[发明专利]一种用于水电站的泥石流灾害预警装置

权利要求书

1.一种用于水电站的泥石流灾害预警方法，所述预警方法通过预警装置来实现，所述预警装置包括两个底座，所述底座上设有固定桩，且两个底座相对一侧固定连接有第一转轴，第一转轴分别与横杆两端转动连接，横杆上设有信号接收发射器、声波仪和土壤含水量测定仪，所述底座上侧与滑杆下端固定连接，滑杆上端固定连接有雨量筒，滑杆侧面线性均匀分布有红外传感器，且滑杆上滑动连接有滑块，滑块侧面固定连接有竖杆，竖杆分别与挡板左右边缘固定连接，且竖杆下端转动连接有第二转轴，滑块与第二转轴转动连接部位设有计数器，且第二转轴与缓冲滚筒的第三转轴固定连接，第三转轴侧面环形均匀分布有叶片；所述雨量筒由从上至下分布的集水漏斗、第一计量筒、第二计量筒和第三计量筒组成，集水漏斗和第一计量筒、第一计量筒和第二计量筒、第二计量筒和第三计量筒均通过水管连通，且第一计量筒与第二计量筒、第二计量筒与第三计量筒以及第三计量筒底端水管上均设有阀门和流量计；所述预警方法包括如下步骤：

利用固定桩将适当数量的预警装置均匀的固定在水电站附近区域，并且使滑杆处于竖直状态，之后，转动横杆，调整横杆至合适角度，将声波仪和土壤含水量测定仪埋设在坡体中；利用雨量筒内第一计量筒、第二计量筒和第三计量筒分别对水电站附近区域10分钟、1小时和24小时的降雨信息进行监测，当降雨发生时，雨水被集水漏斗收集后，先后通过第一计量筒、第二计量筒和第三计量筒，雨量测量之后，雨水从第三计量筒底端的水管排出，雨水与阀门接触触发计时器工作，当达到计时器设定时间后，阀门打开，流量计分别对第一计量筒、第二计量筒和第三计量筒内雨量进行测量，分别得出10分钟、1小时和24小时的降雨量数据；利用土壤含水量测定仪对土壤中的含水量变化情况进行监测；利用声波仪发射声波，根据声波在不同岩石、土壤中传播的速度、幅度及频率变化声学特性分析土层中的颗粒组成特征信息，测量土体的颗粒组成特征，利用泥石流启动临界流量公式求出泥石流启动临界流量q值，式中：堆积物颗粒平均粒径d_m和沟床坡度θ的值均由声波仪测量，之后利用q＝0.278r_pi_BδF反推出r_p的值，在q＝0.278r_pi_BδF中，i_B为产流系数，δ为降雨不均匀修正系数，F为流域面积，而r_p为土体含水量临界值，参考水电站区域泥石流日志分别确定10分钟、1小时和24小时的i_B之后，求出对应10分钟、1小时和24小时的土体含水量临界值；之后信号接收发射器将降雨数据，含水量变化数据以及土体颗粒组成特征、岩石裂缝变化情况数据发送给水电站灾害预警相关部门；以时间为x轴，土体含水量为y轴，将土体含水量传感器测量的土体含水量绘制成三个折线图，其中三个折线图x轴单位长度分别为10分钟、1小时和24小时，用来分别显示10分钟、1小时和24小时土体含水量变化情况，并且将前n段时间降雨量r_n预测的土体含水量增量r_an与土体含水量的数值分别绘制到三个折线图中，当三个折线图中y轴数值达到对应的10分钟、1小时和24小时土体含水量临界值的0.9倍时，水电站工作人员根据三个折线图达到含水量临界值分别发出10分钟、1小时和24小时的泥石流警报，其中安全系数为1.11；

在泥石流发生时，泥石流产生的冲击力作用于挡板下侧面，在挡板下侧斜面作用下，产生竖直向上的分力，推动挡板和缓冲滚筒沿着滑杆向上移动，滑块将红外传感器遮挡，利用红外传感器测量出滑块向上滑动的高度H，结合滑块向上滑动的高度H与滑块之间的距离L计算得出泥石流经过缓冲滚筒的单位截面积S，另外泥石流经过缓冲滚筒时，推动缓冲滚筒转动，同时叶片给泥石流一定的阻力，减小了泥石流的冲击破坏力，在缓冲滚筒转动过程中，第二转轴上的计轴器记录出缓冲滚筒转动圈速，根据单位截面积S与缓冲滚筒转动的圈数n得出泥石流规模，方便工作人员根据泥石流的规模，及时做出应对措施，减小泥石流造成的损失；

当泥石流发生之后，缓冲滚筒和挡板配合，缓冲泥石流的破坏力，同时测定出泥石流启动的动态数据，并且将泥石流启动的动态数据通过信号接收发射器发送给水电站灾害预警部门，在泥石流发生之前，水电站预警部门工作人员对降雨信息、土壤中含水量变化情况和土层中土体的颗粒组成特征数据进行分析，预测达到泥石流发生理论临界值的时间，以及泥石流的规模及冲击破坏能力，进而对泥石流灾害进行预警，在泥石流发生后，水电站预警部门的工作人员可以根据泥石流运动的动态数据，快速掌握泥石流的规模及冲击破坏能力，根据泥石流规模及其冲击破坏能力发布预警信息。