[发明专利]泥石流泥舌沿程空间演化测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，其特征在于，包括：

泥舌形成装置，具有支架和输送沟槽，所述输送沟槽设置在所述支架上；

所述输送沟槽的出口端具有使泥石流形成泥舌的溢流口；

泥舌观测装置，具有底端开口的箱体，所述出口端与所述箱体连通；

尾料池装置，具有设置在所述箱体下方且可滑动的尾料池本体，所述尾料池本体中设置有多个顶端开口的采样盒；

测量装置，具有第一传感器、多个第二传感器和多个图像采集器；所述第一传感器设置在所述溢流口处；各所述第二传感器分别设置在各所述采样盒上；各所述图像采集器设置在所述箱体的外周；

分析装置，与所述第一传感器、所述第二传感器和所述图像采集器电连接。

2.如权利要求1所述的泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，其特征在于，还包括料斗，所述料斗与所述输送沟槽的进口端连通；所述料斗与所述进口端的接合处设置有闸门，所述闸门与所述分析装置电连接。

3.如权利要求1所述的泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，其特征在于，所述箱体的顶面和/或所述箱体的侧面开设有观察窗口。

4.如权利要求1所述的泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，其特征在于，还包括驱动机构，所述驱动机构与所述尾料池本体连接，用于带动所述尾料池本体相对所述输送沟槽滑动；所述驱动机构与所述分析装置电连接。

5.如权利要求4所述的泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，其特征在于，所述驱动机构包括转动部和牵引绳，所述牵引绳的一端与所述尾料池本体连接，所述牵引绳的另一端与所述转动部连接，所述转动部通过所述牵引绳带动所述尾料池本体滑动。

6.如权利要求1所述的泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，其特征在于，各所述图像采集器分别设置在所述溢流口处、所述箱体的上方、所述箱体相对所述溢流口的一侧外部以及所述箱体垂直所述输送沟槽长度方向的一侧外部。

7.如权利要求1所述的泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，其特征在于，所述第二传感器的受力检测部朝向所述箱体的所述底端开口设置。

8.一种泥石流泥舌沿程空间演化测量方法，应用于如权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，包括：

将所述输送沟槽输送泥石流的过程分隔为多个时间间隔；

通过各所述图像采集器测量各所述时间间隔内，泥石流流过所述溢流口的实际平均流速；

通过所述第二传感器测量各所述时间间隔内，不同位置处的所述采样盒受到的泥舌冲击力；

测量各所述时间间隔内，泥舌进入所述不同位置处的所述采样盒中的流量及容重；

测量各所述时间间隔内，泥舌下泄进入所述箱体内不同位置处的形态参数；所述形体参数至少包括纵横向上的厚度、抛射距离以及下游出射角参数；

所述分析装置根据各所述时间间隔内的所述实际平均流速、所述泥舌冲击力、所述流量以及所述容重，计算分析所述泥舌的沿程空间演化特征。

9.如权利要求8所述的泥石流泥舌沿程空间演化测量方法，其特征在于，还包括：

通过所述第一传感器测量各所述时间间隔内泥石流流过所述溢流口的流深；

根据各所述时间间隔内泥石流流过所述溢流口的流深，计算各所述时间间隔内所述溢流口的理论平均流速；

将同一所述时间间隔内所述溢流口的所述实际平均流速与所述理论平均流速对比，若所述实际平均流速与所述理论平均流速的数值误差在误差阈值范围内，则该所述时间间隔内测量的所述实际平均流速、所述泥舌冲击力、所述流量以及所述容重可作为计算分析数据使用。

10.如权利要求9所述的泥石流泥舌沿程空间演化测量方法，其特征在于，依据式1计算第n个时间间隔内，泥石流流过所述溢流口的所述实际平均流速

式1为：

其中，为第n个时间间隔内泥石流流过所述溢流口的所述实际平均流速，m/s，Δt_n为泥石流流过所述溢流口第n个时间长度，s，L为所述泥石流流经溢流口的运动位移，m；

依据式2计算第n个时间间隔内，泥舌进入所有所述采样盒的总流量Q_n；

式2为：Q_n＝Q_n,1+Q_n,2+···+Q_n,p+···Q_n,t；

其中，Q_n为第n个时间间隔内泥舌进入所有所述采样盒的总流量，m³，Q_n,p为第n个时间间隔内进入不同位置处的所述采样盒的流量，m³，p＝1,2,3…，表示第n个时间间隔内不同位置对应的所述采样盒；

依据式3计算第n个时间间隔内，进入不同位置处的所述采样盒的容重(r_n,p，Δt_n)；

式3为：

其中，m_n,p为第n个时间间隔内不同位置处的所述采样盒中泥石流的质量，kg，Q_n,p为第n个时间间隔内进入不同位置处的所述采样盒的流量，m³，r_n,p为第n个时间间隔内进入不同位置处的所述采样盒的容重，kN/m³，g为重力加速度，m/s²，取9.80；

依据式4计算第n个时间间隔内，泥石流流过所述溢流口的所述理论平均流速

式4为：

其中，为第n个时间间隔内泥石流流过所述溢流口的所述理论平均流速，m/s，Q_n为第n个时间间隔内泥舌进入所有所述采样盒的总流量，m³，B为所述溢流口的宽度，m，h_n为第n个时间间隔内泥石流流过所述溢流口的流深，m。

依据式5、式6、式7分别计算第n个时间间隔内，泥舌下泄过程中形态参数在沿程空间的纵向扩散率δ、横向收缩率η、下游出射角演变率ξ等参数演变特征。

式5：

其中，h_n-i为第n个时间间隔内泥舌在纵向上沿程第i个截面厚度，m，h_n为第n个时间间隔内泥石流流过所述溢流口的流深，m；

式6：

其中，B_n-i为第n个时间间隔内泥舌在横向上沿程第i个截面的宽度，m，B为所述溢流口的宽度，m；

式7：

其中，θ_n-i为第n个时间间隔内泥舌在纵向上沿程第i个截面的下游出射角角度，°，θ₀为泥舌的出射角即水槽坡度，°。