[发明专利]一种泥石流流速测量系统与测量方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥石流流速测量系统与测量方法，特别是涉及一种通过泥石流冲击力测量反演计算泥石流流速的测量系统与测量方法及其应用。 

背景技术

泥石流是广泛分布于我国山区、危害比较严重的一种常见自然灾害。泥石流流速是泥石流运动力学的核心研究内容之一，是研究泥石流流变性质和运动机理的关键。它关系到泥石流流量、平均流速、冲击力、运动摩阻等重要工程设计参量的计算，一直是国内外泥石流研究人员和工程技术人员所渴望获取的重要基础数据。目前常用的泥石流流速测量方法主要有人工测量法、泥位推算法、雷达测量法、现场调查法和摄影测量和图像解析法等。这些方法都存在不同的缺陷，主要包括测量误差较大，对环境条件要求较高、不能全天候工作，测量中带有较多经验性和主观性，时效性差，以及只能测量泥石流流体的平均运动速度和表面速度等。测量方法的缺陷更加之泥石流本身的复杂特性，都使得泥石流流体内部流速与流速分布的测量难以实现。 

泥石流内部流速测量的困难在于：(1)泥石流是水、粘土、砾石和空气混合在一起的多相体，高粘度，高容重，不透明，光线无法穿透；(2)泥石流冲击力和侵蚀能力巨大，安置在泥石流流路上的测量仪器极易被泥石流破坏；(3)泥石流的流态复杂多样，前部多为紊流，难以跟踪固定目标。这些特点使得通 常的流体测量方法和普通的流体测量仪器无能为力。因此，目前在泥石流流速的研究中尚未有可以对泥石流流体内部流速进行测量，以及对泥石流流体垂向流速分布或者水平流速分布进行测量的技术和方法。 

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足提供一种泥石流流速测量系统和测量方法。该测量系统与方法能够实现对泥石流流体的内部流速和内部流速的垂向或水平分布的测量。并且该测量系统结构简单、建设成本低，测量方法运算方便、快捷、准确性高。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种泥石流流速测量系统，包括测量装置以及与测量装置依次连接的数据采集装置和数据处理装置，所述数据采集装置是一个数据采集器或者是配套安装有同步器的多个数据采集器，用于采集传感器感应到的信号；所述数据处理装置用于接收采集到的数据信号对数据信号进行加工处理计算；其特征在于：所述测量装置包括至少一个冲击力传感器和至少一个静水压力传感器，冲击力传感器的受力面与泥石流流向垂直；静水压力传感器的受力面与泥石流流向平行；位于同一水平高度的一个冲击力传感器和一个静水压力传感器构成一个传感器组。 

上述测量系统可以根据测量目的的需要，在测量装置中安装多个传感器，安装方式包括：方式一，沿垂向不同水平高度安装多个传感器组；方式二，在同一水平高度并列安装多个传感器组。这样可以测量得出不同方向上泥石流浆 体内部流速的数值变化。 

使用时，将上述测量装置安装在泥石流观测沟内或者模拟泥石流发生的实验水槽中，冲击力传感器的受力面与泥石流流向垂直；静水压力传感器的受力面与泥石流流向平行。同时也可以在测量装置中增加固定传感器的基柱，首先根据测量目的将传感器成对固定在基柱的两个垂直面上，然后将基柱固定在泥石流观测沟内，并保证冲击力传感器的受力面与泥石流流向垂直，静水压力传感器的受力面与泥石流流向平行。 

一种利用上述泥石流流速测量系统实现的泥石流流速测量方法，包括数据信号测量过程、数据信号采集传输过程、数据信号分析过程，其特征在于：经由如下步骤进行： 

S1、测量泥石流的冲击力和静水压力 

泥石流发生时，冲击力传感器测量泥石流的原始冲击力，静水压力传感器测量泥石流的静水压力P₀； 

S2、数据信号采集传输 

数据采集装置同时采集各个传感器产生的压力信号，并实时传输给数据处理装置；

S3、数据分析与计算 

数据处理装置通过计算程序将接收到的信号采集装置传输的数据信号进行自动分析计算，并结合现场调查测得的泥石流密度数据，计算得出泥石流的流速。 

上述测量方法中，S3的数据分析与计算步骤如下进行： 

S31、分离泥石流浆体的冲压力P₁

利用计算程序将从信号采集装置传输到的泥石流原始冲击力信号作降噪处理，分离得到泥石流浆体冲压力P₁； 

S32、计算泥石流浆体的动压强p