[发明专利]一种泥石流流速测量系统及其方法

说明书

本发明提供一种泥石流流速测量系统及其方法，所述系统包括可变坡度的泥石流实验水槽装置、传感器、固定装置、数据采集装置和数据处理模块；可变坡度的泥石流实验水槽装置包括机械上料机、储料斗、搅拌装置、带有变频电动机的启闭装置、可变坡度水槽、消能结构体和尾料回收装置；固定装置包括万能角度尺、竖向固定钢管和横向固定钢管；数据采集装置由安装有同步器的数据采集同步器、计算机和连接线组成，用于采集传感器信号；数据处理模块用于对采集到的数据信号进行加工处理。本发明能够自由调节泥石流可变坡度水槽的坡度和消能结构体的长度，自由移动激光泥位计传感器的位置，便于测量不同测试断面之间的泥石流平均流速。

技术领域

本发明涉及泥石流处理技术领域，特别涉及一种泥石流流速测量系统及其方法。

背景技术

泥石流运动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参数，也是确定泥石流防治工程中设计参数的关键因素。泥石流流速关系到泥石流流量、冲击力、运动摩阻、弯道超高等重要工程设计参数的计算。目前常用的泥石流流速测量方法有雷达测量法，现场调查法和图像解析法等。这些测量方法均存在不同的缺点，主要包括以下方面：测量误差较大、对测试环境要求高，测试过程中带有较多经验性和主观性。测量方法的缺陷和泥石流自身的复杂性，使得泥石流流速的精确测量难以实现，尤其是在模型实验机理研究过程中流速的测量，因此对泥石流防治工程设计参数的改进也难以提供精确的数据支撑。

在泥石流机理研究实验过程中，泥石流是由水、粘土、砾石和空气混合形成的高粘度、高容重、不透明流体。在水槽坡度较大的情况下，流体具有较大的冲击力和侵蚀能力，安装在水槽中的测量仪器不仅会对泥石流流场产生干扰，而且极容易被破坏；加之泥石流流态的复杂性，泥石流龙头的运动流态常呈现为强烈的紊动状态，难以跟踪和固定目标。尽管胡平华、韦方强等提出利用超声波泥位计来测量泥石流通过上下游两个固定断面之间最大泥深出现的时间间隔，从而得到泥石流体在两相邻断面之间的平均速度，但是该超声波泥位计的采样速度为4次/秒，泥深测量精度1cm，并且通过人工识别打印机自动连续打印出来的时间和对应的泥深值。这在一定程度上增大了人工识别的主观性，同时该超声波泥位计的采样频率较低，不能保证记录最大泥深出现时间的准确性和可靠性。尤其是在缩尺模型实验过程中，对实验测试的精度要求更高。因此，针对目前在泥石流流速的研究中还没有对泥石流流体表面瞬时流速过程进行精确测量的技术和方法。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明针对以往测试过程中存在干扰泥石流运动流场的问题，及在泥石流可变坡度水槽机理实验过程中纵比降较大的情况下，出现仪器极易破坏且无法准确测量可变坡度水槽中泥石流流速过程的情况，提出一种泥石流流速测量系统和方法，且该测量系统具有结构简单和数据处理方法运算方便、快捷、准确性高的特点。本发明能够在不干扰泥石流运动流场的情况下，采用激光泥位计传感器准确记录泥石流通过断面的泥深时间过程，采用互相关计算方法获得泥石流通过已知距离的时间，进而获得较为精确的泥石流运动平均流速。这种方法不仅能够提高测量过程的时间和泥深精度，而且能够大大降低人工识别的主观性，提高测量数据的可靠性和精确性。

本发明提供的一种泥石流流速测量系统，其改进之处在于，所述系统包括可变坡度的泥石流实验水槽装置、激光泥位计传感器、固定装置、数据采集装置和数据处理模块；