用于灾害推演分析的模拟实验装置

摘要

本发明公开了一种用于灾害推演分析的模拟实验装置，包括信息采集及反馈模块和灾害推演模块，该灾害推演模块包括上下布置并由重力自流管连通的出水箱、若干灾害节点模拟装置和集水箱，所述灾害节点模拟装置包括上下布置的节点容器、重力传感器和转接头，所述节点容器和转接头通过突变水管和设在重力传感器上的筛网连通，在所述重力自流管和突变水管上均安装有若干智能球阀，信息采集及反馈模块用于获取数据并通过已获取数据控制对应装置的启闭。本发明可以模拟灾害的衍生网络，同时保证其较强的普适性，从而发现灾害衍生中存在的共性问题。

权利要求

1.一种用于灾害推演分析的模拟实验装置，其特征在于：包括信息采集及反馈模块(1)和灾害推演模块(2)，该灾害推演模块包括上下布置并由重力自流管(24)连通的出水箱(21)、若干灾害节点模拟装置(22)和集水箱(23)，所述灾害节点模拟装置包括上下布置的节点容器(221)、重力传感器(222)和转接头(223)，所述节点容器和转接头通过突变水管(225)和设在重力传感器上的筛网(226)连通，在所述重力自流管和突变水管上均安装有若干智能球阀(27)，所述信息采集及反馈模块包括依次电联的控制器、上位机、数据转换器和数据采集器，该数据采集器与各重力传感器连接，用于采集各个灾害节点模拟装置上的重力数值；所述控制器与各智能球阀和筛网连接，用于控制智能球阀的启闭以及筛网上筛孔的粒径大小；所述灾害推演模块还包括用于固定出水箱、灾害节点模拟装置和集水箱的幕墙固定架(28)，在该幕墙固定架间隔设有若干挂槽(281)，在所述出水箱、灾害节点模拟装置和集水箱上均设有若干与挂槽对应挂接的挂钩(212)。

2.根据权利要求1所述的用于灾害推演分析的模拟实验装置，其特征在于：在所述节点容器内部设有用于指示灾害是否发生突变的显示管(224)，该显示管由控制器控制其启闭。

3.根据权利要求2所述的用于灾害推演分析的模拟实验装置，其特征在于：所述集水箱与出水箱、位于下方的灾害节点模拟装置与位于上方的灾害节点模拟装置、平行布置的灾害节点模拟装置均通过循环水泵(25)连通，该循环水泵由控制器控制其启闭。

4.根据权利要求3所述的用于灾害推演分析的模拟实验装置，其特征在于：所述转接头通过用于模拟灾害自修复过程的毛细管(26)与集水箱连通。

5.根据权利要求4所述的用于灾害推演分析的模拟实验装置，其特征在于：所述重力自流管、突变水管、毛细管和循环水泵上的进出水管的端部均呈锥形穿刺头状，在所述出水箱、节点容器、转接头和集水箱上与各重力自流管、突变水管、毛细管和循环水泵对接处均设有用于保证灾害节点模拟装置密闭性的丁基胶塞(29)。

6.根据权利要求2所述的用于灾害推演分析的模拟实验装置，其特征在于：所述显示管采用二极管。

7.根据权利要求1至5任一所述的用于灾害推演分析的模拟实验装置，其特征在于：所述节点容器由玻璃材料制成。

8.根据权利要求1至5任一所述的用于灾害推演分析的模拟实验装置，其特征在于：所述节点容器的顶端和底端分别呈内凹和下凸的圆锥状。

9.根据权利要求1至5任一所述的用于灾害推演分析的模拟实验装置，其特征在于：各灾害节点模拟装置包括上下连接布置的直链式排布结构、左右平行和由下至上的单线连接的循环式排布结构、单至多连接的发散式排布结构、多至单连接的集中式排布结构。

说明书

用于灾害推演分析的模拟实验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于灾害推演分析的模拟实验装置。

背景技术

[0002] 近年来，随着经济的飞速发展和城市化进程的加快，灾害发生频率越来越高，严重度越来越强，特别是当重大灾害发生时，通常会伴随产生其他种类的次生衍生灾害，以致造成人员伤亡、经济损失，对社会带来巨大的破坏。因此需要对灾害衍生流程进行研究，探究灾害演化行为的内在机理，了解灾害演化规律以及对灾害衍生网络关键节点的灾害损失度进行分析，从而提升灾害预防能力，降低灾害的危害程度。

[0003] 通过调研发现，授权公告号为CN206348129U的中国专利公开了一种泥石流灾害演化及安全防护的实验装置，其包括移动系统、山体模型和水循环系统以及由五块钢板构成的立方体水箱，立方体水箱上顶面倾斜设有一钢板，钢板下端连接有一过滤网，过滤网一端与立方体水箱固定连接，另一端与钢板下端固定连接，钢板上端与立方体水箱固定连接，立方体水箱上方罩设有一透明玻璃防护罩，水循环系统包括水箱和水泵，水箱通过水泵连接有三通阀，三通阀一端与水泵相连，一端通过水管连接有喷头，另一端通过连接软管连接水箱，钢板上放置有山体模型，山体模型由泥沙构成。该装置可通过控制喷头水量的变化用于模拟不同程度降雨对山体模型造成的影响，从而使得人们可以更为直观的观察泥石流的发生过程。但却存在以下问题：

[0004] 1、针对性较强，主要针对泥石流灾害中不同程度降雨对山体模型造成的影响，从而普适性低。

[0005] 2、主要针对某一级的特定灾害进行演化模拟，适应于发现特定灾害随时间变化的客观规律，因此不能模拟灾害衍生至下一级的流程并进行对比展示，使人们对灾害的认知不够具体、深刻，无法直观的展示灾害衍生时的演化规律，具有一定的局限性。

发明内容

[0006] 本发明旨在于提供一种简单、便捷的，并且能够通过直观的实验现象、低廉的实验成本来模拟灾害的衍生网络、了解灾害演化规律以及对灾害衍生网络关键节点的灾害损失度进行分析的用于灾害推演分析的模拟实验装置。

[0007] 本发明提供的这种用于灾害推演分析的模拟实验装置，包括信息采集及反馈模块和灾害推演模块，该灾害推演模块包括上下布置并由重力自流管连通的出水箱、若干灾害节点模拟装置和集水箱，所述灾害节点模拟装置包括上下布置的节点容器、重力传感器和转接头，所述节点容器和转接头通过突变水管和设在重力传感器上的筛网连通，在所述重力自流管和突变水管上均安装有若干智能球阀，所述信息采集及反馈模块包括依次电联的控制器、上位机、数据转换器和数据采集器，该数据采集器与各重力传感器连接，用于采集各个灾害节点模拟装置上的重力数值；所述控制器与各智能球阀和筛网连接，用于控制智能球阀的启闭以及筛网上筛孔的粒径大小；所述灾害推演模块还包括用于固定出水箱、灾害节点模拟装置和集水箱的幕墙固定架，在该幕墙固定架间隔设有若干挂槽，在所述出水箱、灾害节点模拟装置和集水箱上均设有若干与挂槽对应挂接的挂钩。

[0008] 为方便更为直观的查看灾害的衍生流程，在所述节点容器内部设有用于指示灾害是否发生突变的显示管，该显示管由控制器控制其启闭。

[0009] 为使本发明模拟的场景更全面，所述集水箱与出水箱、位于下方的灾害节点模拟装置与位于上方的灾害节点模拟装置、平行布置的灾害节点模拟装置均通过循环水泵连通，该循环水泵由控制器控制其启闭。

[0010] 为使本发明模拟的场景更准确，所述转接头通过用于模拟灾害自修复过程的毛细管与集水箱连通。

[0011] 为保证本发明的密封性，防止侧漏现象发生，所述重力自流管、突变水管、毛细管和循环水泵上的进出水管的端部均采用锥形穿刺头状，在所述出水箱、节点容器、转接头和集水箱上与各重力自流管、突变水管、毛细管和循环水泵对接处均设有用于保证灾害节点模拟装置密闭性的丁基胶塞。

[0012] 为降低成本，所述显示管采用二极管。

[0013] 为更方便、直观的查看灾害的衍生流程，所述节点容器由玻璃材料制成。

[0014] 为方便水流的聚集，保证重力测值的准确性，所述节点容器的顶端和底端分别呈内凹和下凸的圆锥状。

[0015] 各灾害节点模拟装置包括上下连接布置的直链式排布结构、左右平行和由下至上的单线连接的循环式排布结构、单至多连接的发散式排布结构、多至单连接的集中式排布结构。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0017] 1、通过连通的出水箱、多个灾害节点模拟装置和集水箱模拟现实生活中各地区、建筑、道路发生灾害时的衍生、传递网络；由信息采集及反馈模块获取各个灾害节点处的灾害数据并通过已获取的数据和需研究灾害衍生网络中节点进行对比分析判断，根据已获取的数据控制相应灾害节点模拟装置的启闭，从而将灾害衍生网络直观展示出来，方便用户更好的了解灾害演化规律及探究灾害演化行为的内在机理，从而降低灾害的危害程度。

[0018] 2、以流体的自身重力为主要驱动力，既更能贴近自然灾害的形成原理，又可极大的节约能源，从而实现绿色低碳、环境友好的目标。

[0019] 3、操作简便，用户可以自行通过灾害节点模拟装置以及各管件的组装，对需研究的灾害衍生网络进行模拟分析，从而达到方便快捷、直观形象的效果。

[0020] 本发明可对灾害的整体衍生、传递网络进行演化模拟，可以保证其较强的普适性，有利于发现灾害演化中存在的共性问题。

附图说明

[0021] 图1为本发明灾害推演模块的结构示意图。

[0022] 图2为本发明信息采集及反馈模块与灾害推演模块的控制流程示意图。

[0023] 图3为本发明灾害节点模拟装置的结构示意图。

[0024] 图4为本发明幕墙固定架的结构示意图。

[0025] 图5为本发明中直链式灾害拓扑网络的结构示意图。

[0026] 图6为本发明中循环式灾害拓扑网络的结构示意图。

[0027] 图7为本发明中发散式灾害拓扑网络的结构示意图。

[0028] 图8为本发明中集中式灾害拓扑网络的结构示意图。

[0029] 图9为本发明用于台风灾害推演的结构示意图。

[0030] 图中示出的标记及所对应的构件名称为：

[0031] 1、信息采集及反馈模块；2、灾害推演模块；21、出水箱；22、灾害节点模拟装置；23、集水箱；24、重力自流管；25、循环水泵；26、毛细管；27、智能球阀；28、幕墙固定架；29、丁基胶塞；211、进水孔；212、挂钩；221、节点容器；222、重力传感器；223、转接头；224、显示管；225、突变水管；226、筛网；231、出水孔；281、挂槽；282、底座；283、展示板。

具体实施方式

[0032] 从图1至图4可以看出，本发明这种用于灾害推演分析的模拟实验装置，包括信息采集及反馈模块1和灾害推演模块2，其中，信息采集及反馈模块1包括依次电联的控制器、上位机、数据转换器和数据采集器，用于获取数据并通过已获取数据控制对应装置的启闭；灾害推演模块2包括出水箱21、若干灾害节点模拟装置22、集水箱23、若干重力自流管24、循环水泵25、毛细管26、智能球阀27和幕墙固定架28，用于灾害衍生、传递网络的展示；

[0033] 出水箱21用于模拟灾害源，整体呈长120cm、宽30cm、高30cm的长方体状，在出水箱21的右侧部距箱底25cm处设有进水孔211；

[0034] 灾害节点模拟装置22用于模拟各个灾害节点并包括上下布置的节点容器221、重力传感器222和转接头223，节点容器221用于积累由上而下传递的水流用于模拟灾害在传递过程中对此灾害节点的影响，重力传感器222用于测量积累水流的重力，转接头223用于与重力自流管24连接；在节点容器221内部设有用于指示灾害是否发生突变的显示管224，在节点容器221下端段的侧壁和转接头223的侧壁之间对称连接有两突变水管225，在重力传感器222的中心设有筛孔粒径大小可控的筛网226，节点容器221与转接头223通过筛网226连通，筛网226与控制器连接并由控制器控制筛孔粒径大小，当重力传感器222测得数值未达到传递初设值时，控制器控制筛网226的筛孔粒径为零即关闭，水流在此节点容器221内积累，当重力传感器222测得数值达到传递初设值时控制器控制筛网226的筛孔粒径不为零即打开，水流流向下一灾害节点模拟装置22，模拟灾害的传递过程；

[0035] 集水箱23用于实验完毕后水流的收集，整体呈长120cm、宽30cm、高30cm的长方体状，在集水箱23右侧部距箱顶25cm处设有用于实现水流的循环的出水孔231；

[0036] 在出水箱21、各灾害节点模拟装置22的节点容器221和集水箱23的背面均设有若干挂钩211，在幕墙固定架28上平行间隔设有若干挂槽281，出水箱21、灾害节点模拟装置22和集水箱23通过其背面的挂钩212由上至下的挂接在幕墙固定架28的挂槽281内；

[0037] 重力自流管24连接在出水箱21的底部与位于上方的灾害节点模拟装置22的节点容器221的顶部之间、位于上方的灾害节点模拟装置22的转接头223底部与位于下方的灾害节点模拟装置22的节点容器221的顶部之间、位于下方的灾害节点模拟装置22的转接头223底部与集水箱23的顶部之间，用于模拟灾害之间的传递现象；

[0038] 循环水泵25连接在集水箱23的出水孔231与出水箱21的进水孔211之间、位于下方的灾害节点模拟装置22的转接头223底部与位于上方的灾害节点模拟装置22的节点容器221的顶部之间、平行布置的灾害节点模拟装置的转接头223底部与节点容器221的顶部之间，各循环水泵25均与控制器连接并由控制器控制启闭；

[0039] 毛细管26连通于转接头223底部与集水箱23之间，用于模拟灾害在此灾害节点处的自修复过程；

[0040] 智能球阀27设置于重力自流管24的上端和突变水管225的上、下端；

[0041] 数据采集器与各灾害节点模拟装置22的重力传感器222连接，用于采集各个灾害节点模拟装置22上的重力数值；数据转换器将数据采集器采集来的重力数值进行转换并传送给上位机；上位机根据转换后的数据和实体建模数据进行分析、对比、演化向控制器发送指令信号；控制器与各循环水泵25、智能球阀27、显示管224和筛网226连接，并通过相应的指令信号控制对应的循环水泵25、智能球阀27、显示管224的开关和筛网226上筛孔的粒径大小。

[0042] 从图3可以看出，本发明中重力自流管24、突变水管225、毛细管26和循环水泵25上的进、出水管的端部均呈锥形穿刺头状，在出水箱21的底部、节点容器221顶部中心、转接头223的侧边及底端、集水箱23的顶部上与各重力自流管24、突变水管225、毛细管26和循环水泵25对接处均设有用于保证灾害节点模拟装置密闭性的丁基胶塞29。

[0043] 从图1和图3可以看出，在本发明中，节点容器221为高20cm、底面直径13cm的玻璃容器，该节点容器221的顶端和底端分别呈内凹和下凸的圆锥状，内凹的圆锥体高为5cm；丁基胶塞29设置在内凹的圆锥体中心且呈直径为2cm的圆形；显示管224为长2cm的二极管并距节点容器221顶端7cm处设置；转接头223为高4cm、底面直径3cm的圆柱体。

[0044] 在本发明中，循环水泵25有两个功能，第一种是用于将集水箱23内的水抽入出水箱21，实现水循环，如图1所示；第二种是设置在循环结构内两灾害节点模拟装置22之间，用于实现水流克服重力由低向高处的传递，如图1和图6所示。

[0045] 在本发明中，重力自流管24、突变水管225、毛细管26和循环水泵25上的进、出水管均采用橡胶皮管，其各自的长度规格共有10cm、20cm、30cm、50cm、100cm五种，各管的规格根据实际操作过程中的需求来进行选择。

[0046] 从图5可以看出，各灾害节点模拟装置22采用上下布置并通过重力自流管24单线连接的直链式排布结构，形成直链式灾害拓扑网络，具体灾害节点数目可根据操作过程中的实际需求来确定。

[0047] 从图6可以看出，各灾害节点模拟装置22采用上下布置和左右平行布置相结合的方式，上下布置的灾害节点模拟装置22通过重力自流管24、左右平行布置的灾害节点模拟装置22通过循环水泵25、位于下方末尾的灾害节点模拟装置22与位于上方的灾害节点模拟装置22通过循环水泵25单线连接的循环式排布结构，形成循环式灾害拓扑网络；其中，循环水泵25均选取ASP系列微型水泵，具体灾害节点数目可根据操作过程中的实际需求来确定。

[0048] 从图7可以看出，各灾害节点模拟装置22采用单个父节点与多个子节点通过重力自流管24单线连接的发散式排布结构，形成发散式灾害拓扑网络，具体灾害节点数目可根据操作过程中的实际需求来确定。

[0049] 从图8可以看出，各灾害节点模拟装置22采用多个父节点与单个子节点通过重力自流管24单线连接的集中式排布结构，形成集中式灾害拓扑网络，具体灾害节点数目可根据操作过程中的实际需求来确定。

[0050] 从图1可以看出，在本示例中，灾害推演模块2中共计13个灾害节点模拟装置22，分别用22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h、22i、22j、22k、22m、22n表示，其中，22a表示初始灾害节点，22b、22c、22d表示二级灾害节点，22e、22f、22g、22h、22i、22j表示三级灾害节点，22k、22m表示四级灾害节点，22n表示最终灾害节点，22b、22e、22f节点组成循环式灾害拓扑网络；22c、22g、22h、22i节点组成发散式灾害拓扑网络；22g、22h、22i、22k组成集中式灾害拓扑网络，22d、22j、22m组成直链式灾害拓扑网络。

[0051] 从图4可以看出，在本发明中，幕墙固定架28由底座282和焊接固定在该底座上的展示板283组成，底座282为长200cm、宽50cm、高10cm的碳钢材料制成，展示板283由高300cm、宽200cm、厚度3cm的铝合金型材制成，距展示板283顶端25cm处设置9行挂槽281，挂槽281长150cm，距两侧均为25cm，相邻挂槽281之间距30cm。

[0052] 下面，以台风灾害为例来表述本发明如何实现灾害的推演与模拟。

[0053] 如图9所示，为增加台风灾害推演网络与图1所示装置的契合度，此处仅取实际台风灾害推演网络的部分节点进行说明：22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h、22i、22j、22k、22m、22n节点分别表示台风、物资短缺、暴雨、设施破坏、物价上涨、船舶停运、城市洪涝、航班取消、电力中断、恐慌抢购、交通受阻、工厂停产、财产损失共计13个灾害节点，当初始灾害节点：22a台风灾害节点向二级灾害节点：22b物资短缺灾害节点、22c暴雨灾害节点、22d设施破坏灾害节点传递时，水流由重力作用从22a节点容器通过重力自流管分别流向22b、
22c、22d节点容器中。其他传递过程类似，各节点容器按照所属等级通过挂槽悬挂于展示板，需要说明的是在22b、22e、22f节点组成循环式灾害拓扑网络中，低级节点由循环水泵与高级节点连接，从而实现灾害在传递过程中的循环。