接触式泥石流运动参数监测装置、系统及泥石流预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种泥石流监测装置、系统及泥石流预警方法，特别是涉及一种接触 式泥石流运动参数监测装置、系统及泥石流预警方法，属于灾害监测、泥石流防治工程领 域。
【背景技术】
[0002] 泥石流是一种典型的固液两相介质，具有超强的流动特性和巨大的破坏能力，通 过掩埋和直接冲击作用等方式对沿程或堆积区内各类构筑物造成破坏，是山区典型的地质 灾害类型。泥石流的减灾措施主要可分为工程措施与监测预警/预报两大类，其中监测预 警/预报由于可以有效降低灾害损失因而是现阶段泥石流减灾中最有效的措施。
[0003] 现有泥石流监测预警技术主要有4类：第1类是基于降雨量监测的泥石流预警技 术。该类技术通过在泥石流沟道内设置雨量监测点，实时监测降雨量，结合泥石流临界降雨 预警阈值进行泥石流预警；第2类是基于含水量（孔隙水压力）监测的泥石流监测预警技 术。该类技术是通过在泥石流沟道内多处设置含水量、孔隙水压力监测点，实时监测泥石流 松散固体物源含水量与孔隙水压力的变化，结合泥石流含水量或孔隙水压力预警阈值来进 行泥石流预警；第3类是基于视频监测系统的泥石流预警技术。该类技术通过在泥石流形 成区、流通区内设置视频监测点直接监测沟道内泥石流的形成和运动，在此基础上进行泥 石流预警；第4类是基于地声（次生）监测的泥石流预警技术。该类技术通过监测泥石流 在运动过程中产生的振动或次生来进行泥石流预警。
[0004] 从泥石流灾害预警实践看，上述现有技术均存在不同的技术缺陷。第1类技术中， 由于降雨量是泥石流形成的必要条件而非充要条件，较少考虑泥石流临界降雨阈值受多种 因素的影响，因而误报率、漏报率极高；第2类技术中，由于泥石流流域内不同位置处的含 水量和孔隙水压力可能都不同，要确定泥石流含水量或孔隙水压力临界预警阈值技术手段 复杂，因此较难应用于工程实践；第3类技术中，由于泥石流发生时都是暴雨期间或晚上， 从视频根本观察不到泥石流，因而预警/预报方法的实用性较低；第4类技术中，由于易于 将泥石流产生的振动（次生）信号与外界干扰产生的振动（次生）信号混淆而导致误报， 因此大规模推广应用较受限。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种接触式泥石流运动参数监测装 置与系统，该装置系统能够快速、高效、准确地获取泥石流动力参数，实时监测泥石流运动 过程中的关键性动力参数，由此可应用于泥石流监测预警/预报，提高预警/预报准确率。
[0006] 为实现上述目的，本发明首先提供一种接触式泥石流运动参数监测装置，其技术 方案如下：
[0007] 接触式泥石流运动参数监测装置，包括柱状监测粧；柱状监测粧通过其下部区域 固定在泥石流沟道底床中，柱状监测粧上部区域布置参数监测传感器，参数监测传感器分 别通过必要的信号传输线路与信号采集装置联接；其特征在于：
[0008] 所述监测传感器包括超声波泥位传感器、冲击力传感器、加速度传感器；
[0009] 所述超声波泥位传感器布置在冲击力传感器上方；所述加速度传感器布置在柱状 监测粧上部区域内部。
[0010] 上述接触式泥石流运动参数监测装置是一种固定在泥石流沟道底床中的监测装 置。监测装置以柱状监测粧为主体及支撑固件。柱状监测粧下部固定在泥石流沟床中，上 部出露在沟床底面以外。在柱状监测粧上部布置有多种参数监测传感器，参数监测传感器 分别通过必要的信号传输线路与信号采集装置联接，共同构成接触式泥石流运动参数监测 装置的数据采集固件。监测传感器包括超声波泥位传感器、冲击力传感器、加速度传感器。 其中，加速度传感器布置在柱状监测粧上部区域，其下依次布置超声波泥位传感器与冲击 力传感器。
[0011] 一般地，超声波泥位传感器距离泥石流沟道底床地面高度为h，h > D，D是泥石流 沟道内最大泥深，具体可设计为h = 1.5m+D。冲击力传感器包括自下向上布置的下位冲 击力传感器、中位冲击力传感器、上位冲击力传感器，分别距离泥石流沟道底床地面高度为 hp h2、h3, h3< D。具体可设计为 h i= 0· 5m ~I. 0m、h 2= I. 〇m+h i、h3= 2. Om+h i。加速度 传感器布置在距离泥石流沟道底床地面高度为f位置处。
[0012] 上述接触式泥石流运动参数监测装置的数据采集固件是整合冲击力、振动、加速 度、速度以及位移、应变计等传感器与数据采集于监测钢管内形成的综合数据采集系统。 柱状监测粧的高度可首先在调查确定泥石流沟道最大泥深D和爬高的基础上确定。泥石流 发生后，泥石流冲击柱状监测粧，使其产生振动、冲击并导致结构产生内力与变形响应。相 关结构动力响应通过传感器和数据采集系统进行实时监测。
[0013] 为保证接触式泥石流运动参数监测装置可以有效固定在泥石流沟床中，作为支撑 固件的柱状监测粧通常采用加工为钢结构（钢管粧、型钢等）或钢筋混凝土结构（粧或 柱），下部区域通过钻孔或人工开挖等方式进行施工，埋设在泥石流流通区沟道内足够深度 处，以保证支撑固件能承受泥石流的持续冲击。为便于柱状监测粧安装施工，柱状监测粧可 拆分为上、下两部分构件，两部分间采用可拆卸静联接。下部分构件首先埋置在沟床中，上 部分构件上首先布置各参数监测传感器、信号采集装置及必要的信号传输线路，再通过法 兰连接、卡箍式连接、螺纹连接等方式将上、下两部分构件联接。
[0014] 以上述接触式泥石流运动参数监测装置为基础，本发明进一步提供一种接触式泥 石流运动参数监测系统，具体技术方案如下：
[0015] 一种接触式泥石流运动参数监测系统，其特征在于：包括接触式泥石流运动参数 监测装置、上位控制中心；
[0016] 所述接触式泥石流运动参数监测装置还包括与信号采集装置联接的信号传输装 置；信号传输装置与上位控制中心通过无线信号通信；
[0017] 所述接触式泥石流运动参数监测装置的超声波泥位传感器距离泥石流沟道底床 地面高度为h，h = I. 5m+D，D是泥石流沟道内最大泥深；所述冲击力传感器包括自下向上 布置的下位冲击力传感器、中位冲击力传感器、上位冲击力传感器，分别距离泥石流沟道 底部地面高度为 h、h2、h3, Ii1= 0· 5m ~I. 0m、h 2= 1.0 m+h i、h3= 2. Om+h i，h3< D ;所述加 速度传感器布置在距离泥石流沟道底部地面高度为f位置处；
[0018] 所述接触式泥石流运动参数监测装置至少有二，布置在泥石流流通区沟道内，其 布置方法是如下二种方式之一：
[0019] 二级布置方式，应用于泥石流沟道面积小于5Km2或主沟长度小于2Km的泥石流沟 道，包括：
[0020] 在泥石流沟道纵向：沿泥石流沟道方向布置二排接触式泥石流运动参数监测装 置，各排间距L 1;以及
[0021] 在泥石流沟道横向，包括：
[0022] 当泥石流沟道平均宽度B < 50m，沿泥石流沟道方向每排布置一接触式泥石流运 动参数监测装置，或
[0023] 当泥石流沟道平均宽度B > 50m，沿泥石流沟道方向每排等间距布置三接触式泥 石流运动参数监测装置；
[0024] 三级布置方式应用于泥石流沟道面积大于5Km2或主沟长度大于2Km的泥石流沟 道，包括：
[0025] 在泥石流沟道纵向：沿泥石流沟道方向布置三排接触式泥石流运动参数监测装 置，各排间距L 2;以及
[0026] 在泥石流沟道横向：
[0027] 当泥石流沟道平均宽度B < 50m，沿泥石流沟道方向每排布置一接触式泥石流运 动参数监测装置，或
[0028] 当泥石流沟道平均宽度B > 50m，沿泥石流沟道方向每排等间距布置三接触式泥 石流运动参数监测装置。
[0029] 上述接触式泥石流运动参数监测系统通过接触式泥石流运动参数监测装置采集 泥石流运动参数数据，经由信号传输装置将实时数据传输至上位控制中心，由上位控制中 心对实时数据进行运算分析，并根据运算分析结果确定泥石流灾害发生危险程度，选择发 出泥石流灾害预警信号。
[0030] 根据泥石流沟道面积或主沟长度不同，上述接触式泥石流运动参数监测系统需要 在泥石流沟道中布置不同数量的泥石流运动参数监测装置，组成二级布置方式或三级布置 方式。
[0031] 以位于同一沟道横断面上的接触式泥石流运动参数监测装置为一排，当泥石流沟 道面积小于或等于5Km 2或主沟长度小于或等于2Km的泥石流沟道时，采用二级布置方式， 具体是沿泥石流沟道方向布置二排泥石流运动参数监测装置，排间距L 1，通常L1= 50m~ 100m。当泥石流沟道面积大于5Km2或主沟长度大于2Km的泥石流沟道时，采用三级布置方 式，具体是沿泥石流沟道方向布置三排泥石流运动参数监测装置，各排间距相等或不相等， 通常取值在L 2= 50m~IOOm范围内。在二级或三级布置方式中，每一排接触式泥石流运 动参数监测装置的布置方式（即在泥石