ISSN 1003-8035 CN 11-2852/P
  • 中国科技核心期刊
  • CSCD收录期刊
  • Caj-cd规范获奖期刊
  • Scopus 收录期刊
  • DOAJ 收录期刊
  • GeoRef收录期刊
欢迎扫码关注“i环境微平台”

地质灾害监测复杂场景下压电式雨量计精度标定及适宜性分析

马娟, 张鸣之, 齐干, 叶思卿, 黄喆, 丁帆

马娟,张鸣之,齐干,等. 地质灾害监测复杂场景下压电式雨量计精度标定及适宜性分析[J]. 中国地质灾害与防治学报,2023,34(5): 91-96. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202302004
引用本文: 马娟,张鸣之,齐干,等. 地质灾害监测复杂场景下压电式雨量计精度标定及适宜性分析[J]. 中国地质灾害与防治学报,2023,34(5): 91-96. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202302004
MA Juan,ZHANG Mingzhi,QI Gan,et al. Precision calibration and suitability analysis of piezoelectric rain gauges for complex scenarios in geological hazard monitoring[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2023,34(5): 91-96. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202302004
Citation: MA Juan,ZHANG Mingzhi,QI Gan,et al. Precision calibration and suitability analysis of piezoelectric rain gauges for complex scenarios in geological hazard monitoring[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2023,34(5): 91-96. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202302004

地质灾害监测复杂场景下压电式雨量计精度标定及适宜性分析

基金项目: 国家重点研发计划课题(2019YFC1509604);中国地质调查局地质调查项目 (DD20211364)
详细信息
    作者简介:

    马 娟(1983-),女,博士研究生,正高级工程师,主要从事地质灾害调查监测技术方法研究。E-mail:majuan@mail.cgs.gov.cn

  • 中图分类号: P694

Precision calibration and suitability analysis of piezoelectric rain gauges for complex scenarios in geological hazard monitoring

  • 摘要: 降雨尤其是局地集中强降雨是诱发滑坡、泥石流等突发地质灾害的主要因素之一。据中国历史灾情统计,局地短时集中强降雨是泥石流的最主要诱发因素,同时降雨诱发型滑坡数量也约占滑坡总数的70%。目前,中国南方的春汛、梅汛提前和北方的秋汛延后,造成地质灾害数量增加、防范区域扩大、防御时段延长。因此开展雨量监测对滑坡、泥石流预警预报具有十分重要的意义。受野外监测场地地形地貌、植被和局地小气候等影响,雨量监测设备的精度、灵敏性、稳定性以及安装位置的科学性是精准预警预报的前提。文章基于翻斗式和压电式两种类型雨量计测定原理、技术参数、安装方法和运维方式的对比,开展室内模拟降雨环境和野外复杂场景试验,进行压电式雨量计精度测定及适宜性分析。结果表明:压电式雨量计误差范围在4%以内。在野外地质灾害监测复杂场景下,压电式雨量计无论是量程大小、测量精度,还是安装方式和后期维护,均较翻斗式雨量计更为适宜。
    Abstract: Rainfall, especially local concentrated heavy rainfall, is one of the major factors triggering sudden geological hazards such as landslides and debris flow. According to historical disaster statistics in China, locally short-term concentrated heavy rainfall is the primary triggering factor for debris flows, accounting for approximately 70% of the total number of landslides. Recent alterations in seasonal rainfall patterns, with accelerated spring floods and plum rain in southern China, as well as delayed autumn rain in the northern regions, have led to an increase in geological disasters, expanded risk-prone areas, and prolonged risk management periods. Therefore, conducting rainfall monitoring is of great significance for landslides and debris flow early warning and prediction. To ensure precise early warnings and predictions, the accuracy, sensitivity, stability, and scientifically grounded installation of rainfall monitoring equipment are prerequisites. This study, comparing two types of rain gauges-- tipping bucket and piezoelectric—in terms of measurement principles, technical specifications, installation methods, and operational maintenance, conducted both indoor simulated rainfall experiments and field tests within complex scenes. The results reveal that the piezoelectric rain gauge maintains an error range within 4%. These findings highlight that in the context of complex geological hazard monitoring scenarios, the piezoelectric rain gauge proves more suitable than the tipping bucket rain gauge, regardless of measurement range, accuracy, installation, or post-installation maintenance considerations
  • 地裂缝为常见的地质灾害之一,一般指在内外应力协同作用下,岩土体的连续性被破坏,并发生变形破裂,进而在浅表层形成的具一定规模的变形带或裂缝的灾害现象,其变形破坏常呈现为水平剪切、垂直剪切与拉张破坏[13]。地裂缝在许多国家都有广泛发育,在美国、中国、墨西哥、澳大利亚以及埃塞俄比亚、肯尼亚等地均出现了大规模的地裂缝灾害,对当地居民生产生活造成严重影响,产生了难以计量的破坏和损失[410]

    调查发现,自上世纪60年代起,北京平原区勘察到地裂缝超过40条,至今已发育有7个地裂缝带,其中以高丽营、顺义和通州地区所发育的地裂缝最为典型,对周围建筑和公共设施造成了严重破坏,引起了人们的高度关注[11]。在北京地裂缝的发育特征和成因机理研究方面:贾三满等认为高丽营地裂缝主要受断裂的控制,为基底断裂活动延伸至地表导致的,是断裂构造和地面沉降共同作用的结果[12];彭建兵等通过对顺义区土沟村地裂缝进行研究,认为该地裂缝与下伏断裂相连,并呈现出同沉积断层的活动特征[13];刘德成等认为通州地裂缝是非构造性地裂缝,主要受地貌形态所控制,并分布于河流两岸,顺河堤方向展布[14];姜媛等在对大量资料分析的基础上,得到了高丽营地裂缝和当地地面沉降在时间、空间和活动方式上的关联,认为二者在加剧活动时间上具有同步性,在活动特征上具有相似性,并指出地面沉降在断裂两侧引起的不均匀沉降是高丽营地裂缝形成的主要因素[15];卢全中等对北七家至高丽营段的地裂缝进行研究,确定其上、下盘影响带总宽度为43 m,地裂缝对房屋与道路的破坏形式有3种[16];刘方翠等认为是区域构造活动及差异沉降变形机制的共同作用导致了北京平原区顺义地裂缝、高丽营地裂缝、羊房地裂缝和北小营地裂缝的快速形成发育[17];周永恒等通过地球物理探测技术与联合钻孔剖面方法揭示了黄庄-高丽营断裂(房山-涞水段)具典型的正断活动特征[18];关金环等发现北京首都国际机场发生的差异性沉降主要是由顺义-良乡断裂所发育的顺义地裂缝造成的[19];孟振江等以北京地裂缝为原型研究了耦合型地裂缝的发育活动特征和成因机制,揭示了不同位错量和水位下降量引发的地层位移场和应力场的变化特征[20];任雅哲等依据断层位错理论定量分析了顺义断裂蠕滑活动对机场地裂缝形成的影响,认为顺义断裂上盘中、深层地下水抽采引起的地面差异沉降是导致机场地裂缝加剧的主要因素[21]。以上研究在一定程度上揭示了北京地裂缝的成因与影响因素,为后续的深入研究提供了重要的研究基础和理论参考。

    作为特殊的工程场地,地裂缝场地对动力的响应明显且产生的影响较大。相关研究表明,傅里叶频率与场地条件、土层结构完整性及力学性质等紧密相关,而地脉动频率及卓越周期都可以反映出试验场地土体结构的变化[2223]。在利用地脉动测试方法研究方面:薛捷等通过地脉动测试的方法对西安地裂缝场地进行了研究,从而为西安市抗震设防工作提供理论依据[24];慕焕东等使用FLAC3D数值分析软件对西安地裂缝场地开展研究,发现地裂缝场地具有明显的放大效应,且上盘效应显著[25];张磊刚等应用地脉动测试手段对西安F6地裂缝场地进行研究,探明了场地因地裂缝而产生的放大效应和峰值变化规律[26];王晗等通过地脉动现场测试方法,得到了西安地区典型地裂缝的场地放大效应和变化规律[27];崔思颖等选取河北平原具有代表性的地裂缝进行地脉动测试揭示了动力响应特征[28];Chang J和Xuan Y等利用地脉动测试技术获得了山西临汾和大同两处盆地的典型地裂缝场地的数据并开展研究,研究结果表明可以通过地脉动信号来分析地裂缝场地的动力响应特征,并揭示了其变化规律与放大效应[2932]

    在对北京地区的地裂缝研究方面,前人所做研究大多集中于对地裂缝破坏现象的描述和产状勘察,以及从发育场地地貌和地质构造角度对其成因机理进行研究,在利用地脉动测试北京地裂缝发育场地的动力响应研究方面还属于空白,因该方法的应用还未被普及,加上北京多个地裂缝段现场的干扰较大,故尚未开展专门的地脉动现场测试[33]。鉴于此,本文的研究对象选取为北京通州区宋庄地裂缝场地,采用现场踏勘、地脉动测试和动力分析等方法,开展针对性的宋庄地裂缝场地的动力响应研究,以探究地裂缝的存在对场地动力响应的“峰值”及其“卓越频率”所造成的影响,并在此基础上揭示地裂缝发育场地的动力响应规律,以期为宋庄地区场地工程建设和防震减灾工程的设计和规划提供理论依据,同时为其他地裂缝发育区开展此类研究提供借鉴与参考。

    北京平原区地处太行山隆起与燕山隆起和华北断陷盆地相交汇的地带,自新生代以来,该地区主要处于伸展变形的构造环境,地质构造复杂且独特,断裂构造发育。近年来,随着人类工程活动的日益加剧,引发了多起地裂缝灾害[33]

    通州区地裂缝于上世纪60年代开始零星出现,唐山大地震发生后,郎府、西集、宋庄等地都出现了大量的地裂缝,其中以宋庄地裂缝最为典型。宋庄镇地处北京迭断陷与大兴迭隆起相交界的区域,其下伏具有活动迹象的早、中更新世南苑-通县断裂,该断裂带长约110 km,走向NE35~50°,倾向NW,倾角60°~75°,NW盘下降,SE盘上升,为正断层(图1)。断层西北侧震旦亚界埋深400~1000余米,上覆有巨厚的新近系、第四系沉积,而东南侧寒武系及中上元古界埋深仅60~300米,上覆有第四系及少量新近系沉积;对断层附近钻孔岩芯观察,具有明显挤压现象,应属压型断层。宋庄地裂缝于2010年后活动尤为剧烈[34]。经野外调查发现,宋庄地裂缝沿南苑-通县断裂展布,南起小中河在地表呈近直线延伸,经双埠头村、沟渠村、大庞村至平家疃村后向北东方向延伸,长度约8.7 km,整体走向NE31°,倾向NW。该地裂缝以水平拉张破坏为主,地表水平拉张量在2.15~56.7 cm之间,垂直位错量较小,地裂缝影响变形带最宽处达到400 m(图2)。

    图  1  宋庄地裂缝与周边断裂分布图
    Figure  1.  Distribution map of mainly fractures and location of Songzhuang ground fissures
    图  2  宋庄地裂缝致灾示意图
    Figure  2.  Schematic diagram of disaster caused by songzhuang ground fissures

    宋庄地裂缝的地层剖面如图3示,地表以下由粉砂、细砂、粉土、粉质黏土互层组成[35]。在浅表层,地裂缝近直立,地裂缝以偏拉张开裂为主,张开量为1~15 cm;在地下埋深50 m以下的地层开始逐渐出现位错现象,埋深53.2 m处的钻孔岩芯显示,在浅黑灰色砂质粘土层中,发育不连续构造面,构造面倾角64°,且两侧地层颜色不同。总体上分析发现地层上下盘位错量随埋深逐渐增大,地裂缝NW盘地层相对下降,西北侧第四系地层沉积厚度大于东南侧。在宋庄地裂缝影响范围内,致灾最为严重的是双埠头村至大庞村段,据统计,2016年、2018年和2022年地裂缝造成的直接经济损失总值分别为4623.24万元、7033.49万元和10751.14万元,可见地裂缝的影响和破坏在不断加剧[36]

    图  3  宋庄地裂缝浅表部地层剖面图(据赵龙,2018修改)
    Figure  3.  Stratigraphic section of the shallow strata of Songzhuang ground fissure (modified from Zhao Long, 2018)

    地脉动通常是指地表面振动周期在0.05~10s、振幅在千分之几至几微米的微幅振动,是由环境振动在地球表面所产生的复杂随机振动,包括地球内部应力、地震等自然因素及交通等人类活动所引起的振动,并经过不同传波介质和不同场地环境后综合作用于地球表面的结果。目前地脉动研究大致分为两类:一类是常时微动,一般是指周期小于1s的微动,侧重其振幅、周期性与观测点场地分类和振动特性研究;另一类是长波微动,一般是指周期大于1s的微动,研究的重点是由微动提取面波,进而解释推断观测点地下横波波速1s的常时微动,可用以研究地裂缝场地动力响应特性。

    地脉动测试要求的频段范围在0.1~15Hz之间,本次进行地脉动测试所使用的设备是高灵敏度伺服型速度网络地震仪,可满足测试精度要求,主要规格参数见表1

    表  1  选取地震仪的主要技术参数
    Table  1.  Main technical parameters of the Seismic Monitor
    仪器型号 CV-374AV
    动态范围 136 db
    灵敏度 1000 mv/(cm/s)
    通频带 0.1~100 Hz
    测量范围 ±0.02 m/s
    线性 0.03%
    采样频率 100 Hz
    AD分辨频率 24 bit
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    高灵敏度伺服型速度网络地震仪尺寸为180*120*100 mm,灵敏度较高,在进行地脉动测试时,严格按照操作规程测试,确保测试数据的精确性。为避开不利环境因素和人类活动对地脉动监测结果的影响,选择天气条件良好情况下进行地脉动测试,测试工作选择在凌晨1点至5点期间。

    选择在北京通州区宋庄镇发育较为典型的双埠头村地裂缝段进行地脉动测试,现场布设测点具体原则为:在与主裂缝走向垂直的方向布设2条测线,结合地裂缝的影响带宽度范围,布设长度为60 m的测线,其中,上、下盘长度各设30 m。将地裂缝作为测线的中点,向远离地裂缝的方向进行测点的布设。以上盘为例,首先,在距地裂缝1.5 m处布设第一个测点,再沿测线以3 m为间距布设测点,共布设5个;接着按每隔5 m布设一个测点,共布设3个。因此,所布设测点与地裂缝间的水平距离由近到远设成1.5、3、6、9、12、15、20、25和30 m。下盘测点与上盘对称布设。

    针对地脉动观测各个测点的数据,在稳定波段内以10秒为单位进行波段的截取并通过Pwave32软件将其转换导出为加速度时程曲线,之后应用SeismoSignal软件对数据进行预处理,以得到反应谱曲线、傅里叶谱曲线以及Arias烈度曲线,通过频谱特征分析,进而获得地裂缝场地地脉动响应的加速度幅值、卓越频率、影响范围等场地动力响应特征;通过利用3种从不同角度出发的动力分析方法,对采集并经处理的地脉动数据进行分析,进一步提炼地脉动产生的场地动力特性。

    通过傅里叶谱分析,可以将地脉动加速度时程曲线转换成傅里叶谱曲线,从而得到场地卓越频率和傅里叶谱峰值,通过对不同测点卓越频率和峰值的对比,可得到场地不同区域地脉动响应的分布特征,从而获得地裂缝场地动力响应特征。

    图4图5为双埠头村地裂缝测线上盘和下盘在三个方向上的傅里叶谱图(其中X、Y、Z分别为垂直地裂缝走向方向、平行地裂缝走向方向及和垂直地面方向,下文同),图中各测点的傅里叶谱峰值显著,呈现出多峰的特点。主频带宽度较大,而各测点的卓越频率相对集中,因此其波速的变化没有明显的规律。傅里叶谱图反映出的多峰、谱面积大以及谐波丰富等特征,这与双埠头村地裂缝发育场地中较为松软的粘性土层结构特征相一致。通过对双埠头村地裂缝上下盘的傅里叶谱统计分析,得到该区域地裂缝场地的卓越频率在2.10~4.30 Hz之间浮动。而场地卓越频率的大小和测点距地裂缝的水平距离间的关系并不显著,均值约为3.30 Hz。

    图  4  双埠头村地裂缝上盘不同测点XYZ方向上傅里叶谱
    Figure  4.  Fourier spectra in the XYZ direction at different measurement points on the hanging wall of the ground fissures in Shuangbutou village
    图  5  双埠头村地裂缝下盘不同测点XYZ方向上傅里叶谱
    Figure  5.  Fourier spectra in the XYZ direction at different measurement points on the footwall of the ground fissures in Shuangbutou village

    图6图7为双埠头村地裂缝各测点的傅里叶卓越峰值图。从图中可以看出,在距离地裂缝区域较近的位置,地脉动响应由于地裂缝的存在而出现了显著的放大效应,傅里叶谱峰值与该距离呈负相关关系,距地裂缝的距离越大,峰值越低,在距离较远处曲线趋于平缓,其临界值约在距地裂缝12 m处,傅里叶谱峰值大致保持稳定不变。在距离地裂缝12 m以内的区域,振动的幅值和能量密度相对较高,而在距离地裂缝12米以外的区域,地表振动的幅值和能量密度则相对较低,这种现象表明靠近地裂缝的区域地表振动会比远离地裂缝的区域更强烈。

    图  6  双埠头村地裂缝上盘XYZ方向上傅里叶卓越峰值
    Figure  6.  The peak value of Fourier spectrum of the hanging wall in XYZ directions in Shuangbutou village
    图  7  双埠头村地裂缝下盘XYZ方向上傅里叶卓越峰值
    Figure  7.  The peak value of Fourier spectrum of the footwall in XYZ directions in Shuangbutou village

    图8图9分别为沟渠村地裂缝各测点X、Y、Z三个方向上傅里叶谱峰值与距地裂缝的距离变化关系的散点及曲线图,发现距离地裂缝越远的位置则傅里叶谱峰值越小,直至在较远的位置,曲线逐渐接近平缓;最终在距地裂缝约12 m处,曲线基本保持不变,傅里叶谱峰值趋于一致。通过统计分析,得出沟渠村地裂缝的场地卓越频率在2.30~4.30 Hz范围内变化,卓越频率的高低与测点所在的位置之间没有明显关系,其均值约为3.40 Hz。

    图  8  沟渠村地裂缝上盘XYZ方向上傅里叶卓越峰值
    Figure  8.  The peak value of Fourier spectrum of the hanging wall in XYZ directions in Gouqu village
    图  9  沟渠村地裂缝下盘XYZ方向上傅里叶卓越峰值
    Figure  9.  The peak value of Fourier spectrum of the footwall in XYZ directions in Gouqu village

    通过反应谱分析,可以得到特征周期和相应的反应谱峰值,通过对不同测点特征周期和反应谱峰值的对比,可以得到场地不同区域地脉动响应的分布特征,从而获得地裂缝场地动力响应特征。

    经数据分析得到,双埠头村地裂缝各测点在同一方向上的反应谱谱型均为“单峰型”,且具有主峰突出、频带窄和谱面积小的特点;反应谱卓越周期集中在0.1 s~0.2 s之间,部分卓越周期可达0.3s,此外卓越周期值与地裂缝和测点间的水平距离无明显关系(图1011)。

    图  10  双埠头村地裂缝上盘不同测点XYZ方向上反应谱
    Figure  10.  Response spectrum in the XYZ direction at different measurement points on the hanging wall of the ground fissures in Shuangbutou Village
    图  11  双埠头村地裂缝下盘不同测点XYZ方向上反应谱
    Figure  11.  Response spectrum in the XYZ direction at different measurement points on the footwall of the ground fissures in Shuangbutou Village

    图12图13可得,在距离地裂缝较近处,因地裂缝的存在地脉动响应表现出显著的放大效应,随着与地裂缝距离的增大,地脉动的响应加速度基本不变,在距地裂缝12m处趋于平稳,反应谱峰值基本一致。

    图  12  双埠头村地裂缝上盘XYZ方向上反应谱加速度峰值变化曲线
    Figure  12.  Response spectrum acceleration peak value variation curves in XYZ direction on the hanging wall of the ground fissures in Shuangboutou village
    图  13  双埠头村地裂缝下盘XYZ方向上反应谱加速度峰值变化曲线
    Figure  13.  Variation curves of peak values of reaction spectral acceleration in XYZ direction on the footwall of the ground fissures in Shuangbutou Village

    图14图15可以看出,沟渠村地裂缝各测点在X、Y、Z三个方向的上反应谱加速峰值随与地裂缝间的垂直距离变化,距地裂缝较近的区域的地脉动响应表现出显著的放大效应,且距离地裂缝越远,反应谱峰值越小,直至曲线接近稳定不变,反应谱峰值基本一致。

    图  14  沟渠村地裂缝上盘XYZ方向上反应谱加速度峰值变化曲线
    Figure  14.  Variation Curve of Peak Acceleration in the XYZ Directions of the Response Spectrum on the Hanging Wall of the Ground Fissure in Gouqu Village
    图  15  沟渠村地裂缝下盘XYZ方向上反应谱加速度峰值变化曲线
    Figure  15.  Variation Curve of Peak Acceleration in the XYZ Directions of the Response Spectrum on the Footwall of the Ground Fissure in Gouqu Village

    通过对比双埠头村地裂缝和沟渠村地裂缝反应谱曲线,发现布设在宋庄地裂缝上下盘的测点,在与地裂缝同等距离时,上盘反应谱的峰值均大于下盘,这表明地裂缝的存在使得地裂缝两侧场地的地脉动响应发生了差异变化,存在显著“上盘效应”,且上盘峰值大于下盘。

    Arias烈度是一种目前较为成熟的评判场地地震动响应强弱、反映场地抗震能力和设防标准的方法,通过分析Arias烈度曲线的变化特征进而了解地裂缝场地不同位置的抗震特性,可从场地抗震烈度方面揭示地裂缝对场地的放大效应。

    图16图17分别为双埠头村地裂缝上盘与下盘不同测点的Arias烈度曲线图,图中注释栏“MP”表示监测点。结果表明,Arias烈度呈现出随时间逐渐增长的趋势,但各个测点的增长幅度有所不同,且有着不同的最大值。

    图  16  双埠头村地裂缝上盘不同测点XYZ方向上Arias烈度曲线
    Figure  16.  Arias intensity profiles in the XYZ direction at different measurement points on the hanging wall of the ground fissure in Shuangbutou village
    图  17  双埠头村地裂缝下盘不同测点XYZ方向上Arias烈度曲线
    Figure  17.  Arias intensity profiles in the XYZ direction at different measurement points on the footwall of the ground fissure in Shuangbutou village

    为反映地裂缝对场地不同位置烈度值产生的影响,将双埠头村地裂缝各测点Arias烈度的峰值沿垂直地裂缝走向方向展开,得到上下盘各测点在X、Y、Z三个方向上的Arias烈度峰值随与地裂缝距离变化的散点数据曲线图(图1819)。可见,场地不同位置的烈度值受地裂缝的影响程度也不同。Arias烈度在距离地裂缝较近的区域,其峰值较大,且该烈度值随测点与地裂缝间的距离增大而减小并逐渐趋于稳定,其临界距离为12 m,而临界区域以外的范围受放大效应的影响较小。

    图  18  双埠头村地裂缝上盘XYZ方向上Arias烈度峰值随距离变化曲线
    Figure  18.  Variation curves of peak Arias intensity with distance in the XYZ direction on the hanging wall of the ground fissures in Shuangbutou village
    图  19  双埠头村地裂缝下盘XYZ方向上Arias烈度峰值随距离变化曲线
    Figure  19.  Variation curves of peak Arias intensity with distance in the XYZ direction on the footwall of the ground fissures in Shuangbutou village

    (1)宋庄地裂缝延伸8.7 km,地表破坏以拉张开裂为主,水平拉张量在2.15~56.7 cm之间;其中双埠头村地裂缝的傅里叶卓越频率主要集中在2.10~4.30 Hz之间,反应谱的卓越周期集中在0.1~0.2 s之间;沟渠村地裂缝的傅里叶卓越频率集中在2.30~4.30 Hz之间,反映了地裂缝不同区段活动性的变化。

    (2)通过反应谱分析法、傅里叶谱分析法分析得到,测点的卓越频率无明显的规律性变化;Arias烈度峰值在靠近地裂缝处较大,且随着距离的增大而逐渐减小,在距地裂缝较远的区域趋于平缓。

    (3)宋庄地裂缝场地动力响应在反应谱、傅里叶谱和Arias烈度上都存在明显的“放大效应”,即靠近地裂缝的区域大于远离地裂缝的区域,且该临界距离为距地裂缝12 m。

    (4)宋庄地裂缝场地有着较为显著的“上盘效应”,即距地裂缝相同距离情况下,位于上盘的傅里叶卓越频率、反应谱卓越周期和Arias烈度峰值总大于下盘。

  • 图  1   试验过程照片

    Figure  1.   Experimental process photo

    图  2   量测25 cm集水器集水深度

    Figure  2.   Measure water collection depth of 25 cm water collector

    表  1   压电式雨量计和翻斗式雨量计指标对比

    Table  1   Comparison of indicators between piezoelectric rain gauges and tipping bucket rain gauges

    序号 雨量计类型
    比较项目
    压电式雨量计翻斗式雨量计
    1技术参数降雨量:测量范围0~8 mm/min;
    分辨率:0.01 mm;
    精度:±4%(日累计降雨量);
    测量降雨时长范围:监测到降雨后,
    以10 s步进累计计算时长。
    降雨量:测量范围0~4 mm/min;
    分辨率0.1 mm;
    精度:±4%(日累计降雨量);
    测量范围:根据配置的数据采集器确定雨量累计计算时长,
    步进时长不统一。
    2安装方式安装准备:即到即装,无需预制基座;
    便携性:一体化整机,组件数量少、材质轻、质量小;
    拆除、移位操作简便;
    水平校正:电子自动校正;
    安装阶段数据校准:出厂配置,无需校准;
    安装用时:15 min。
    安装准备:预制水泥基座(约重0.3 t);
    便携性:由感应器和记录器构成,组件数量多,体积大,
    质量大。废弃、拆除、移位费时费力;
    水平校正:人工现场调整;
    安装阶段数据校准:人工现场校准;
    安装用时:3 d。
    3运维方式清洁清理:承雨面板采用弧面设计;特氟龙抗污防黏涂层;
    不堵不黏、降雨过程即清洁过程;
    水平校正:隐患点随机出现倾斜,电子自动校正;
    运维阶段数据校准:无机械老化、无需校准。
    清洁清理:定期现场清理下水过滤网;
    秋、冬季适当提高维护频次;
    水平校正:隐患点随机出现倾斜,需人工现场校正;
    运维阶段数据校准:易出现翻斗轴承进灰、翻转不灵敏等
    机械老化现象,导致采集数据偏小,需定期人工现场校准。
    下载: 导出CSV

    表  2   测试点1数据

    Table  2   Test point 1

    降雨
    场次
    量筒1实测
    /mm
    监测设备上报数据1
    /mm
    上报数据2
    /mm
    上报数据3
    /mm
    上报数据4
    /mm
    上报数据5
    /mm
    累计雨量数据与
    量筒实测误差
    上报数据离散系数
    (标准差/平均值)/%
    124压电式雨量计15.014.784.874.854.9024.40 (+1.7%)1.6
    翻斗式雨量计16.306.406.406.506.4032 (+33.3%)1.0
    228压电雨量计15.535.785.535.535.7128.08 (+0.2%)1.9
    翻斗式雨量计16.206.206.406.206.2031.2 (+11.4%)1.3
    下载: 导出CSV

    表  3   测试点2数据

    Table  3   Test point 2

    降雨
    场次
    量筒2实测
    /mm
    监测设备上报数据1
    /mm
    上报数据2
    /mm
    上报数据3
    /mm
    上报数据4
    /mm
    上报数据5
    /mm
    累计雨量数据与
    量筒实测误差
    上报数据离散系数
    (标准差/平均值)/%
    127压电雨量计25.525.705.655.515.7028.08(+3.9%)1.5
    翻斗式雨量计25.305.305.005.005.0026.70(−1.1%)6.3
    227压电雨量计25.655.465.405.325.35.27.18(+0.6%)2.2
    翻斗式雨量计26.206.306.206.006.0030.07(+11.1%)2.0
    下载: 导出CSV

    表  4   采集记录表

    Table  4   Data collection record table

    序号采集时间量筒雨量
    /mm
    压电式雨量
    计雨量/mm
    相对
    误差/%
    16月5日14:00—6月15日9:00225230.482.4
    26月28日21:00—6月29日11:00178178.650.4
    下载: 导出CSV
  • [1] 汪美华, 赵慧, 倪天翔, 等. 近30年滑坡研究文献图谱可视化分析[J]. 中国地质灾害与防治学报,2023,34(4):75 − 85. [WANG Meihua, ZHAO Hui, NI Tianxiang, et al. Visualization analysis of research literature map on landslides in the past 30 years[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2023,34(4):75 − 85. (in Chinese with English abstract)

    [WANG Meihua, ZHAO Hui, NI Tianxiang, et al. Visualization analysis of research literature map on landslides in the past 30 years[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2023, 34(4): 75-85.(in Chinese with English abstract)]

    [2] 马红娜, 刘江, 冯卫, 等. 地质灾害风险评估在国土空间规划中的应用—以陕北榆林高西沟为例[J]. 西北地质,2023,56(3):223 − 231. [MA Hongna, LIU Jiang, FENG Wei, et al. Application of geological hazard risk assessment in territorial space planning: A case study of Gaoxigou Village in Yulin City of northern Shaanxi Province[J]. Northwestern Geology,2023,56(3):223 − 231. (in Chinese with English abstract)

    [MA Hongna, LIU Jiang, FENG Wei, et al. Application of geological hazard risk assessment in territorial space planning: a case study of Gaoxigou Village in Yulin city of northern Shaanxi Province[J]. Northwestern Geology, 2023, 56(3): 223-231.(in Chinese with English abstract)]

    [3] 王涛, 刘甲美, 栗泽桐, 等. 中国地震滑坡危险性评估及其对国土空间规划的影响研究[J]. 中国地质,2021,48(1):21 − 39. [WANG Tao, LIU Jiamei, LI Zetong, et al. Seismic landslide hazard assessment of China and its impact on national territory spatial planning[J]. Geology in China,2021,48(1):21 − 39. (in Chinese with English abstract)

    [WANG Tao, LIU Jiamei, LI Zetong, et al. Seismic landslide hazard assessment of China and its impact on national territory spatial planning[J]. Geology in China, 2021, 48(1): 21-39.(in Chinese with English abstract)]

    [4] 唐军峰, 唐雪梅, 周基, 等. 滑坡堆积体变形失稳机制—以贵州剑河县东岭信滑坡为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2022,52(2):503 − 516. [TANG Junfeng, TANG Xuemei, ZHOU Ji, et al. Deformation and instability mechanism of landslide accumulation: A case study of Donglingxin landslide accumulation in Jianhe County, Guizhou Province[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition),2022,52(2):503 − 516. (in Chinese with English abstract)

    [TANG Junfeng, TANG Xuemei, ZHOU Ji, et al. Deformation and instability mechanism of landslide accumulation: a case study of donglingxin landslide accumulation in Jianhe County, Guizhou Province[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2022, 52(2): 503-516.(in Chinese with English abstract)]

    [5] 栗倩倩, 王伟, 黄亮, 等. 台风暴雨型滑坡滞后效应分析—以浙江青田县“利奇马”台风为例[J]. 中国地质灾害与防治学报,2022,33(6):10 − 19. [LI Qianqian, WANG Wei, HUANG Liang, et al. Analysis on lag effect of typhoon-induced landslide: A case study of typhoon “Lekima” in Qingtian County, Zhejiang Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2022,33(6):10 − 19. (in Chinese with English abstract)

    [LI Qianqian, WANG Wei, HUANG Liang, et al. Analysis on lag effect of typhoon-induced landslide: a case study of typhoon “Lekima” in Qingtian County, Zhejiang Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2022, 33(6): 10-19.(in Chinese with English abstract)]

    [6] 方然可,刘艳辉,苏永超,等. 基于逻辑回归的四川青川县区域滑坡灾害预警模型[J]. 水文地质工程地质,2021,48(1):181 − 187. [FANG Ranke,LIU Yanhui,SU Yongchao,et al. A early warning model of regional landslide in Qingchuan County,Sichuan Province based on logistic regression[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2021,48(1):181 − 187. (in Chinese with English abstract)

    FANG Ranke, LIU Yanhui, SU Yongchao, et al. A early warning model of regional landslide in Qingchuan County, Sichuan Province based on logistic regression[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2021, 48(1): 181-187. (in Chinese with English abstract)

    [7] 宋昭富, 张勇, 佘涛, 等. 基于易发性分区的区域滑坡降雨预警阈值确定—以云南龙陵县为例[J]. 中国地质灾害与防治学报,2023,34(4):22 − 29. [SONG Zhaofu, ZHANG Yong, SHE Tao, et al. Determination of regional landslide rainfall warning threshold based on susceptibility zoning: A case study in Longling County of Yunnan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2023,34(4):22 − 29. (in Chinese with English abstract)

    [SONG Zhaofu, ZHANG Yong, SHE Tao, et al. Determination of regional landslide rainfall warning threshold based on susceptibility zoning: a case study in Longling County of Yunnan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2023, 34(4): 22-29.(in Chinese with English abstract)]

    [8] 陈春利, 方志伟. 福建省地质灾害气象预警有效降雨模型研究[J]. 地质力学学报,2023,29(1):99 − 110. [CHEN Chunli, FANG Zhiwei. Research on an effective rainfall model for geological disaster early warning in Fujian Province, China[J]. Journal of Geomechanics,2023,29(1):99 − 110. (in Chinese with English abstract)

    [CHEN Chunli, FANG Zhiwei. Research on an effective rainfall model for geological disaster early warning in Fujian Province, China[J]. Journal of Geomechanics, 2023, 29(1): 99-110.(in Chinese with English abstract)]

    [9] 张像源. 基于GIS和GDAL的地质灾害汛期风险预警产品信息自动化生成算法的构建与实现[J]. 中国地质灾害与防治学报,2022,33(5):76 − 82. [ZHANG Xiangyuan. Construction and implementation of an automatic algorithm for generating information of geological disaster floor risk warning products based on GIS and GDAL[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2022,33(5):76 − 82. (in Chinese with English abstract)

    [ZHANG Xiangyuan. Construction and implementation of an automatic algorithm for generating information of geological disaster floor risk warning products based on GIS and GDAL[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2022, 33(5): 76-82.(in Chinese with English abstract)]

    [10] 马娟,赵文祎,齐干,等. 基于普适型监测的多参数预警研究—以三峡库区卡门子湾滑坡为例[J]. 西北地质,2021,54(3):259 − 269. [MA Juan,ZHAO Wenyi,QI Gan,et al. Study on the multi-parameter early warning based on universal equipment:A case of Kamenziwan landslide in the Three Gorges Reservoir[J]. Northwestern Geology,2021,54(3):259 − 269. (in Chinese with English abstract)

    MA Juan, ZHAO Wenyi, QI Gan, et al. Study on the multi-parameter early warning based on universal equipment: a case of kamenziwan landslide in the Three Gorges Reservoir[J]. Northwestern Geology, 2021, 54(3): 259-269. (in Chinese with English abstract)

    [11] 谭川东,柏文文. 翻斗式雨量计精度标定及其结果分析[J]. 甘肃水利水电技术,2020,56(6):5 − 7. [TAN Chuandong,BAI Wenwen. Precision calibration of tipping bucket rain gauge and its result analysis[J]. Gansu Water Resources and Hydropower Technology,2020,56(6):5 − 7. (in Chinese)

    TAN Chuandong, BAI Wenwen. Precision calibration of tipping bucket rain gauge and its result analysis[J]. Gansu Water Resources and Hydropower Technology, 2020, 56(6): 5-7. (in Chinese)

    [12] 李耀宁,陶立新,黄湘. 不同雨量计测值误差分析[J]. 气象科技,2011,39(5):670 − 672. [LI Yaoning,TAO Lixin,HUANG Xiang. Causal analysis of measurement differences between various raingauges[J]. Meteorological Science and Technology,2011,39(5):670 − 672. (in Chinese with English abstract)

    LI Yaoning, TAO Lixin, HUANG Xiang. Causal analysis of measurement differences between various raingauges[J]. Meteorological Science and Technology, 2011, 39(5): 670-672. (in Chinese with English abstract)

    [13] 蔺潇. 基于压电技术的降雨测量方法研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2019

    LIN Xiao. Research on rainfall measurement method based on piezoelectric technology[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2019. (in Chinese with English abstract)

    [14] 张向阳. 刘家洼雨量站人工观测降雨量与固态雨量计观测降雨量对比分析报告[J]. 水电水利, 2019(6): 33 − 35

    ZHANG Xiangyang. Comparison of rainfall observed by man and solid rain gauge at Liujiawa rainfall station[J]. Hydropower and Water, 2019(6)33 − 35. (in Chinese)

    [15] 任芝花,李伟,雷勇,等. 降水测量对比试验及其主要结果[J]. 气象,2007,33(10):96 − 101. [REN Zhihua,LI Wei,LEI Yong,et al. A comparison experiment of solid precipitation measurement and its primary results[J]. Meteorological Monthly,2007,33(10):96 − 101. (in Chinese with English abstract)

    REN Zhihua, LI Wei, LEI Yong, et al. A comparison experiment of solid precipitation measurement and its primary results[J]. Meteorological Monthly, 2007, 33(10): 96-101. (in Chinese with English abstract)

    [16] 李兴宝,侯方. 基于自动气象站与自动雨量站的气象服务、监视及自动报警系统[J]. 气象科技,2009,37(1):110 − 113. [LI Xingbao,HOU Fang. Meteorological service,monitoring and auto-alarming system based on AWS and automatic precipitation station data[J]. Meteorological Science and Technology,2009,37(1):110 − 113. (in Chinese with English abstract)

    LI Xingbao, HOU Fang. Meteorological service, monitoring and auto-alarming system based on AWS and automatic precipitation station data[J]. Meteorological Science and Technology, 2009, 37(1): 110-113. (in Chinese with English abstract)

    [17] 张强,涂满红,马舒庆,等. 自动雨量站降雨资料质量评估方法研究[J]. 应用气象学报,2007,18(3):365 − 372. [ZHANG Qiang,TU Manhong,MA Shuqing,et al. Quality assessment of the observational data of automatic precipitation stations in China[J]. Journal of Applied Meteorological Science,2007,18(3):365 − 372. (in Chinese with English abstract)

    ZHANG Qiang, TU Manhong, MA Shuqing, et al. Quality assessment of the observational data of automatic precipitation stations in China[J]. Journal of Applied Meteorological Science, 2007, 18(3): 365-372. (in Chinese with English abstract)

    [18] 王自英,王仔刚,赵梅珠. 自动雨量站资料在地质灾害监测中的应用[J]. 气象科技,2009,37(5):627 − 631. [WANG Ziying,WANG Zigang,ZHAO Meizhu. Application of automatic rainfall station data in geological disaster monitoring[J]. Meteorological Science and Technology,2009,37(5):627 − 631. (in Chinese with English abstract)

    WANG Ziying, WANG Zigang, ZHAO Meizhu. Application of automatic rainfall station data in geological disaster monitoring[J]. Meteorological Science and Technology, 2009, 37(5): 627-631. (in Chinese with English abstract)

    [19] 廖爱民,刘九夫,张建云,等. 基于多类型雨量计的降雨特性分析[J]. 水科学进展,2020,31(6):852 − 861. [LIAO Aimin,LIU Jiufu,ZHANG Jianyun,et al. Analysis of rainfall characteristics based on multiple types of rain gauges[J]. Advances in Water Science,2020,31(6):852 − 861. (in Chinese with English abstract)

    LIAO Aimin, LIU Jiufu, ZHANG Jianyun, et al. Analysis of rainfall characteristics based on multiple types of rain gauges[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(6): 852-861. (in Chinese with English abstract)

    [20] 李薛刚,刘九夫,廖爱民,等. 八种国内翻斗式雨量计翻斗计量误差测评分析[J]. 水电能源科学,2019,37(6):160 − 163. [LI Xuegang,LIU Jiufu,LIAO Aimin,et al. Evaluation of measurement errors for eight domestic tipping bucket rain gauges[J]. Water Resources and Power,2019,37(6):160 − 163. (in Chinese with English abstract)

    LI Xuegang, LIU Jiufu, LIAO Aimin, et al. Evaluation of measurement errors for eight domestic tipping bucket rain gauges[J]. Water Resources and Power, 2019, 37(6): 160-163. (in Chinese with English abstract)

图(2)  /  表(4)
计量
  • 文章访问数:  263
  • HTML全文浏览量:  715
  • PDF下载量:  126
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-05
  • 修回日期:  2023-06-12
  • 网络出版日期:  2023-07-19
  • 刊出日期:  2023-10-30

目录

/

返回文章
返回