[發(fā)明專利]一種高含沙渾水異重流檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410262212.7
• 申請(qǐng)日: 2014-06-13
• 公開（公告）號(hào): CN104019805B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉明堂;司孝平;孫新娟;楊禮波;趙京輝;鄭輝;袁勝;劉雪梅;閆新慶;田壯壯;王世志;艾靜;王倩;陳夢(mèng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C13/00
• 分類號(hào): G01C13/00;G01N15/06
• 代理公司: 鄭州大通專利商標(biāo)代理有限公司41111
• 代理人: 陳大通

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高含沙渾水檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種高含沙渾水異重流檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

我國(guó)是一個(gè)洪澇災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家，修建水庫是人類減少洪澇災(zāi)害的一項(xiàng)重要工程措施。但在河流特別是多沙河流上修建水庫，由于大壩的擋水作用，水流流速降低，上游來沙在庫區(qū)的淤積速率增加，造成有效的庫容減少，水庫壽命縮短。在水庫中挾有大量細(xì)泥沙的洪水進(jìn)入水庫壅水區(qū)后，渾水中的粗泥沙不能繼續(xù)為水流所挾帶，淤積在水庫的進(jìn)口部位，含有細(xì)顆粒泥沙的渾水，則與庫內(nèi)清水形成一定的密度差，由此產(chǎn)生壓力的差別，開始潛入水庫底部，形成庫區(qū)高含沙渾水異重流。潛入點(diǎn)標(biāo)志著異重流已經(jīng)開始形成。在某些情況下，異重流會(huì)帶來很大危害。但如果合理利用異重流特性，在水庫減淤，給水排水工程設(shè)計(jì)與運(yùn)用等方面可獲得很大效益。在多沙河流上修建蓄水水庫和水電站時(shí)，設(shè)置底孔，合理運(yùn)用在庫底運(yùn)動(dòng)的渾水異重流可把泥沙排走，減少水庫淤積，是水庫減淤的主要措施。

異重流是兩種密度不同的流體因密度差異而產(chǎn)生的相對(duì)流動(dòng)，又稱密度流。水利工程中常見的異重流現(xiàn)象有：湖泊、水庫及河流、渠道中的渾水異重流；河口段的鹽水楔異重流；火電廠取、排水口附近的溫差異重流等。

在實(shí)際的水庫排水排沙管理中，為了掌握“蓄清排渾”的最佳時(shí)機(jī)，有效減少高含沙水庫的泥沙淤積，需要對(duì)異重流發(fā)生、增長(zhǎng)、穩(wěn)定、消退的全過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。在異重流測(cè)量工作中，以前主要靠估計(jì)采樣水深，多次試探取樣，人工判斷渾水層深度和厚度。該方法測(cè)量精度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，容易延誤“蓄清排渾”的最佳時(shí)機(jī)。目前有根據(jù)光電傳感器原理和泥沙顆粒的阻光效應(yīng)采取的光電式清渾水界面探測(cè)方法，在小浪底水庫異重流測(cè)量中，取得了良好的應(yīng)用效果。但由于光電傳感器測(cè)量含沙量量程小，此方法只能測(cè)出清渾水含沙量臨界值，不能連續(xù)測(cè)量高含沙量及其垂直分布情況。因此，為了更好地跟蹤監(jiān)測(cè)異重流變化過程，有必要實(shí)現(xiàn)異重流的實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，為黃河流域庫區(qū)的排水排沙起到監(jiān)督與管理服務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足，提供一種操作方便、測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，能夠檢測(cè)到庫區(qū)不同深度的高含沙渾水異重流數(shù)據(jù)信息的檢測(cè)方法。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種高含沙渾水異重流的檢測(cè)方法，通過高含沙渾水異重流的檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異重流的深度、含沙量、流速和溫度的數(shù)據(jù)信息的檢測(cè)，所述高含沙渾水異重流的檢測(cè)系統(tǒng)包含測(cè)量支撐桿，由下至上依次安裝在測(cè)量支撐桿上的流速檢測(cè)儀、超聲波含沙量傳感器、深度傳感器、水溫傳感器，電源模塊，及分別與電源模塊連接的數(shù)據(jù)處理模塊及單片機(jī)控制模塊，所述測(cè)量支撐桿的上部通過線纜固定在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤與支架橫桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，支架橫桿的另一端與電機(jī)連接，所述電機(jī)安裝在支撐架上；高含沙渾水異重流的檢測(cè)方法包含如下步驟：a).電機(jī)通過轉(zhuǎn)盤運(yùn)轉(zhuǎn)來帶動(dòng)測(cè)量支撐桿的上下運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)庫區(qū)內(nèi)不同水深的數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)；集裝在測(cè)量支撐桿上的流速檢測(cè)儀、超聲波含沙量傳感器、深度傳感器、水溫傳感器采集庫區(qū)內(nèi)的水流速、含沙量、水深度、水溫度的數(shù)據(jù)信號(hào)；b).數(shù)據(jù)處理模塊和單片機(jī)控制模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，通過差值運(yùn)算判斷異重流的產(chǎn)生，若產(chǎn)生異重流，則進(jìn)入下一步驟，否則，返回步驟a)；c).單片機(jī)控制模塊將水流速、含沙量、水深度、水溫度的數(shù)據(jù)信號(hào)結(jié)果通過無線GPRS傳輸至上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)獲取異重流產(chǎn)生的深度、含沙量、流速和溫度的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；d).檢測(cè)結(jié)束，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)測(cè)量支撐桿垂直上升，到達(dá)頂端，測(cè)量結(jié)束，進(jìn)行反沖洗。

根據(jù)上述的高含沙渾水異重流的檢測(cè)方法，所述步驟a)中的超聲波含沙量檢測(cè)模塊采用四波束技術(shù)，即利用四個(gè)發(fā)射器和四個(gè)檢測(cè)器，每個(gè)發(fā)射器發(fā)送的超聲波束經(jīng)過折射后被對(duì)應(yīng)的四個(gè)檢測(cè)器接收，并產(chǎn)生波路，得到數(shù)據(jù)矩陣，通過對(duì)數(shù)據(jù)矩陣的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中懸浮含沙量濃度的檢測(cè)。

根據(jù)上述的高含沙渾水異重流的檢測(cè)方法，所述步驟a)包含如下步驟：首先，進(jìn)行高含沙渾水異重流系統(tǒng)的初始化；然后，通過單片機(jī)控制模塊控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤來控制測(cè)量支撐桿上升到頂端，獲取水體深度的初始位置信息；其次，通過控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)測(cè)量支撐桿垂直下降，通過深度傳感器獲取深度信息、溫度傳感器獲取溫度信息、流速檢測(cè)儀獲取流速信息、超聲波含沙量傳感器獲取含沙量信息。