[發明專利]一種研究泄洪霧化霧源分布規律的裝置

無效

• 申請號: 201210258417.9
• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN102758416A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 陳端;韓繼斌;黃國兵;周赤;徐海濤;王才歡;陳輝;周若;王思瑩
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及高壩泄洪霧化防護領域，特別涉及一種研究泄洪霧化霧源分布規律的裝置。

背景技術

水利工程特別是高壩工程泄洪時，下游局部區域內常出現較大規模的降雨和霧流彌漫現象，工程界稱之為泄洪霧化。由于其引發的降雨強度(雨強)一般高達數百甚至數千mm/h以上，遠遠超過自然降雨中特大暴雨的雨強值(11.67mm/h)，從而對水利工程下游岸坡穩定、樞紐建筑物正常運行、交通安全以及周圍環境產生較大危害。泄洪霧化引發的工程危害提醒我們必須在工程規劃和設計階段充分認識到泄洪霧化的危害性，并通過有效的防護手段避免或減少其負面影響。為此許多工程已經開始針對泄洪霧化進行專門的防護設計，其主要設計依據是泄洪霧化降雨強度及分布的預測成果。因此，泄洪霧雨預測成果的準確與否成為決定泄洪霧化防護設計成敗的關鍵因素。由于問題的復雜性，目前的預測成果尚不能完全滿足防護設計的需要，對工程安全運行帶來較大影響。提高泄洪霧雨預測成果的準確性已經成為目前泄洪霧化研究中最重要的研究方向。

發明內容

一種研究泄洪霧化霧源分布規律的裝置，包括：模擬泄洪建筑物，碰撞、反彈及激濺運動過程觀測裝置，泄洪霧化霧源量觀測裝置，泄洪霧化霧源形態觀測裝置；

所述模擬泄洪建筑物包括：高水箱、概化建筑物、下游地形建筑物，所述高水箱用于提供水源；高水箱可以通過調整的水位，使得水流流速大于6m/s，以消除表面張力的影響，保證模型水流摻氣與原型情況基本相似；同時通過水位調整，保證泄水流量為600L/s-800L/s，盡量保證流態與原型相似。

概化建筑物模擬目前應用最為廣泛的挑流泄水建筑物；所述概化建筑物通過鋼架支撐，端部設置有鼻坎，所述鼻坎體型設計為連續坎，并具有不同的起挑角度，用于模擬不同起挑角度的挑流泄洪情況。

所述下游地形建筑物設置有梯形河道，建筑物的側壁和底部全部采用透光的有機玻璃，并局部架空底部；

所述碰撞、反彈及激濺運動過程觀測裝置，包括設置在下游地形建筑物一側、底部及水舌正上方的高速攝像機，所述高速攝像機用于觀測碰撞、反彈及激濺運動過程，觀測水舌入水碰撞時水舌形態及碰撞范圍內下游水面形態變化；進而研究水舌入水后的水下運行軌跡、運行范圍；觀測水體反彈和激濺行為的發生時間等運動要素。

所述泄洪霧化霧源量觀測裝置，包括設置在下游地形建筑物上的地面收集裝置和空中收集裝置；所述地面收集裝置包括設置在中濺水四周集水盒以及設置在集水盒外圍的滴譜試紙，其中集水盒中的雨滴通過稱重計算霧源量，外圍降雨量較小的位置通過滴譜法對雨滴進行測量，提高觀測精度。所述空中收集裝置為在濺水區域上方沿水滴激濺方向設置的集水盒，用于收集流程較短的激濺雨滴(未能進入地面收集裝置)，將其結果與地面收集雨滴合并計算。其中稱重法通過精密電子秤對收集的水體進行稱重。滴譜法則是采用專用染色紙收集雨滴樣本，并依據取樣前的雨滴斑痕的直徑與空中雨滴直徑之間的率定曲線，計算所收集雨滴的真實直徑。

所述泄洪霧化霧源形態觀測裝置，包括在水舌入水位置設置在下游地形建筑物的梯形河道兩側的背景墻、下游地形建筑物的梯形河道上方設置高亮照明設備和煙霧發生器、以及在下游地形建筑物一側、水舌正上方以及前方分別設置高速攝像機。通過高速攝影捕捉一定時間段內的霧源形態，分析霧源形態變化的時間序列，再將其組合形成一個完整序列周期內的霧源形態譜圖。通過自主開發的泄洪霧化粒度分析軟件，進行圖像預處理(減少圖像質量所引起的誤差)，二值化處理(對數字化圖像進行目標物與背景的分離，把顆粒獨立出來)，然后對圖像進行分析，自動檢測出圖像顆粒的個數，圖像顆粒的面積、粒徑等重要指標，得到每個顆粒的實際參數指標，再通過預先的率定試驗所得到的率定參數，統計分析激濺水滴的數量及直徑。激濺水滴的出射角度也可經過圖像分析得到。

以往的濺水相關試驗研究受研究方法和測試技術的局限，對挑流水舌入水碰撞、反彈及激濺的物理機制研究較少，尤其是沒有對激濺水滴數量、直徑分布以及反射角度開展相關研究，影響了泄洪霧化預測方法的發展。本發明中用于研究泄洪霧化霧源分布規律的裝置，包括泄洪建筑物模擬系統、碰撞、反彈及激濺運動過程觀測系統、泄洪霧化霧源量觀測系統、泄洪霧化霧源形態觀測系統，可以觀測挑流水舌入水碰撞、水體反彈以及產生激濺的物理現象；精確測量泄洪霧化霧源量；捕捉一定時間段內的霧源形態。

附圖說明

圖1模擬泄洪建筑物

圖2碰撞、反彈及激濺運動觀測裝置

圖3泄洪霧化霧源量觀測裝置

圖4泄洪霧化霧源形態觀測裝置