技术领域
[0001] 本发明涉及泥石流流量测量技术和设备领域，特别涉及一种能够测量泥石流内部的泥石流流速测量装置及其测量方法。
相关背景技术
[0002] 随着我国交通网络建设中心逐步西移，西部地区涌现一大批复杂艰险山区铁(公)路等。西部地区深大活动断裂带发育，地质条件复杂，强震活动频繁，降雨量丰富，泥石流灾害极其发育，常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。泥石流流动的全过程一般只有几个小时，短的只有几分钟，是在山区沟谷或山地坡面上，由暴雨、冰雪融化等水源激发的、含有大量泥沙石块的介于挟沙水流和滑坡之间的土、水、气混合流。在泥石流灾害研究及防治中，泥石流流速是重要的运动参数之一。
[0003] 目前，泥石流的流速测量方法主要有光学法、图像解译法、多普勒法等，这些方法在测量泥石流表面速度较为有效，但泥石流是由大量泥沙石块的介于挟沙水流和滑坡之间的土、水、气混合流，表面流速和内部流速差异较大。因此，如何准确测量泥石流内部流速，成为本领域技术人员急需解决的重大问题。
具体实施方式
[0021] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022] 参照图1至图3，
[0023] 本发明的一种泥石流流速测量装置，包括定位及冲击力测量圆球40，以及安装在固定底座60上的震动监测装置10、电磁发射装置30和基准站20。所述定位及冲击力测量圆球40具有冲击力传感器43、内接BDS/DBDS接收机42的定位器41。所述电磁发射装置30用于发射定位及冲击力测量圆球40，使其进入泥石流冲沟A的泥石流内。所述定位及冲击力测量圆球40通过冲击力传感器43实时测量不同方位泥石流的冲击力，通过定位器41实时测量电磁发射定位、定位及冲击力测量圆球40的位置和运动轨迹，且将这些实测数据信号实时传递给基准站20和泥石流防控中心。
[0024] 本发明利用电磁发射装置向泥石流冲沟发射定位及冲击力测量圆球，通过内接BDS/DBDS接收机的定位器、冲击力传感器等实时测量泥石流位置、运动轨迹及冲击力，能够实时测量泥石流内部的速度。不仅可以适用于野外泥石流流速测量，还可用于室内泥石流模拟实验的泥石流流速测量。
[0025] 参照图3，所述定位及冲击力测量圆球40的主体由球体和覆盖球体表面的金属保护壳46构成。所述定冲击力传感器43对称镶嵌固定设置在球体外侧，数量至少有4个，各定冲击力传感器43外设置与金属保护壳46固定连接的传感器减震保护罩44。所述BDS/DBDS接收机42、定位器41设置于球体内，在BDS/DBDS接收机42外侧设置减震弹簧45。
[0026] 参照图2，所述电磁发射装置30包括电磁圆管31、电磁感应线圈32、电源储存设备35、冷却系统36和定位及冲击力测量圆球存储仓38。所述电磁感应线圈32固定设置在电磁圆管31内壁上，冷却系统36布置在电磁圆管31外壁上，所述定位及冲击力测量圆球存储仓
38设置于电磁圆管31的后部。所述定位及冲击力测量圆球存储仓38与电磁圆管31内腔之间设置第一控制开关门381，所述电磁发射装置30、电磁圆管31的前端分别设置第二控制开关门382、第三控制开关门383。所述电磁感应线圈32通过信号传输控制导线37与电磁控制设备33、发射单元操作平台34和电源储存设备35电连接，所述第一控制开关门381、第二控制开关门382和第三控制开关门383分别电连接电磁控制设备33。
[0027] 参照图1，为方便调整电磁发射装置30发射定位及冲击力测量圆球40的角度，及实现定位及冲击力测量圆球40的自动发射，所述电磁发射装置30的末端与固定底座60铰接，电动液压伸缩杆61两端分别与固定底座60、电磁发射装置30中部铰接，电动液压伸缩杆61通过信号传输控制导线37与电磁控制设备33电连接。所述固定底座60上设置有为震动监测装置10、基准站20供电的太阳能电板70。
[0028] 参照图1至图3，本发明一种泥石流流速测量装置的测量方法，包括如下步骤：
[0029] S1、将泥石流流速测量装置安装固定在泥石流冲沟A外的安全区域，当震动监测装置10监测到泥石流发生后产生的震动信号后，泥石流流速测量装置开始工作；
[0030] S2、根据设定的程序设置，电磁发射装置30通过电磁感应产生的安培力依次将不少于3个定位及冲击力测量圆球40以初始速度v1射入到泥石流冲沟A内，定位及冲击力测量圆球40中的冲击力传感器43实时测量不同方位泥石流的冲击力，内接BDS/DBDS接收机42的定位器41实时测量电磁发射装置30定位、定位及冲击力测量圆球40的位置和运动轨迹，且将这些实测数据信号实时传递给基准站20和泥石流防控中心；
[0031] S3、通过数据处理装置将基准站20和泥石流防控中心采集的数据信号进行处理分析计算，计算得到泥石流的流速。
[0032] 其中，所述步骤S3按如下具体步骤进行：
[0033] S31、处理定位及冲击力测量圆球40实时测量的圆球位置、运动轨迹以及泥石流的冲击力实测数据信号，通过计算程序将圆球位置、运动轨迹以及泥石流原始冲击力信号进行降噪处理，分离得到电磁发射定位及定位及冲击力测量圆球40的位置(x,y)、运动轨迹以及泥石流浆体的冲击力P；
[0034] S32、根据泥石流泥浆体的冲击力，计算泥石流内的瞬时流速：
[0035] S321、根据电磁发射定位及冲击力测量圆球40中冲击力传感器43测量泥石流不同方位的冲击力，选择最大的冲击力作为泥石流浆体的冲击力P1，计算可得进入泥石流内的瞬时流速v2：
[0036] v2＝C(m×v1‑P1×t1)/m 公式1
[0037] 式中，C为泥石流流速系数，经验值默认为1，需结合现场实测数据进行修正；m为定位及冲击力测量圆球40的质量；v1为定位及冲击力测量圆球40射入到泥石流中的初始速度；t1为时间；
[0038] S322、当定位及冲击力测量圆球40进入泥石流冲沟内流动时间t2后，计算可得进入泥石流内的瞬时流速v3：
[0039] v3＝ C(m×v2‑P2×t2)/m 公式2
[0040] 式中，P2为泥石流流动时间t2的冲击力；
[0041] S323、泥石流流速系数C根据下式进行修正：
[0042] C修＝(C×v表)/步骤S321或者步骤S322计算的泥石流内部流速公式3[0043] 式中，C修为泥石流流速修正系数，经过反算之后代入到公式1和公式2中；v表为泥石流表面流速，根据光学法/图像解译法/多普勒法进行实测；
[0044] S324、重复步骤S322和步骤S323，直至一次泥石流结束；
[0045] S33、根据定位器41实时定位及冲击力测量圆球40的位置(x,y)、运动轨迹信号数据，通过无线传输设备和无线接收设备将信号及时传递给泥石流防控中心，根据相对定位原理处理分析实测数据，计算可得定位及冲击力测量圆球40在不同位置的泥石流流速；
[0046] S34：根据现场地质条件，综合对比分析步骤S32和步骤S33两种方法计算求解的泥石流的瞬时流速，综合确定泥石流冲沟中的泥石流流速。
