[发明专利]堰塞湖溃决监测预警方法

说明书

针对现有技术不能有效将堰塞湖活动过程中石、土、水运动变化产生的振动信号付诸于堰塞湖溃决研究的缺陷，本发明提供了一种堰塞湖溃决监测预警方法。本方法运算中心将原始信号后依照去噪处理、振幅指标的信号判识、基于STFT变换的振动信号在1.5Hz～10Hz、0Hz～1.5Hz、10Hz～45Hz频率区的依次判识的步骤实施，最终判断落石、土体崩塌毁、堰塞湖溃决是否发生。本发明还公开了落石能量规模计算方法。本发明将振幅分析、能量分析、频率分析、信号功率谱密度PSD分别结合一体，并通过在不同判识级别层面上采用不用的信号分析指标与分析方法，实现提高判识准确度。本发明原理可靠，计算过程科学简便，实施仪器简单，安装方便，测算结果精度高，特别适用于工程领域的需要。

技术领域

本发明涉及一种堰塞湖溃决监测预警方法，尤其是一种利用振动信号分析完成堰塞湖溃决监测预警的方法，属于振动信号监测测量技术领域、地质灾害预警领域。

背景技术

振动信号是指由非静止物体所产生的信号。由于非静止状态是物体的绝对状态，因而振动特性及产生的振动信号成为物体的固有特性。在受激发状态下，若振动源的激励与物体的固有特性参数相同或接近时，会产生各个频率特征信息的叠加所致的共振响应。振动信号的时域特征主要体现在振幅、周期、相位等特性上，其频域特征则主要表现在频率、能量信息中。由于不同物体具有其特征性的振动信号，同一物体在不同状态下也表现出不同特征性的振动信号，因此，通过提取并分析振动信号中原始或经由变换产生的各种特征信息，可以反向演算定位发生振动的物体本身，以及其运动状态。

堰塞湖是发生在山区常见的次生地质灾害。堰塞湖是主要由地震、强降雨等因素使山体发生滑坡、崩塌等堵塞河道而形成的天然湖泊，堰塞湖堵塞河道不仅造成上游回水淹没，而且一旦溃决产生的洪水远远超过下游的防护能力，给下游造成巨大危害。尤其是地震之后在地震灾区形成的堰塞湖，往往数量多、分布广，一量发生溃决而不能前期预警，则可能造成比地震本身更大的危害与损失。现有的堰塞湖监测预警手段分为两类：一类是通过野外调查对堰塞坝颗粒级配、坝体颗粒结构进行稳定性分析。这种方法具有很强的主观性，需要经验非常丰富的专家进行指导，具有很强的不确定性。另一类是通过监测堰塞湖水位和累计降水量进行预测。这种方法具有一定的黑箱型，水位升高是导致堰塞湖溃决的诱因，但是不是必然因素，这种方法不具有普适性，对于渗流和滑溃引起的堰塞湖溃决不起作用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种利用振动信号分析实现的堰塞湖溃决监测预警的方法，其技术方案如下：

一种堰塞湖溃决监测预警方法，在堰塞坝上布置振动传感器实时采集、传输原始信号至运算中心，运算中心获得原始时间-振幅信号并进行运算；

运算中心首先对信号滤波去噪；其次根据信号振幅变化分析确定振动发生的时刻值T₁；其特征在于：

再次对信号进行STFT变换，得到自时刻值T₁起的时间-频率-能量信号；

最后对振动信号进行分频监测；在分频监测中，

首先采用STA/LTA方法对T₁时间起振动频率范围1.5Hz～10Hz信号进行振动识别，若判断自T₂时刻发生振动则判识为发生落石，并继续对自T₂时刻起的振动频率范围0Hz～1.5Hz信号进行能量变化识别，否则重新确定新的时刻值T₁；所述自T₂时刻发生振动的判断条件根据落石振动试验结果和/或历史资料数据统计结果确定；

若通过能量变化识别判断自时刻值时T₃起发生振动则判识为发生土体崩塌，并继续对自T₃时刻起的振动频率范围10Hz～45Hz信号进行信号功率谱密度PSD识别，否则重新确定新的时刻值T₁；所述自T₃时刻发生振动的能量变化识别判断条件根据土体崩塌试验结果和/或历史资料数据统计结果确定；