[發明專利]一種小流域全自動三級測流裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201110116288.5
• 申請日: 2011-05-06
• 公開（公告）號: CN102768050A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 楊麗虎;宋獻方;曹磊;張應華;馬英;張廣英;王勝寶
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G01F1/52
• 分類號: G01F1/52
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 韋慶文

技術領域

本發明涉及水文水資源工程、森林水文、水土保持、水循環實驗的野外小流域出流測量領域，特別是涉及一種小流域全自動三級測流裝置及其使用方法。

背景技術

國內外野外小流域的出流基本上是采用測流建筑物測量水位，再利用流量公式計算流量?！吨腥A人民共和國水利行業標準-堰槽測流規范》(SL-24-91)(以下簡稱《堰槽測流規范》)規定了幾種測流建筑物，主要是薄壁堰、寬頂堰、三角形剖面堰、平坦V型量水堰、長喉道槽、短喉道槽等。這幾種測流建筑物各自有優缺點，薄壁堰適合在良好保養條件、能保證堰頂不致受損環境下使用，適用于測試非常小的流量；寬頂堰宜用于能夠定期清淤除草的矩形河槽中，適用于中小河流；三角形剖面堰適用于水頭損失小和測流精度要求高的天然河道；平坦V型量水堰的測流幅度比較大，特別適用于暴漲暴落的山溪性河流；長喉道槽可在含沙量較大的河流上應用，這種槽由于吼道長，相對來說不大經濟，施工技術要求也高，且只能用于自由出流；短喉道槽比長喉道槽的投資低，其中應用較廣的巴歇爾槽有一定的排沙(懸移質)能力，流量計算簡便。

我國的一些暴雨洪峰陡漲陡落小流域，在枯水季節流量(0-0.0006m³/s)很小，而在洪水季節由于突降暴雨，洪峰流量(＞30m³/s)相對于枯季流量來說又很大，洪峰流量是枯季流量的50000多倍。而在我國，由于研究的需要，往往對洪、枯水都要求觀測，這就給選擇單一堰槽進行測流增加了難度?！堆卟蹨y流規范》使用的堰、槽大多測流范圍小，不能滿足同時測大洪水、中等洪水、枯水流量三種需求。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提出了一種小流域全自動三級測流裝置(見圖1)，巧妙的把測量小流量的三角形薄壁堰、測量中流量的巴歇爾槽和測量大流量的適用于山溪性河流的平坦V型量水堰設計在一起，形成三級測流建筑物(見圖2)。再在測流建筑物的設計要求的部位安放液位傳感器，進行測量每個測流建筑物的水位，液位傳感器的電信號傳輸到數據記錄儀中記下每個水位值，根據水位-流量公式計算過水斷面的流量。

由于《堰槽測流規范》和《中華人民共和國國家計量檢定規程-明渠堰槽流量計試行檢定規程》(JJG711-1990)(以下簡稱《檢定規程》)中對平坦V型量水堰的設計要求一樣，而《堰槽測流規范》提供的平坦V型量水堰流量計算公式相當復雜，《檢定規程》提供的流量公式相對比較簡單、實用，因此在設計三種建筑物時統一采用《堰槽測流規范》的設計要求設計，根據《堰槽測流規范》提供的三角形薄壁堰和巴歇爾槽流量計算公式計算小流量和中流量，采用《檢定規程》提供的流量公式計算平坦V型量水堰測量的大流量。當流量在0-0.15m³/s之間時，利用測得的三角堰的水位計算流量，而測得的巴歇爾槽、平坦V型量水堰的水位不參與計算；當流量在0.15-2.5m³/s時，利用測得的巴歇爾槽的水位計算流量，而測得的三角堰、平坦V型量水堰的水位不參與計算；當流量在2.5-50m³/s之間時，利用測得的平坦V型量水堰的水位計算流量加上導流孔的流量則是整個斷面的過水流量，而測得的三角堰、巴歇爾槽的水位不參與計算。本發明通過把《堰槽測流規范》中使用的三種測流建筑物設計在一起，每種建筑物的尺寸均按著《堰槽測流規范》的要求合理設計，液位傳感器的傳輸的水位數據在±1mm之內，誤差在5％之內，符合要求。

本發明之一是一種小流域全自動三級測流裝置，是這樣實現的：

所述的三級測流裝置包括測流建筑物(1)，液位傳感器(2)，數據采集器(3)；其中所述的測流建筑物(1)依次包括三角形薄壁堰(11)、平坦V型量水堰(12)、和巴歇爾槽(13)；

所述的三角形薄壁堰(11)為三角形薄壁堰；其堰口高P＝0.2m，堰頂部寬b＝0.6m，堰口角θ＝60°；

所述的平坦V型量水堰(12)堰寬b＝10m，堰頂橫向坡度1∶10(上下游坡度分別取1∶2和1∶5)，V型堰口到堰頂的高度為0.5m，堰頂最低點至地板的高度P₁＝0.32m；

所述的巴歇爾槽的底板比平坦V型量水堰的底板低0.3m，翼墻高為0.5m，翼墻頂部比平坦V型量水堰的底板高0.2m；

另外

所述的平坦V型量水堰的底部有導流孔A(121)和導流孔B(122).導流孔的作用是三角形薄壁堰的水流通過導流孔留到下游，薄壁堰和平坦V型量水堰之間沒有雍水，在未滿流的情況下可以流過薄壁堰的最大流量，使水流形成清晰的水舌從三角形薄壁堰射出。