[實用新型]一種坡面水文試驗流速場觀測系統

有效

• 申請號: 201720487761.3
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN207365963U
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 龔家國;趙勇;王浩;王英;楊苗;翟正麗;冶運濤
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01C11/00
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 莎日娜

本實用新型提供了一種坡面水文試驗流速場觀測系統，系統包括：坡面搭建系統、人工降雨系統、示蹤液投放系統、數字地形采集處理系統、以及數字圖像分析系統；坡面搭建系統搭建試驗所觀測的坡面模型；人工降雨系統用于在指定的坡面模型上進行降雨；示蹤液投放系統用于在指定坡面模型上投放示蹤液；數字地形采集處理系統用于在試驗過程中拍攝坡面模型的地形圖像，數字圖像分析系統對上述相機整列圖像進行分析，計算出指定坡面模型位置的坡面流速場。可見，本數字圖像分析系統可以通過示蹤液的變化以及地形圖像數據，精準快速的計算出指定坡面模型的坡面流速場，相比現有技術中對流速場的試驗方法，準確率更高。

技術領域

本實用新型涉及坡面水文試驗流速場觀測技術領域，特別是涉及一種坡面水文試驗流速場觀測系統。

背景技術

坡面薄層水流是自然界廣泛分布的水文現象。由于自然界的坡面形態復雜，且水流很薄，難以實現全坡面的產流過程觀測。相對于明渠或河流中的水流，薄層水流厚度非常小，受空氣、邊壁等接觸面的影響，使得流速變化規律非常復雜。而地面污染物運移、泥沙顆粒的侵蝕與起動等與薄層水流流速具有密切關系。特別在一些自然環境中，薄層水流甚至用肉眼無法直接觀察到，只有在染色劑之類的示蹤液的指示下才能看到。

目前對薄層水流流速的測量廣泛采用的方法有“流量法”、“染色法”、“鹽溶液示蹤法”等。

“流量法”只能用于平均流速的測量，在流量較大且需要連續觀測時需要較多的人員，工作量較大。對于“染色法”和“鹽溶液示蹤法”，其測定的是徑流表面最大流速，要得到徑流平均流速必須進行修正。但是，“染色法”雖然比較方便，但有時需要多人進行配合測量，且由于測量均為人工測量，帶有一定的人為因素，距離和時間會有一定的測量誤差。特別是染色流體的形狀會隨著移動距離在水流彌散作用下變化，有時很難把握，其造成的距離測量誤差十分嚴重，一般只能計量最大流速。

可見對坡面水流流速的測量一直是相關領域研究的難點，特別是較大坡面水流流速場的觀測難以實現。為了深入研究薄層水流的水動力過程，迫切必須找到一種更加科學和高效的坡面水流流速測量系統。

發明內容

本實用新型提供了一種坡面水文試驗流速場觀測系統，以解決現有技術中不能精確計算出流速場的問題。

為了解決上述問題，本實用新型公開了一種坡面水文試驗流速場觀測系統，所述系統包括：坡面搭建系統、人工降雨系統、示蹤液投放系統、數字地形采集處理系統、以及數字圖像分析系統；所述坡面搭建系統搭建試驗所觀測的坡面模型；所述人工降雨系統用于在指定的所述坡面模型上進行降雨；所述示蹤液投放系統用于在指定所述坡面模型上投放示蹤液；所述數字地形采集處理系統包括相機陣列和同步器；所述相機陣列排布在所述坡面上方，用于在試驗過程中拍攝所述坡面模型的地形圖像，所述同步器控制所述相機陣列中的各相機同步拍攝地形圖像；利用近景攝影測量原理和傾斜攝影測量原理對圖像進行分析得到坡面模型數字高程模型；所述數字圖像分析系統對上述相機整列圖像進行分析計算出指定坡面模型位置的坡面流速場。

優選地，所述示蹤液投放系統包括：蠕動泵和蠕動泵控制器，所述蠕動泵控制器控制所述蠕動泵在所述坡面模型上，將示蹤液投放至指定位置處。

優選地，所述數字地形采集處理系統還包括：校準標識；所述校準標識用于圖像校準。

優選地，所述數字地形采集處理系統將所述相機陣列中的各相機同步拍攝地形圖像按照拍攝時間先后進行排序，對排序后的各地形圖像進行分析得到各所述坡面模型的數字高程模型。