[發明專利]一種實驗水底地形觀測方法

有效

• 申請號: 201710254619.9
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107179062B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 詹杰民;馬文韜;龔也君;李雨田;羅瑩瑩;蔡文豪;趙陶;胡文清
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01B17/06
• 分類號: G01B17/06
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 鄭永泉;邱奕才

本專利涉及一種實驗水底地形觀測方法，在實驗過程中停止水流，能使水體逐漸澄清，便于測量并記錄水槽中部地形剖面；當求出兩組基向量之間的變換矩陣后，便可以在任意時間點上，根據從水槽側壁觀測到的地形剖面推算出水槽中部地形剖面，實現對水槽中部的地形剖面的間接觀測，因為水槽側壁處地形剖面便于觀察記錄，而水槽中部的地形剖面因在水流中有懸浮的泥沙而難以被測出，因此本專利通過水槽側壁處地形剖面間接觀測水槽中部地形剖面，實驗效率高。

技術領域

本專利涉及水流-泥沙實驗領域，具體涉及一種實驗水底地形觀測方法。

背景技術

為了研究水流通過局部侵蝕和淤積對水底地形造成的變化，常在實驗室水槽中進行實驗。因為水槽中部的泥沙受其他無關變量影響較小，例如水槽側壁對水流有回旋或反彈等作用，而在水槽中部這些作用的影響可最小化，因此，實驗研究常基于水槽中部的地形測量數據來進行。水槽中部地形可通過超聲波測深儀測量，但實驗過程中粒徑較小的泥沙會隨著水流從水底起動而懸浮在水體中，使超聲波測深難以精確地實時測量水底地形剖面的變化過程，雖然實驗室水槽側壁常裝有高清玻璃，即使水體渾濁亦可通過側壁的高清玻璃觀測記錄水底地形在側壁的剖面，但是水槽側壁對水流產生的側壁效應會使水流呈現一定的三維效應，進而使水底地形也具有一定的三維形態，因此，通過水槽側壁記錄的側壁處地形剖面和用超聲波測深儀測量到的水槽中部地形剖面之間存在一定差別，難以通過水槽側壁處地形剖面獲得水槽中部地形剖面。

發明內容

為了克服現有技術中的缺陷，本專利提供一種實驗水底地形觀測方法，能夠較好地通過便于觀察記錄的水槽側壁處地形剖面獲得難以測量得到的水槽中部地形剖面，極大地提高了實驗效率。

針對上述技術問題，本專利是這樣加以解決的：一種實驗水底地形觀測方法，其步驟如下：

在實驗過程中一直測量并記錄水槽側壁地形剖面；

S1：實驗開始，使水在水槽中進行流動；

S2：在某一個時間點停止水流，測量并記錄此時水槽中部地形剖面；

S3：對同時刻的水槽中部地形剖面及水槽側壁地形剖面進行同階數的多項式擬合，分別得到水槽中部地形曲線及水槽側壁地形曲線，并分別從得到的兩個多項式中提取系數，組成中部地形剖面向量及側壁地形剖面向量；

S4：重新打開水流，每隔一段的時間停止水流，測量并記錄水槽中部地形剖面，再重復步驟S3，直至得到的中部地形剖面向量、側壁地形剖面向量及多項式系數的數量均相同；

S5：若得到的多個中部地形剖面向量之間線性無關，多個側壁地形剖面向量之間也線性無關，則進入下一步，若否，則返回步驟S2；

S6：將多個中部地形剖面向量及多個側壁地形剖面向量轉換為兩組基向量，求出這兩組基向量之間的變換矩陣；

S7：在任何時間點記錄到的水槽側壁地形剖面通過該變換矩陣可得到同時刻的水槽中部地形剖面。

在實驗中，實驗設備為水槽，水槽中裝有泥沙，實驗時讓水在泥沙上流過，研究水流對水槽中水底地形的影響，本專利在實驗過程中停止水流，能使水體逐漸澄清，便于測量并記錄水槽中部地形剖面；當求出兩組基向量之間的變換矩陣后，便可以在任意時間點上，根據從水槽側壁觀測到的地形剖面推算出水槽中部地形剖面，實現對水槽中部的地形剖面的間接觀測，因為水槽側壁處地形剖面便于觀察測量并記錄，而水槽中部的地形剖面因在水流中有懸浮的泥沙而難以被測出，因此本專利通過水槽側壁處地形剖面間接觀測水槽中部地形剖面，實驗效率高。