[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

本發明公開了一種非接觸式推移質輸沙率的測量裝置及測量方法，該測量裝置由三角形推移質收集裝置、高程測量裝置和控制分析系統三部分組成，該裝置采用非接觸式測量，通過激光探頭測量三角槽底高程變化，通過控制分析系統分析床面的高程變化，得到推移質輸沙率。針對該裝置，本發明提出推移質輸沙率的測量方法，該方法根據前后兩時刻測量的三角槽高程計算槽內泥沙的淤積體積，并乘上泥沙的干容重得到推移質的質量。將淤積的泥沙的質量除以兩次測量的時間間隔可得到某時刻的推移質的輸沙率。該裝置和測量方法實現了推移質輸沙率的實時、連續測量，以及研究區域任意點輸沙率的測量。

技術領域

本發明涉及一種非接觸式推移質輸沙率的測量裝置及測量方法，屬于河流動力學中的輸沙技術領域。

背景技術

推移質輸沙率是指單位時間內通過測驗斷面的推移質泥沙質量，它是河流動力學研究的一個關鍵問題。在理論上，它是研究推移質運動和河床沖淤規律的理論基礎；在實踐中它也是解決河床演變計算、物理模型試驗以及數學模擬計算不可缺少的工具。國內外有許多學者對推移質進行了研究，關于推移質輸沙率公式較多，但公認的精度較高的輸沙率公式還未得到普遍接受。主要原因有兩方面，一方面，對推移質運動過程并不清晰，另一方面，局限于當前推移質的測量手段，尚無較為準確的推移質實測資料，導致推移質輸沙率公式中的參數并不適用于天然河道，因此，給實際應用帶來了巨大的困難。

推移質取樣方法是推移質測量的重要方法，它將取樣器直接放置在河底采集推移質，通過稱重得到推移質的輸沙率。推移質取樣器的形式有許多，主要有開敞式、網式和匣式等，目前我國采用較多的是匣式。也有利用放射性標志法觀測卵石運動，用放射性吸收法觀測沙浪運動，進而得到天然河道推移質輸沙率。在實驗室中，多采用在斷面上挖一條深槽，測量推移質裝滿深槽的時間，其主要特點是每隔一段時間后停水，取出深槽中的泥沙測量質量，這種方法不能連續測量推移質的輸沙率。近年來，有學者對推移質輸沙測量裝置進行了改進，在深槽的下方增加了盛沙裝置，盛沙裝置的下方放置電子秤，并連接電腦，通過電腦記錄不同時刻通過該斷面的推移質質量，該方法實現了推移質的實時測量，但該裝置由于需要在深槽的下方設置測量裝置，故在垂向上需要較大的空間，尤其是在水槽試驗過程中，為了避免在水槽中部改裝水槽，通常只能把它放置在尾門處，只能測量水槽的平均推移質輸沙率。因此，現階段推移質測量裝置存在復雜、難以實時測量、難以任意測量的不足。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種非接觸式推移質輸沙率的測量裝置及測量方法，實現推移質輸沙率的實時測量，以及測量區域任意點推移質單寬輸沙率的測量。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種非接觸式推移質輸沙率的測量裝置，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。

一種非接觸式推移質輸沙率的測量方法，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；