动态监测堰塞体泄流槽冲刷过程的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及堰塞体安全监测
技术领域
，尤其是涉及一种动态监测堰塞体泄流槽冲刷过程的测量装置及方法。背景技术
堰塞体是在一定的地质地貌条件下，由于地震、降水等原因，引发河道两侧山体发生滑坡、崩塌和泥石流而形成的阻塞河道的堆积体。堰塞体由于其特殊的物质组成和结构特征，极易发生溃决，且绝大多数堰塞体最终都将发生溃决。
为了减轻或防范堰塞体溃决给下游带来的洪水灾害，需要对灾区堰塞体进行风险评估，并对高危堰塞体进行及时除险处置。一般堰塞湖的治理，常采取工程措施和下游人员转移避险相结合的方法来尽可能消除或降低堰塞体对下游潜在的次生灾害威胁。
对于库容较大的堰塞湖，为降低溃坝风险，一般在堰塞坝顶低凹处开挖出满足设计过流要求的泄流槽，达到科学、有序地降低堰塞湖水位，提前合理地引流和泄流，降低堰塞坝整体溃决风险，利用水流自身的冲蚀能力自然扩宽泄流槽，控制下泄流量，实现堰塞坝体逐步溃决，最终达到排除险情的目的。由于在引流过程中，泄流槽内下泄水流流速大，易对泄流槽两岸岩土体、泄流槽底板等部位产生冲刷，进而扩宽泄流槽。因此，需要在引流全过程中对泄流槽易冲刷部位进行实时动态监测，为安全引流、泄流和最终排除险情提供数据支撑。
目前，针对开挖泄流槽的监测，更多是采用高清摄像头对水上部分进行高清摄像，然后对高清视频和高清照片进行处理，最大程度还原引流过程中泄流槽水上部分的冲刷过程；但对于泄流槽水下部分的监测，由于下泄水流流速大，测量装置安装难度大等原因，尚没有可靠的监测测量装置来反映泄流槽水下部分，特别是泄流槽底板的冲刷过程。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种动态监测堰塞体泄流槽冲刷过程的测量装置及方法，同时测量泄流槽水下底板的动态冲刷过程、泄流槽两岸岩土体的变化过程，实现对泄流槽水上、水下部分同时全面的监测。
本发明采用的技术方案是：一种动态监测堰塞体泄流槽冲刷过程的测量装置，其特征在于：包括泄流槽两岸岩土体测量组件、泄流槽底板测量组件、固定悬挂组件和数据接收终端，所述固定悬挂组件横跨泄流槽，两端固定设置在引流过程中两岸岩土体冲刷扩宽区域外；所述泄流槽两岸岩土体测量组件处于泄流槽水面之上，固定设置在固定悬挂组件上，用于动态监测泄流槽两侧岩土的冲刷过程；所述泄流槽底板测量组件一端固定在固定悬挂组件上，另一端与泄流槽底板接触，用于动态监测泄流槽水下底板的冲刷过程；所述泄流槽两岸岩土体测量组件和泄流槽底板测量组件通过数据传输线与数据接收终端相连。
作为优选，所述固定悬挂组件包括固定支架支撑杆、支架横杆和悬挂杆，所述支架横杆横跨泄流槽，设置泄流槽水面之上；所述支架横杆两端通过固定支架支撑杆固定在泄流槽两岸的引流过程中两岸岩土体冲刷扩宽区域外；所述悬挂杆设置在支架横杆中部，处于泄流槽水面之上。所述固定支架支撑杆、支架横杆和悬挂杆之间采用丝扣连接，方便拆卸。
进一步的，所述泄流槽两岸岩土体测量组件包括摄像定位设备和设备固定连接部件，多个所述摄像定位设备沿悬挂杆两侧不同高程设置，均通过设备固定连接部件固定设置在悬挂杆上，均通过数据传输线与数据接收终端相连。根据悬挂杆长度，沿杆轴线方向等间距安装固定摄像定位设备，应该注意的是：摄像头朝向垂直于水流方向，且沿杆轴线分两侧安装，可同时监测泄流槽两侧岩土体变化情况，摄像定位设备集成1个高清摄像头、1个高程定位设备，可实时传输当前摄像监测区域内拍摄视频和当前摄像头的高程信息；设备固定连接部件采用可拆卸螺母固定，方便，快捷；数据传输线一端连接摄像定位设备，另一端与便携式数据接收终端连接，具有防水性能，可高效实时传输数据。
进一步的，泄流槽底板测量组件包括柔性测斜仪和测斜仪连接部件，所述柔性测斜仪上端通过测斜仪连接部件固定设置在悬挂杆上，下端呈自由状态，与泄流槽底板接触。
进一步的，所述柔性测斜仪包括RS485信号电缆、测斜仪连接电缆端、各节测杆、节点连接部分和测斜仪尾端，所述测斜仪连接部件包括上连接部件和下连接部件，所述连接部件与悬挂杆固定连接，所述下连接部件与测斜仪连接电缆端固定连接，所述测斜仪连接电缆端上设有RS485信号电缆，所述RS485信号电缆绑扎固定于悬挂杆上，向上逐步引出；所述各节测杆设置在测斜仪连接电缆端和测斜仪尾端之间，相邻所述各节测杆之间通过节点连接部分相连；所述测斜仪尾端呈自由状态，与泄流槽底板接触。
更进一步的，所述数据接收终端包括便携式移动数据接收装置和便携式笔记本电脑，所述便携式移动数据接收装置与RS485信号电缆连接，然后通过USB连接线与便携式笔记本电脑连接，将测斜仪实测数据储存于电脑中，便于数据管理软件处理，分析；所述泄流槽两岸岩土体测量组件通过数据传输线直接与便携式笔记本电脑连接，将影像资料与高程信息直接储存于电脑中。
作为优选，所述泄流槽两岸岩土体测量组件外套设有透明的保护套管。所述保护套管采用透明高强度玻璃，采用多节连接形式，安装时，将多节套管丝扣拧紧，组成长套管，与所述悬挂杆配套即可，在首节套管内顶部、尾节套管内底部均有与悬挂杆固定连接的连接扣件，用于将保护套管与悬挂杆连接。
进一步的，所述保护套管包括标准单节透明套管和连接扣件，多个所述标准单节透明套管相互之间通过丝扣相连，组合成整体套管；首节所述标准单节透明套管和末节所述标准单节透明套管内均设有连接扣件，所述连接扣件紧套在悬挂杆外。
一种动态监测堰塞体泄流槽冲刷过程的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：根据现场勘测和评估成果，沿泄流槽从上游至下游选择多个典型断面，布置动态监测堰塞坝泄流槽冲刷过程的测量装置；
步骤b：根据选定断面，在断面轴线上、泄流槽两侧，泄流槽两岸引流过程中两岸岩土体冲刷扩宽区域外选择埋设点，埋设固定支架支撑杆，并安装支架横杆；
步骤c：根据泄流槽开挖深度，选择合适悬挂杆长度，然后按照等间距，在悬挂杆轴线两侧，垂直于水流方向，用摄像定位设备连接部件安装固定多套摄像定位设备，并固定好数据传输线，以便下一步接入便携式移动数据接收终端；
步骤d：根据悬挂杆长度，确定保护套管长度，将标准单节套管用连接螺母组装成与悬挂杆长度基本一致的长套管，并利用首、尾两节套管内连接扣件，将长套管与悬挂杆连接固定；
步骤e：采用测斜仪连接部件将多节测杆组成的柔性测斜仪与电缆端连接，并与悬挂杆底端连接固定，测斜仪尾端处于自由状态，并与泄流槽的底部接触，RS485信号电缆穿过保护套管，并附着于悬挂杆上，向上牵引，以便后续接入便携式移动数据接收终端；
步骤f：所有装置安装完毕，将引出摄像定位设备的数据传输线和RS485信号电缆接入便携式移动数据终端，打开数据管理软件，设置好柔性测斜仪采集频次，打开摄像定位设备，现场调试测试一下，待调试完毕，等待泄水引流通知；
步骤g：待引流开始，打开数据管理软件，开始进行高清摄像，同时进行柔性测斜仪数据采集，实时关注采集影像和柔性测斜仪采集数据过程线；
步骤h：待引流结束，拆卸、回收测量装置，进行后期监测资料分析。
本发明取得的有益效果是：通过泄流槽两岸岩土体测量组件动态监测泄流槽两侧水上岩土的冲刷过程，通过泄流槽底板测量组件动态监测泄流槽水下底板的冲刷过程，实现引流全过程中泄流槽水下底板的动态冲刷过程、泄流槽两岸岩土体的变化过程的动态监测，实现了水上、水下部位的实时在线监测。
附图说明
图1为本发明的测量装置应用在堰塞坝泄流槽的示意图；
图2为图1中的泄流槽两岸岩土体测量部件的结构示意图；
图3-4为图1中的泄流槽底板测量组件的结构示意图；
图5为图1中的固定悬挂部件结构示意图；
图6-7为图1中的测量装置外部保护套筒结构示意图；
图8为图1中的便携式移动数据接收终端示意图；
其中：10、泄流槽两岸岩土体测量组件；11、摄像定位设备；111、高清摄像头；112、高程定位设备；12、设备固定连接部件；13、数据传输线；
20、泄流槽底板测量组件；21、柔性测斜仪；211、RS485信号电缆；212、测斜仪连接电缆端；213、各节测杆；214、节点连接部分；215、测斜仪尾端；22、测斜仪连接部件；221、上连接部件；222、下连接部件；
30、固定悬挂组件；31、固定支架支撑杆；32、支架横杆；33、悬挂杆；
40、保护套管；41、标准单节透明套管；42、连接扣件；
50、数据接收终端；51、便携式移动数据接收装置；52、便携式笔记本电脑52；
L1、引流过程中两岸岩土体冲刷扩宽区域；L2、引流过程中安全距离。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种动态监测堰塞体泄流槽冲刷过程的测量装置，包括泄流槽两岸岩土体测量组件10、泄流槽底板测量组件 20、固定悬挂组件30、数据接收终端50和保护套管40，固定悬挂组件30横跨在堰塞体泄流槽水面上方，固定悬挂组件30两端固定设置在泄流槽两岸，处于泄流槽两岸的引流过程中两岸岩土体冲刷扩宽区域L1外；泄流槽两岸岩土体测量组件10处于泄流槽水面之上，固定设置在固定悬挂组件30上，用于动态监测泄流槽两侧岩土的冲刷过程；泄流槽底板测量组件20一端固定在固定悬挂组件30上，另一端与泄流槽底板接触，用于动态监测泄流槽水下底板的冲刷过程；泄流槽两岸岩土体测量组件10和泄流槽底板测量组件20通过数据传输线与数据接收终端相连。
如图5所示，固定悬挂组件30包括固定支架支撑杆31、支架横杆32和悬挂杆33，支架横杆32横跨泄流槽，设置泄流槽水面之上；支架横杆32两端通过固定支架支撑杆31固定在泄流槽两岸，固定支架支撑杆31的固定位置处于引流过程中两岸岩土体冲刷扩宽区域L1外(即处于引流过程中安全距离L2)，防止泄流槽两岸在冲刷过程中垮塌，造成固定悬挂组件30损坏。固定支架支撑杆31根据选定安装埋设点，进行挖坑埋设；支架横杆32根据固定支架支撑杆31两点间距离，采用标准杆件丝扣连接延长，与悬挂杆33连接的标准杆件采用“T”字型结构。固定支架支撑杆31、支架横杆32和悬挂杆33之间均采用丝扣连接，方便拆卸。
如图2所示，泄流槽两岸岩土体测量组件10包括摄像定位设备 11和设备固定连接部件12，及数据传输线13，多个摄像定位设备11 沿悬挂杆33两侧呈不同高程设置，均通过设备固定连接部件12固定设置在悬挂杆33上，均通过数据传输线13与数据接收终端50相连。根据悬挂杆33长度，沿杆轴线方向等间距安装固定摄像定位设备11，应该注意的是：摄像头朝向垂直于水流方向，且沿杆轴线分两侧安装，可同时监测泄流槽两侧岩土体变化情况，摄像定位设备11集成1个高清摄像头111和1个高程定位设备112，高清摄像头111提供高清影像资料，可实时传输当前摄像监测区域内拍摄视频；高程定位设备 112提供当前摄像头高程信息，可实时提供当前摄像头的高程信息。使用时，将对半分两部分按图2所示合箍在悬挂杆33上，采用螺母拧紧，方便安装拆卸；数据传输线13一端连接摄像定位设备11，另一端与便携式数据接收终端50连接，且数据传输线13具有防水性能，可高效实时传输数据，将现场拍摄实时影像资料和高程定位信息，及时传输给便携式移动数据接收终端50。
如图3-4所示，泄流槽底板测量组件20包括柔性测斜仪21和测斜仪连接部件22，柔性测斜仪21包括RS485信号电缆211、测斜仪连接电缆端212、各节测杆213、节点连接部分214和测斜仪尾端215，测斜仪连接部件22包括上连接部件221和下连接部件222，上连接部件221与悬挂杆33固定连接，下连接部件222与测斜仪连接电缆端212固定连接，测斜仪连接电缆端212上设有RS485信号电缆211， RS485信号电缆211绑扎固定于悬挂杆33上，向上逐步引出；各节测杆213设置在测斜仪连接电缆端212和测斜仪尾端215之间，相邻各节测杆213之间通过节点连接部分214相连；测斜仪尾端215呈自由状态，与泄流槽底板接触。
本实施例中，柔性测斜仪21由一系列连续相接的MEMS加速度传感器构成，数据管理软件可根据传输回数据，处理得到每个传感器单元的空间形态，从而实现对目标物的三维变形监测。
如图8所示，数据接收终端50包括便携式移动数据接收装置51 和便携式笔记本电脑52，便携式移动数据接收装置51与RS485信号电缆211连接，然后通过USB连接线与便携式笔记本电脑52连接，将柔性测斜仪21实测数据储存于便携式笔记本电脑52中，便于数据管理软件处理，分析；摄像定位设备11通过数据传输线13直接与便携式笔记本电脑52连接，将影像资料与高程信息直接储存于便携式笔记本电脑52中。
结合图6-7所示，本实施例中，泄流槽两岸岩土体测量组件10 外套设有透明的保护套管40。保护套管40采用透明高强度玻璃，包括标准单节透明套管41和连接扣件42，多个标准单节透明套管41 相互之间通过丝扣相连，组合成整体套管；首节标准单节透明套管41和末节标准单节透明套管41内均设有连接扣件42，连接扣件42 紧套在悬挂杆33外。标准单节透明套管41顶部和底部均有螺纹，安装时，丝扣拧紧，组成长套管(长度与悬挂杆33配套即可)；首节套管、末节套管内部有连接扣件42，与套管组成一体；安装时，先将首节标准单节透明套管41与悬挂杆33连接，将连接扣件42紧固螺母拧紧，防止测量过程中脱落，然后逐节连接中间标准单节透明套管 41直至末节标准单节透明套管41，最后将末节标准单节透明套管41 与上一节标准单节透明套管41丝扣拧紧，并将连接扣件42紧固螺母拧紧。
本发明的一种动态监测堰塞体泄流槽冲刷过程的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：根据现场勘测和评估成果，沿泄流槽从上游至下游选择多个典型断面，布置动态监测堰塞坝泄流槽冲刷过程的测量装置；
步骤b：根据选定断面，在断面轴线上、泄流槽两侧，泄流槽两岸引流过程中两岸岩土体冲刷扩宽区域外选择埋设点，埋设固定支架支撑杆，并安装支架横杆；
步骤c：根据泄流槽开挖深度，选择合适悬挂杆33长度，然后按照等间距，在悬挂杆33轴线两侧，垂直于水流方向，用摄像定位设备连接部件12安装固定多套摄像定位设备11，并固定好数据传输线13，以便下一步接入便携式移动数据接收终端50；
步骤d：根据悬挂杆33长度，确定保护套管40长度，将标准单节套管41用连接螺母组装成与悬挂杆33长度基本一致的长套管，并利用首、尾两节套管内连接扣件42，将长套管与悬挂杆33连接固定；
步骤e：采用测斜仪连接部件22将多节测杆组成的柔性测斜仪 21与测斜仪连接电缆端212连接，并与悬挂杆33底端连接固定，测斜仪尾端215处于自由状态，并与泄流槽的底部接触，RS485信号电缆211穿过保护套管40，并附着于悬挂杆33上，向上牵引，以便后续接入便携式移动数据接收终端50；
步骤f：所有装置安装完毕，将引出摄像定位设备11的数据传输线13和RS485信号电缆211接入便携式移动数据终端50，打开数据管理软件，设置好柔性测斜仪21采集频次，打开高程定位设备112，现场调试测试一下，待调试完毕，等待泄水引流通知；
步骤g：待引流开始，打开数据管理软件，开始进行高清摄像，同时进行柔性测斜仪21数据采集，实时关注采集影像和柔性测斜仪 21采集数据过程线；
步骤h：待引流结束，拆卸、回收测量装置，进行后期监测资料分析。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
