[發明專利]河床沖刷深度實時監測系統及監測方法

有效

• 申請號: 202010964309.8
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112082527B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 楊晨;劉穎;陳鑫;孫健;薛亮;張立;連海東
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 王金

本發明公開了一種河床沖刷深度實時監測系統，包括河床，河床及其兩岸圍成河道，河道上方具有固定結構，固定結構向下連接有若干紅色的連接絲，各連接絲均沿豎向方向設置；連接絲采用碳纖維絲，各連接絲的下端均固定連接有浮球，浮球的密度小于等于0.2克/立方厘米；各浮球分別預埋在河床內的預定深度；各連接絲頂部分別連接有指示牌，指示牌用于指示相應浮球的預埋深度。本發明避免了重力探桿因阻擋水流而帶來的偏差，也避免了聲納系統的高昂成本以及無法直接觀察等缺陷。本發明利用浮力原理，實現在結果準確的同時能夠使工作人員方便而直觀地看到河床沖刷的變化情況，同時工作人員也可在顯示屏上觀察并隨時查看記錄的河床沖刷情況。

技術領域

本發明涉及水利工程技術領域，尤其涉及河床沖刷深度監測技術。

背景技術

河床沖刷實驗是常見的河工模型實驗，在水利相關的研究中，常常需要進行河床沖刷實驗，通過河床沖刷實驗為預測在某一水流條件（包括河流形態、水文泥沙、河床特點、水量水速等等）下河床的發展趨勢提供依據。

河床沖刷實驗中，需要對河床沖刷深度進行實時監測。在現實中的某些河段，也需要對河床深度進行實時監測。無論是在實驗室，還是在現實河流中，都存在不容易實時準確地監測河床深度的問題。

現有的研究中，有人提出重力式河床深度監測方法，在護管或護套內設置探桿，探桿底端設置底板，底板支撐在河床上，護管或護套保護探桿免受水流沖擊。河床沖刷較深、河床變低時，探桿也會下沉。通過觀察探桿的下沉量，可以得到河床的沖刷深度。但這種方式，由于護管或護套會對探桿處的水流產生較大的阻擋作用，因此該處河床沖刷的實際狀況與自然條件下沖刷的狀況有所偏差。

也有人提出使用聲納技術利用超聲波實時探測河床深度的方案。聲納系統價格高昂，并且在混濁的水流中聲波會產生折射、散射、反射和干涉等現象，會產生聲線彎曲、信號起伏和信號畸變，影響探測精度。河床沖刷實驗中，不可避免會出現水流混濁的現象。聲納技術的另一缺陷是，不能像探桿一樣使工作人員能夠直觀地觀察到河床沖刷深度的變化情況。

因此，需要提出一種新的河床沖刷技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種河床沖刷深度實時監測系統，既能夠直觀地觀察到河床沖刷深度的變化情況，又能夠避免護管或護套阻擋水流導致沖刷狀況出現偏差。

為實現上述目的，本發明的河床沖刷深度實時監測系統包括自然的或模擬的河床，河床上具有自然的或模擬的水流，河床及其兩岸圍成河道，其特征在于：河道上方具有固定結構，固定結構向下連接有若干紅色的連接絲，各連接絲均沿豎向方向設置；

連接絲采用碳纖維絲，連接絲的直徑小于等于0.5毫米；各連接絲的下端均固定連接有浮球，浮球的密度小于等于0.2克/立方厘米，浮球的直徑為1±0.1厘米；各浮球分別預埋在河床內的預定深度，各浮球的預埋深度各不相同；

各連接絲頂部分別連接有指示牌，不同連接絲連接的指示牌的形狀和顏色均不相同，各連接絲的指示牌上寫有用于表明該連接絲所連接的浮球的預埋深度的數字，指示牌的形狀和顏色為視覺特征，指示牌上的數字為深度特征，各指示牌分別與相應的視覺特征的深度特征一一對應。

河道上方的固定結構為固定建筑物或者兩端連接在河道兩岸固定物上的懸臂梁。

河道上方的固定結構上安裝有移動偵測用攝像頭，攝像頭的攝像范圍覆蓋各連接絲及指示牌的初始位置以及各浮球浮起后各指示牌向下游方向移動的最遠位置；

攝像頭以有線或無線的方式連接有電控裝置，電控裝置連接有顯示屏。

本發明還公開了一種使用上述河床沖刷深度實時監測系統的監測方法，按以下步驟進行：