[發明專利]一種非接觸式推移質輸沙率的測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201611027469.X
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN106769705B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 吳騰;秦杰;吳玲莉;丁堅
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01N5/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

1.一種非接觸式推移質輸沙率的測量裝置，其特征在于，該測量裝置包括三角形推移質收集裝置、高程測量裝置和控制分析系統；其中，三角形推移質收集裝置包括母槽和子槽，母槽固定于推移質輸沙率測量點，子槽放置于母槽內；母槽的橫截面為梯形，且梯形的上底比下底長，母槽的上下面均為敞開式；子槽的橫截面為三角形，子槽向上的一面與母槽的上下面平行，且為敞開式；子槽放置于母槽內時，子槽的向上的一面低于母槽的上面；

高程測量裝置包括馬達、螺桿和激光測距探頭，激光測距探頭設置于螺桿上，且激光測距探頭對準子槽橫截面頂點，螺桿與馬達相連，螺桿固定于三角形推移質收集裝置上方，激光測距探頭與控制分析系統相連，控制分析系統通過馬達控制螺桿轉動，螺桿轉動帶動激光測距探頭沿垂直水流方向從河流一岸向另一岸運動。

2.一種非接觸式推移質輸沙率的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，采樣推移質輸沙率測量點區域的泥沙，對泥沙樣品進行粒徑分析，確定泥沙的級配，計算得到泥沙的平均粒徑；

步驟2，測量泥沙樣品的干容重；

步驟3，計算步驟1平均粒徑泥沙對應的水下休止角，根據水下休止角確定三角形推移質收集裝置的放置角度；

步驟4，將三角形推移質收集裝置固定在所需要測量推移質輸沙率的區域；

步驟5，在三角形推移質收集裝置上方布置高程測量裝置，用于測量三角形推移質收集裝置子槽槽底的高程；

步驟6，根據子槽槽底某一點前后兩次測量的高程計算子槽的淤積泥沙體積，并記錄前后兩次測量的時間；

步驟7，根據淤積泥沙體積得到淤積的泥沙質量，將淤積的泥沙質量除以前后兩次測量的時間間隔得到推移質體積輸沙率，將河流斷面所有點的推移質體積輸沙率乘以泥沙樣品的干容重得到河流斷面的推移質輸沙率。

3.根據權利要求2所述非接觸式推移質輸沙率的測量方法，其特征在于，步驟1所述泥沙的平均粒徑的計算公式為：

其中，D_p為泥沙的平均粒徑，n為泥沙粒徑分組的組數，d_j為泥沙級配分析得到的第j組粒徑，為第j組粒徑所占的比例。

4.根據權利要求2所述非接觸式推移質輸沙率的測量方法，其特征在于，步驟3所述水下休止角的計算公式為：

其中，D_p為泥沙的平均粒徑，單位mm，θ為水下休止角。

5.根據權利要求2所述非接觸式推移質輸沙率的測量方法，其特征在于，步驟3所述三角形推移質收集裝置的放置角度如下：三角形推移質收集裝置母槽和子槽左、右斜面的角度均取1.5θ，其中，θ為水下休止角。

6.根據權利要求2所述非接觸式推移質輸沙率的測量方法，其特征在于，步驟5所述測量三角形推移質收集裝置子槽槽底的高程的方法為：控制激光測距探頭對準子槽底部，沿垂直水流方向從河流一岸向另一岸運動，移動過程中每隔1cm測量子槽底部散點的槽底高程，并記錄移動到該點的時間；當激光測距探頭移到另一岸邊緣后，迅速返回到起始點，準備重新開始下一次的測量，返回過程中不記錄測點高程和時間。

7.根據權利要求2所述非接觸式推移質輸沙率的測量方法，其特征在于，步驟6所述淤積泥沙體積的計算方法為：

激光測距探頭移動過程中每隔1cm測量一個高程點，則沿垂直水流方向從河流一岸到另一岸一條線上測量的點的個數為：N＝B/0.01，B表示河流的寬度，測量點的坐標計算式為：x_i＝(i-1)×0.01，i＝1,2,…為正整數；

確定第i點和i+1點間在第k次測量時的泥沙淤積體積為：

其中，x_i和x_i+1分別為第i點和i+1點的坐標，l(i,k)、l(i+1,k)分別為第i點和i+1點第k次測量的泥沙高程，θ為水下休止角；

將第i點第k+1次計算得到的泥沙淤積體積減去第k次的泥沙淤積體積，得到第i點和i+1點間相鄰兩次的泥沙淤積體積，即：ΔV(i,k)＝V(i,k+1)-V(i,k)。

8.根據權利要求2所述非接觸式推移質輸沙率的測量方法，其特征在于，步驟7所述河流斷面的推移質輸沙率的計算方法為：

第i點和i+1點間相鄰兩次測量的時間間隔為Δt(i,k)＝t(i,k+1)-t(i,k)，t(i,k+1),t(i,k)分別表示第i點在第k+1、k次測量的時間，則第i點和i+1點間的推移質體積輸沙率為g_b(i,k)＝ΔV(i,k)/Δt(i,k)，河流斷面的推移質輸沙率為γ'_s為泥沙樣品的干容重。