[發明專利]一種不規則河道斷面流量測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202110570150.6
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113155107A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 王麒;闞雪冬;王心義;李偉;夏大平;李賽賽;宋博;石尚威
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學;焦作煤業（集團）有限責任公司;河南理工大學
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01F1/66;G01S13/58;G01S13/86
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

1.一種不規則河道斷面流量測量裝置,其特征在于：包括計算機、信號接收器、左支架和右支架，左支架和右支架分別設置在河道左右兩側，左支架和右支架之間設有一根纜繩，纜繩與河水流向垂直，纜繩上固定設有用于固定安裝聲波測深儀的旋轉連接座或者滑動設有用于固定連接聲波測深儀及雷達測速儀的動滑輪組件，聲波測深儀和雷達測速儀通過無線通訊的方式與信號接收器傳輸信號，信號接收器與計算機通訊連接。

2.根據權利要求1所述的一種不規則河道斷面流量測量裝置，其特征在于：旋轉連接座包括固定板和活動板，固定板左側開設有兩個上下對應的左連接孔，固定板右側開設有兩個上下對應的右連接孔，兩個左連接孔通過一組U型螺栓及螺母與纜繩固定連接，兩個右連接孔通過另一組U型螺栓及螺母與纜繩固定連接，固定板背離纜繩的一側面中部固定設有軸承座，軸承座內安裝有軸承，軸承外圓與軸承座內圓過盈配合，軸承內圓過盈裝配有轉軸，轉軸外端與活動板的一側面固定連接，軸承外圈的端面上沿圓周方向設有360°的角度刻度，轉軸外圓設有用于指向角度刻度的指針，活動板上開設有多個安裝孔，聲波測深儀通過穿過安裝孔的螺絲固定連接在活動板上。

3.采用如權利要求2所述的一種不規則河道斷面流量測量裝置的測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）選定一條河道，在河道左右兩側分別架設左支架和右支架，在左支架和右支架之間搭設一條張緊的纜繩，先將兩組U型螺栓及螺母將旋轉連接座的固定板連接到纜繩長度方向的中間位置，然后將聲波測深儀通過螺絲固定到旋轉連接座的活動板上，在河道的堤岸上利用GPS定位裝置和全站儀，記錄聲波測深儀探頭的三維坐標；

（2）向將聲波測深儀的探頭朝向河道的左岸，旋轉活動板，活動板帶動聲波測深儀的探頭轉動，自左岸每次旋轉10°或者更小直至旋轉180°到右岸；通過指針對應指向角度刻度的位置記錄每次旋轉角度，聲波測深儀將探測到河道斷面底部邊界的距離的數值信號，輸送到計算機中，計算機生成河道斷面曲線并將河道曲面形狀擬合成數學表達式；

（3）將所得河道斷面曲線形狀制作出比例縮小的河流曲線模型，比例系數為 t，結合設計的濕周測量裝置，即可算出濕周長度；

（4）將旋轉連接座從纜繩上拆除，連接在旋轉連接座上的聲波測深儀也拆除，然后將動滑輪組件吊掛到纜繩上，將聲波測深儀安裝在動滑輪組件上，人為駕船于纜繩下，移動動滑輪組件，使聲波測深儀沿在纜繩移動，將纜繩由河道左側到右側的長度均勻分為30-40個點并標記，將動滑輪組件自左向右依次移動到每個點，聲波測深儀測出該點處到河道底部的距離，即實測河道在該點處斷面深度；

（5）取下聲波測深儀，在動滑輪組件上裝上雷達測速儀，雷達測速儀距離水面要大于0.5m，按照步驟（4）中標記在纜繩上的30-40個點，將動滑輪組件移動到標記點的位置，雷達測速儀依次測出每個點正投影在河面上的位置的表面流速V_表；

（6）計算出斷面水面流速系數R；

（7）結合河道斷面曲線和各點到河道底部的垂線的間隔位置可將該河道斷面劃分為多個小斷面，依次選取小斷面，以左側第一個小斷面的起始點為坐標原點，在該小斷面曲線上選擇合適數量的坐標，依次記錄（X₁，Y₁),(X₂，Y₂）等等，利用坐標值計算多邊形面積的公式；

（8）依據水力學天然河道流量計算原理，采用流速面積加權法，將各個多邊形面積S_任意與測出的表面流速V_表以及斷面流速系數R相乘再分別相加，則可完成河道斷面流量Q的計算，計算公式為；其中m為劃分多邊形的數量。

4.根據權利要求3所述的一種不規則河道斷面流量測量裝置及方法，其特征在于：步驟（3）具體為：濕周測量裝置采用若干根針，所用針長40mm，直徑0.3mm，將這種規格的針等間隔排列，相鄰兩根針的間距d為0.1mm，將河流曲線模型按壓在等間隔排列的針尖上，其中第一個針的針尖觸碰到河流曲線模型的位置不變，設置為參照，為原點位置，針尖會反映該曲面的形狀，由于針尖的間距d較小，所以河流曲面的長度L近似等于針相對于原點的參照針的長度h，將各個針的相對長度h累加，得到的和就是縮小模型的河流曲線濕周長度，再乘以比例系數t，即為河道真實的濕周長度。