间隔内不同位置处的混合流流深hn,m；
通过相同时间间隔内泥石流流过所述支沟输送槽(12)出口端的实际平均流速以及支沟输送槽(12)出口端的混合流流深hn,1计算该时间间隔内进入主河水槽(21)的泥石流流量Qn支；
通过各相同时间间隔内同一位置处的混合流基底压力Pn,m以及混合流流深hn,m，计算该时间间隔内同一位置处的混合流密度ρn,m；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晶晶，马春，李春雨，
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