[發明專利]一種推移質顆粒運動的示蹤方法

無效

• 申請號: 201310382163.6
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103469760A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 陳東;陳仁;劉春晶
• 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: 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

本發明涉及一種水利工程的方法，特別涉及一種推移質顆粒運動的示蹤方法，該方法適用于在室內實驗中獲取床面及床面下方一定深度處的示蹤推移質顆粒，獲得推移質運動的統計信息。其IPC國際專利分類號為E02B1／00。

背景技術

目前，推移質輸移的示蹤主要采用兩種辦法：其一是將微型電子定位器嵌入顆粒內部，定位器可以把各顆粒位置傳輸到計算機，該方法的優點是精度較高，缺點是僅適用于顆粒較大的卵石；其二是對粒徑較小的推移質采用染色的示蹤顆粒，對床面拍照后利用肉眼或圖像處理技術統計染色示蹤顆粒在某一區域內顆數或其位置的變化。此方法的缺點是僅能識別床面表層的示蹤顆粒，無法解決推移質運動后顆粒間相互掩埋的問題。此外，沙質推移質往往在床面表層以下形成層移運動，而層移質的示蹤一直是傳統染色拍照法無法解決的難題。

發明內容

本發明的目的是：為了探究包括層移質在內的推移質輸移規律，提供一種能在實驗中示蹤推移質顆粒的新方法，該方法能識別出床面及被掩埋的染色顆粒，得出其沿程分布，方法既簡單易行，又結果可靠。

本方法解決技術問題所采用的方案：

一種推移質顆粒運動的示蹤方法，包括以下步驟：

(1)初始床面用白色沙鋪墊，用于研究輸移規律的粒徑顆粒采用顏色沙；

(2)按照實驗水流條件，按推移質輸沙級配混合該粒徑顏色沙與其余粒徑白色沙，在各水流條件下，把相應的級配沙從水槽上游加沙斷面處均勻撒入，加沙速率根據該水流條件的實際輸沙率確定，顏色沙出現在水槽下游的目標斷面時停水；

(3)根據實驗所需精度采樣，采樣范圍為從加沙斷面開始至顏色沙輸沙末端，采樣點沿水流方向等距離選取，采樣面積相同，取樣深度為往下不再有該顏色沙為止；依取樣順序將所采樣品編號，并依次放入烘沙箱烘干；

(4)為了減小干擾，用篩子篩除顏色沙粒徑以外的粒徑顆粒，將篩選出的顆粒均勻撒在尺寸相同的白紙上，并使每顆顏色沙能被清楚分辨；白紙尺寸根據相機像素、取樣量及顏色沙粒徑確定，使每顆顏色沙能被清楚分辨；

(5)用高分辨率相機對準白紙拍照，用ImageJ1.46r將每張照片進行數字圖像處理，測量顏色沙顆數；統計每張照片的顆粒數，最終得出所研究粒徑的推移質沿流向在床面上的分布。

本方法的優點是，能識別床面及被掩埋的推移質顆數在床面位置的變化，為探究推移質顆粒輸移規律提供有力手段，方法簡單，容易實現。

附圖說明

下面結合附圖和實例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的示蹤方法的流程圖。

具體實施方式

初始床面采用白色沙鋪墊，用于研究輸移規律的推移質采用顏色沙。實驗時，推移質輸移一段距離后停水，根據實驗精度要求采樣，采樣范圍為推移質發生輸移的初始橫斷面至輸移結束的橫斷面，采樣位置沿平行水槽中心線方向，采樣間距根據實驗需求確定，采樣為等面積采樣，采樣深度到無該顏色沙出現為止。用烘箱烘干采樣沙，用篩子篩除顏色沙粒徑以外的顆粒以減小干擾，將篩選出的顆粒均勻撒在尺寸相同的多張白紙上，要使每顆顏色沙能被清楚分辨。最后用高分辨率相機拍攝白紙上的顆粒，利用數字圖像處理軟件識別并統計每張照片的顏色沙顆數，統計顏色沙在床面的分布。

推移質是特定實驗水流條件下，在水槽床面附近運動的顆粒，顆粒不存在揚動，由接觸質、躍移質和層移質組成。

顏色沙是非白色且顏色鮮明的顆粒，每種粒徑對應一種顏色。

輸移距離是指推移質從加沙斷面被輸移到目標斷面，兩斷面之間的水槽中心線長度。

橫向是指沿水槽中心線的各斷面垂直于水流的方向。

均勻撒在尺寸相同的白紙上是指不出現成堆重疊，白紙尺寸是使顏色沙在照片中能被清楚分辨的白紙尺寸。

拍照時保持室內光照恒定。

以下結合實例(研究某粒徑顆粒在非均勻床沙中輸移的實驗)具體闡述本方法在推移質示蹤上的應用。

實施流程如下(圖1所示)：

1.初始床面用白色沙鋪墊，需要用于研究輸移規律的粒徑顆粒采用顏色沙。

2.按照實驗水流條件，按推移質輸沙級配混合該粒徑顏色沙與其余粒徑白色沙。在各水流條件下，把相應的級配沙從水槽上游加沙斷面處均勻撒入，加沙速率根據該水流條件的實際輸沙率確定。顏色沙出現在水槽下游的目標斷面時停水。

3.根據實驗所需精度采樣，采樣范圍為從加沙斷面開始至顏色沙輸沙末端，采樣點沿水流方向等距離選取，采樣面積相同，取樣深度為往下不再有該顏色沙止；依取樣順序將所采樣品編號，并依次放入烘沙箱烘干。