[發(fā)明專利]一種泥石流流速測量系統(tǒng)及其方法

有效

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• 申請日: 2023-07-20
• 公開（公告）號: CN116642662B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 曾璐;栗帥;葛永剛;陳劍剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環(huán)境研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01P5/26
• 代理公司: 北京中慧創(chuàng)科知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 11721
• 代理人: 由元

本發(fā)明提供一種泥石流流速測量系統(tǒng)及其方法，所述系統(tǒng)包括可變坡度的泥石流實驗水槽裝置、傳感器、固定裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理模塊；可變坡度的泥石流實驗水槽裝置包括機械上料機、儲料斗、攪拌裝置、帶有變頻電動機的啟閉裝置、可變坡度水槽、消能結構體和尾料回收裝置；固定裝置包括萬能角度尺、豎向固定鋼管和橫向固定鋼管；數(shù)據(jù)采集裝置由安裝有同步器的數(shù)據(jù)采集同步器、計算機和連接線組成，用于采集傳感器信號；數(shù)據(jù)處理模塊用于對采集到的數(shù)據(jù)信號進行加工處理。本發(fā)明能夠自由調(diào)節(jié)泥石流可變坡度水槽的坡度和消能結構體的長度，自由移動激光泥位計傳感器的位置，便于測量不同測試斷面之間的泥石流平均流速。

技術領域

本發(fā)明涉及泥石流處理技術領域，特別涉及一種泥石流流速測量系統(tǒng)及其方法。

背景技術

泥石流運動流速是泥石流運動力學的核心研究內(nèi)容之一，是研究泥石流流變性質(zhì)和運動機理的關鍵參數(shù)，也是確定泥石流防治工程中設計參數(shù)的關鍵因素。泥石流流速關系到泥石流流量、沖擊力、運動摩阻、彎道超高等重要工程設計參數(shù)的計算。目前常用的泥石流流速測量方法有雷達測量法，現(xiàn)場調(diào)查法和圖像解析法等。這些測量方法均存在不同的缺點，主要包括以下方面：測量誤差較大、對測試環(huán)境要求高，測試過程中帶有較多經(jīng)驗性和主觀性。測量方法的缺陷和泥石流自身的復雜性，使得泥石流流速的精確測量難以實現(xiàn)，尤其是在模型實驗機理研究過程中流速的測量，因此對泥石流防治工程設計參數(shù)的改進也難以提供精確的數(shù)據(jù)支撐。

在泥石流機理研究實驗過程中，泥石流是由水、粘土、礫石和空氣混合形成的高粘度、高容重、不透明流體。在水槽坡度較大的情況下，流體具有較大的沖擊力和侵蝕能力，安裝在水槽中的測量儀器不僅會對泥石流流場產(chǎn)生干擾，而且極容易被破壞；加之泥石流流態(tài)的復雜性，泥石流龍頭的運動流態(tài)常呈現(xiàn)為強烈的紊動狀態(tài)，難以跟蹤和固定目標。盡管胡平華、韋方強等提出利用超聲波泥位計來測量泥石流通過上下游兩個固定斷面之間最大泥深出現(xiàn)的時間間隔，從而得到泥石流體在兩相鄰斷面之間的平均速度，但是該超聲波泥位計的采樣速度為4次/秒，泥深測量精度1cm，并且通過人工識別打印機自動連續(xù)打印出來的時間和對應的泥深值。這在一定程度上增大了人工識別的主觀性，同時該超聲波泥位計的采樣頻率較低，不能保證記錄最大泥深出現(xiàn)時間的準確性和可靠性。尤其是在縮尺模型實驗過程中，對實驗測試的精度要求更高。因此，針對目前在泥石流流速的研究中還沒有對泥石流流體表面瞬時流速過程進行精確測量的技術和方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵／重要組成元素或描繪這些實施例的保護范圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現(xiàn)一些概念，以此作為后面的詳細說明的序言。

本發(fā)明針對以往測試過程中存在干擾泥石流運動流場的問題，及在泥石流可變坡度水槽機理實驗過程中縱比降較大的情況下，出現(xiàn)儀器極易破壞且無法準確測量可變坡度水槽中泥石流流速過程的情況，提出一種泥石流流速測量系統(tǒng)和方法，且該測量系統(tǒng)具有結構簡單和數(shù)據(jù)處理方法運算方便、快捷、準確性高的特點。本發(fā)明能夠在不干擾泥石流運動流場的情況下，采用激光泥位計傳感器準確記錄泥石流通過斷面的泥深時間過程，采用互相關計算方法獲得泥石流通過已知距離的時間，進而獲得較為精確的泥石流運動平均流速。這種方法不僅能夠提高測量過程的時間和泥深精度，而且能夠大大降低人工識別的主觀性，提高測量數(shù)據(jù)的可靠性和精確性。

本發(fā)明提供的一種泥石流流速測量系統(tǒng)，其改進之處在于，所述系統(tǒng)包括可變坡度的泥石流實驗水槽裝置、激光泥位計傳感器、固定裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理模塊；