專利名稱：一種測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置和方法。
背景技術(shù)：
土壤侵蝕和坡面水文特性的研究通常借助人工降雨或自然降雨條件下的坡面徑流觀測(cè)，然而，水流含沙的特點(diǎn)增加了徑流觀測(cè)的難度。加之坡面徑流具有水頭低(無(wú)壓水流)，流量小(通常只有幾升/秒)的特點(diǎn)。因此，廣泛應(yīng)用于渠道、河道的測(cè)流裝置受到靈敏度和精確度的限制而難以應(yīng)用。
由于受野外現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性限制，目前國(guó)內(nèi)外坡面徑流小區(qū)流量觀測(cè)普遍采用集水池法和多孔分流法，如文獻(xiàn)1“World MeteorologicalOrganization.Guilde to meteorological instrument and observing practices.，1961，W.M.O-No.8TP3.”和文獻(xiàn)2“Pinson，W T，Yoder，D C，Buchanan，J R，Wright，W C，Wilkerson，JB.Design and Evaluation of an Improved Flow Divider forSampling Runoff Plots.Applied Engineering in Agriculture[J]，2004，20433-438.”中公開的技術(shù)，其共同之處是都需要人工收集徑流，人工測(cè)量。因此操作過(guò)程繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測(cè)量結(jié)果受人為因素影響比較大，且不能實(shí)現(xiàn)過(guò)程觀測(cè)。此外，這兩種方法的致命缺陷是在暴雨情況下容易產(chǎn)生溢流，從而常常造成觀測(cè)數(shù)據(jù)缺失。
在降雨侵蝕的過(guò)程中，降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)都存在隨機(jī)性，徑流過(guò)程對(duì)于理解侵蝕機(jī)理以及坡面流水動(dòng)力規(guī)律是非常重要的。為了實(shí)現(xiàn)徑流的過(guò)程觀測(cè)，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者都進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，其中基于翻斗法的流量計(jì)是典型的一種流量計(jì)，如文獻(xiàn)3“曹建生，劉昌明，張萬(wàn)軍.基于翻斗法的自動(dòng)量水技術(shù)及其應(yīng)用[J].水利水電科學(xué)進(jìn)展，2005.25(2)49-52.”、文獻(xiàn)4“Barfield B J，M C Hirschi.Tipping bucket flow measurements on erosion plots [J].Transaction of ofthe ASAE.1986，29(6)1600-1604.”和文獻(xiàn)5“Ahmed A H，Khan and Chin K O.1997.Design and Calibration of Tipping Bucket System for Field Runoff andSediment Quantification.Journal of Soil and Water Conservation52(6)437-443.”中公開的技術(shù)。該方法的原理已經(jīng)廣泛應(yīng)用于雨量計(jì)，即利用機(jī)械測(cè)量元件(通常為對(duì)稱式翻斗室)把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分，根據(jù)測(cè)量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來(lái)測(cè)量流體體積總量及過(guò)程。但是，坡面徑流是不同于雨量觀測(cè)的集中水流，強(qiáng)度相對(duì)較大，慣性力影響產(chǎn)生的誤差會(huì)比雨量觀測(cè)中的放大，而且該現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有解決如何考慮含沙量的問(wèn)題。
因此，就需要一種新的測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，解決野外人工操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力、精度低的缺點(diǎn)，而且解決含沙水流的觀測(cè)問(wèn)題，從而提供一種測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置和方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下一種測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置，如圖1、2所示，包括一拉力傳感器1固定在一支架10的頂部，所述拉力傳感器1的拉力點(diǎn)位于一承重管2的正上方；所述承重管2通過(guò)至少一根剛性繩7與所述拉力傳感器1連接；柔性伸縮管3通過(guò)第一卡箍8和第二卡箍9分別與所述承重管2和一個(gè)導(dǎo)流管件4連通；所述導(dǎo)流管件4通過(guò)固定部件12固定在所述支架10上；一引流裝置5，引流裝置入口為梯形收縮結(jié)構(gòu)，引流裝置出口設(shè)計(jì)為具有跌水功能的雙層落差結(jié)構(gòu)，引流裝置5通過(guò)焊接或膠接方式與所述導(dǎo)流管件4連通。所述梯形收縮結(jié)構(gòu)即從入口處的垂直梯形截面逐漸向內(nèi)是收縮減小的。
進(jìn)一步地，還包括一數(shù)據(jù)顯示裝置11通過(guò)導(dǎo)線13與拉力傳感器1連接，用于顯示拉力輸出。
進(jìn)一步地，還包括在所述入口引流裝置5內(nèi)安裝一泥沙傳感器6，該泥沙傳感器6與數(shù)據(jù)顯示裝置11連接，從而對(duì)含沙水流進(jìn)行精度修正，適用于降雨徑流中含沙量較大的地區(qū)。
進(jìn)一步地，所述導(dǎo)流管件4和所述入口引流裝置5集成為一體。
進(jìn)一步地，該裝置包括兩根所述剛性繩，兩根剛性繩分別以一端在所述承重管2的軸線兩側(cè)對(duì)稱地固定在承重管外表面，兩根剛性繩的另一端共同固定在拉力傳感器1的受力點(diǎn)上，從而減少承重管的晃動(dòng)，提高觀測(cè)質(zhì)量。
進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)顯示裝置11包括數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器，該數(shù)據(jù)處理器對(duì)數(shù)據(jù)采集器采集到的拉力傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并顯示流量數(shù)據(jù)。
進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)顯示裝置11實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)、圖形，或著數(shù)據(jù)和圖形。
結(jié)合上述裝置，一種測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的方法，包括如下步驟1)參數(shù)標(biāo)定按照公式Q=f(F)=αF32]]>進(jìn)行標(biāo)定，求出α；其中Q表示流量，F(xiàn)表示拉力；2)將裝置至于測(cè)量地開始流量測(cè)量，記錄各個(gè)時(shí)刻的拉力傳感器拉力值F；3)根據(jù)拉力值F用公式Q=f(F)=αF32]]>和步驟1)中標(biāo)定求得的參數(shù)α計(jì)算各個(gè)時(shí)刻的流量值Q。
在上述方法步驟中，進(jìn)一步地，在徑流含沙量比較大的地區(qū)，泥沙濃度會(huì)對(duì)觀測(cè)結(jié)果有一定影響，如果需要更為精確的徑流觀測(cè)值，則步驟2)還包括記錄各個(gè)時(shí)刻拉力值對(duì)應(yīng)的水流含沙量值c；且步驟3)中的公式替換成如下公式Qc=2650α1.65c+2650F32,]]>根據(jù)該公式通過(guò)步驟2)中得到的拉力值F和水流含沙量值c計(jì)算各個(gè)時(shí)刻的流量值Qc，此流量值是考慮徑流含沙量的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的精確觀測(cè)；2)實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)便，無(wú)需存水，而且還可以很方便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)觀測(cè)；3)可以對(duì)含沙量大的水流觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行含沙量影響的校正；4)本發(fā)明精度高，結(jié)實(shí)耐用并且省時(shí)省力，為相關(guān)人員的野外實(shí)驗(yàn)和水土流失野外監(jiān)測(cè)工作節(jié)省大量的時(shí)間、人力和物力。


圖1表示本發(fā)明的坡面徑流小區(qū)流量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)組成剖面圖；圖2表示本發(fā)明裝置核心結(jié)構(gòu)的立體剖視示意圖；圖3表示本發(fā)明裝置承重管受力圖；圖4表示本發(fā)明裝置承重管中對(duì)應(yīng)同一水面高度的水力半徑R和過(guò)水?dāng)嗝鍭的數(shù)值關(guān)系；
圖5表示拉力值和實(shí)際流量回歸分析圖；圖6表示人工觀測(cè)徑流量與儀器觀測(cè)值的對(duì)比分析；其中虛線表示不考慮含沙量影響的情況，實(shí)線表示經(jīng)過(guò)含沙量校正的情況；圖7表示含沙量引起流量觀測(cè)的相對(duì)誤差。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述首先結(jié)合附圖3-7，描述本發(fā)明的原理和試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果。
如圖3所示，作用在稱重管部分的力和動(dòng)量，根據(jù)受力和動(dòng)量平衡，有ΣM=0⇒Fδ+Ms+fWsinθδcosθ-FsL2cosθ=0]]>ΣFy=0⇒Fscosθ+F-Ffsinθ-W+Ftsinθ=0]]>ΣFx=0⇒Ffcosθ+Fssinθ-Ftcosθ=0...(1.1-1.3)]]>式中F-作用在拉力傳感器上的拉力，單位千克(kg)；θ-是稱重管的坡度(≈1°)；f-水流作用在稱重管上的摩擦力系數(shù)；W-是稱重管中水體的重力，單位kg；δ-拉力F和重力W作用線的距離，單位米(m)，(實(shí)際上非常小可以忽略)；L-是稱重管的長(zhǎng)度，單位m；ε1，ε-分別是稱重管在拉力點(diǎn)A和支撐點(diǎn)B的微小形變引起的位移量，單位米(m)；因?yàn)榉Q重管在拉力點(diǎn)A和支撐點(diǎn)B的形變量非常小，作用在這兩個(gè)點(diǎn)的力可以用胡克定理表示為FS＝ε1K1，F(xiàn)S＝εK，式中K，K1為彈性系數(shù)(kg/m)。所以公式(1.1-1.3)可以表示為Ms=FsL2cosθ-Fδ-fWtgθδ]]>K1ϵ1cosθ+Kϵ=W+Ftsinθ-Ftsinθ]]>Ft=Ff+Fstgθ...(2.1-2.3)]]>柔性的軟管連接可以使稱重管在一定程度上靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，所以柔性管的連接可以看作鉸連接，那么就有Ms≈0。假設(shè)ε1≈ε，將(2.3)代入(2.2)得到ε(K1cosθ+K)＝W-Fstgθsinθ≈W (3.1)且θ≈1°，可以認(rèn)為tgθsinθ≈0上式可以變形為ϵ=W(1-fsinθ)K1cosθ+K...(3.2)]]>帶入F＝εK可以得到F=K(1-fsinθ)K+K1cosθW...(4.1)]]>對(duì)于柔性塑料管，K1＜＜K，且當(dāng)θ≈1°時(shí)，fsinθ＜＜1。所以，在任何確定的時(shí)刻，作用在稱重管上的水的重力和拉力值之間可以近似為線性關(guān)系。
水的密度隨溫度的變化范圍很小4℃時(shí)為1000千克/立方米(kg/m3)；20℃時(shí)998.2kg/m3≈1000kg/m3，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，水的密度一般認(rèn)為是個(gè)恒值。因此，在不考慮水流含沙量即清水的情況下，有以下關(guān)系成立F∝W W∝V(4.2)式中V是特定時(shí)刻稱重管中水的體積，L；從而可以推出以下關(guān)系F∝V (4.3)上式表明作用在拉力傳感器上的拉力是由流量決定的。反之，如果這種關(guān)系存在，流量觀測(cè)就可以通過(guò)拉力值的觀測(cè)實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)關(guān)系如下V＝f-1(F) (4.4)在水流含沙量為0kg/m3即清水的情況下，通過(guò)稱重管的水流可以看作明渠恒定流。謝才公式(5)和滿寧公式(6)可以得到明渠均勻流的流量公式(7)Qi=ACR...(5)]]>C=1nR16...(6)]]>Q=1nAi12R23...(7)]]>式中Q-流量，L/s；
i-水力坡度，m/m；A-過(guò)水面積，m2；C-謝才系數(shù)，m1/2/s；R-水力半徑，m；n-滿寧系數(shù)，無(wú)量綱；在無(wú)壓管道中，如文獻(xiàn)“吳持恭.水力學(xué)(上冊(cè))[M].北京高等教育出版社，1982.240”中公開的，水力半徑的計(jì)算如下 式中，d為管道直徑，單位m；φ為水面弦的圓心角。
在滿足實(shí)際應(yīng)用的前提下，為了簡(jiǎn)化(8)中Q和R的關(guān)系，對(duì)內(nèi)徑為60mm的稱重管，對(duì)不同水面高度所對(duì)應(yīng)的R和A進(jìn)行回歸分析(圖4)在水面高度不超過(guò)管道半徑的范圍內(nèi)，R和A的數(shù)值間呈較好的相關(guān)關(guān)系公式(9)相關(guān)系數(shù)可以到達(dá)0.97。
R=σA34...(9)]]>將公式(9)代入公式(7)，得Q=1ni12σA32...(10)]]>因?yàn)榉Q重管相對(duì)較短且沿水流方向斷面可近似為恒定，因此可以認(rèn)為V＝A1，代入公式(10)則有Q=1ni12σ(1l)32V32...(11)]]>對(duì)于物理結(jié)構(gòu)，材料，尺寸既定的徑流觀測(cè)裝置，公式中除了稱重管中的水的體積V外，都是常量，因此Q是含有單一變量V的函數(shù)如公式(12)Q∝V32...(12)]]>把公式(4.2)的關(guān)系代入公式(12)得Q∝F32]]>或Q=f(F)=αF32...(13)]]>以上是水流含沙量為0即清水的情況。在含沙水流的情況下，對(duì)應(yīng)的同樣重量的水，其體積小于清水的情況。因此，某時(shí)刻對(duì)應(yīng)相同的拉力值，含沙水流的實(shí)際流量小于清水的流量。設(shè)水流的含沙量為c(kg/m3)，實(shí)際流量為Qc(m3/s)，則與清水情況的流量的關(guān)系可以表示如下Qρw＝ρwf(F) (14.1)并且Qρw=Qcc+(Qcρw-Qccρsρw)...(14.2)]]>合并化簡(jiǎn)(14.1)和(14.2)，得Q=Qccρw+(Qc-Qccρs)=f(F)...(15)]]>式中ρw＝1000kg/m3水的密度；ρs＝2650kg/m3為干土密度。以上公式可進(jìn)一步變形為Qc=2650α1.65c+2650F32...(16)]]>以上的公式表明，只要拉力傳感器配套泥沙含量傳感器同時(shí)獲得徑流含沙量就可以實(shí)現(xiàn)含沙水流徑流觀測(cè)。
參照?qǐng)D1制作本發(fā)明的測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置，拉力傳感器1采用市場(chǎng)所售的常規(guī)產(chǎn)品，比如CZL-1R型稱重傳感器，拉力傳感器1的量程為1000g，精度為0.1g；承重管2的內(nèi)徑為60mm，長(zhǎng)度為26mm，用兩根鋼絲繩7懸于拉力傳感器1正下方，為了增強(qiáng)穩(wěn)定性減少水流通過(guò)時(shí)稱重管的晃動(dòng)，兩鋼絲繩在承重管上的兩個(gè)受力點(diǎn)和拉力傳感器受力點(diǎn)呈等腰三角分布。泥沙濃度傳感器6采用市場(chǎng)所售常規(guī)產(chǎn)品，或著采用現(xiàn)有技術(shù)的泥沙濃度傳感器如“王輝，雷廷武，趙軍，劉清坤.坡面徑流量與含沙量動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005.36(1)79-82.”中公開的技術(shù)。數(shù)據(jù)采集器11通過(guò)導(dǎo)線與拉力傳感器1、泥沙傳感器6進(jìn)行有線通訊，數(shù)據(jù)采集器11以1/3克(g)為一個(gè)基本單位，因此具有1/3000的分辨率。
拉力傳感器1和泥沙濃度傳感器6與數(shù)據(jù)采集器11的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)普通電線13連接實(shí)現(xiàn)；外殼10的加工采用25×4mm角鋁做框架，外包1mm厚的鐵皮，外觀尺寸為500mm×200mm×200mm；柔性伸縮管3采用市場(chǎng)所售的橡膠波紋管，實(shí)施例中波紋管的內(nèi)徑同稱重管，為60mm，長(zhǎng)度為12mm；導(dǎo)流管件4采用于承重管2相同材質(zhì)和型號(hào)，即60mmm內(nèi)徑PVC管，長(zhǎng)度為12mm。實(shí)施例中入口引流裝置5采用1mm厚的鐵皮定型焊制。引流裝置5與導(dǎo)流管件4的連接采用錨固加膠接。
引流裝置5的入口為梯形收縮結(jié)構(gòu)；出口設(shè)計(jì)為具有跌水功能的雙層落差結(jié)構(gòu)，具有互相連接的上下兩層，引流的水從上層跌落到下層；引流裝置5與所述導(dǎo)流管件4連通，梯形收縮結(jié)構(gòu)即從入口處的垂直梯形截面逐漸向內(nèi)是收縮減小的，這樣作的好處是有利于引導(dǎo)水流。
數(shù)據(jù)采集器11可以在軟件程序的控制下自動(dòng)采集、存儲(chǔ)拉力傳感器1的原始數(shù)據(jù)，并可以通過(guò)軟件程序把采集到的拉力數(shù)據(jù)換算成流量值，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)下面介紹的方法能夠勝任對(duì)于數(shù)據(jù)采集器11的控制。
其測(cè)量方法為如下步驟1)標(biāo)定參數(shù)；在清水的條件下，通過(guò)放水試驗(yàn)，人工和儀器分別觀測(cè)流量值和拉力值，對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和擬合，并與理論推導(dǎo)的模型進(jìn)行比較。實(shí)施過(guò)程中，采用馬氏瓶原理的水箱體積約為1m3提供恒壓水流，用水管將水引到儀器入口處；在引水管的末端安裝閥門，人工控制閥門是流量從小到大再?gòu)拇蟮叫【鶆蜃兓?，?shí)施例中流量在0-3000ml/s和3000-0ml/s范圍調(diào)節(jié)；人工在儀器的出口處取樣，用體積法計(jì)算流量作為流量觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)值；人工取樣的同時(shí)讀取記錄數(shù)據(jù)采集器采集到的對(duì)應(yīng)時(shí)刻的拉力值。
作為實(shí)施例，此處人工觀測(cè)采用5個(gè)重復(fù)取平均。
對(duì)于人工觀測(cè)的流量值與對(duì)應(yīng)的拉力值，用公式(14)回歸分析見(jiàn)圖6。
2)不考慮含沙量的流量觀測(cè)計(jì)算；人工配置不同的含沙量(比如50kg/m3，100kg/m3和150kg/m3)，進(jìn)行放水試驗(yàn)。用推導(dǎo)的模型和數(shù)據(jù)采集裝置自動(dòng)觀測(cè)流量，如圖6所示，虛線關(guān)系的計(jì)算流量沒(méi)有考慮含沙量的影響即采用公式Q=f(F)=αF32]]>進(jìn)行計(jì)算并與人工同步觀測(cè)的結(jié)果進(jìn)行比較。
3)通過(guò)含沙量進(jìn)行觀測(cè)修正；對(duì)于含沙水流，含沙量作為一個(gè)獨(dú)立的變量，其數(shù)值用泥沙傳感器進(jìn)行觀測(cè)。將觀測(cè)結(jié)果和標(biāo)定參數(shù)α代入Qc=2650α1.65c+2650F32]]>可計(jì)算得出流量觀測(cè)儀器值。
從圖5可以看出拉力值和流量之間存在非常好的相關(guān)性，R2＝0.98；小流量的時(shí)候數(shù)據(jù)點(diǎn)基本在曲線上，隨著流量的增大，數(shù)據(jù)點(diǎn)偏移曲線的幅度越來(lái)越大，但平均相對(duì)誤差仍低于5％。相對(duì)誤差隨著流量增大而增大是由于人工讀表的誤差所致。人工取樣的過(guò)程中，取樣時(shí)間是通過(guò)秒表讀取的，不同操作者的反映時(shí)間存在個(gè)體差異，這就會(huì)引起一定的誤差，對(duì)于特定的操作者，反映時(shí)間的延遲基本上是一定的，因此可以在一定程度上抵消。但是，對(duì)于收集一定體積的取樣過(guò)程，流量小的時(shí)候取樣時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，反映時(shí)間引起相對(duì)誤差也較小，當(dāng)流量增大時(shí)，取樣時(shí)間也越來(lái)越短，反映時(shí)間引起的誤差相對(duì)值會(huì)不斷增大。這勢(shì)必會(huì)在流量的觀測(cè)結(jié)果中有所表現(xiàn)。
同時(shí)，拉力值和流量之間呈冪函數(shù)關(guān)系證明了在清水條件下，通過(guò)水力推導(dǎo)所得到的函數(shù)關(guān)系是真實(shí)存在并且具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。拉力值與流量之間的擬合函數(shù)同時(shí)可以用來(lái)作為該流量觀測(cè)裝置的標(biāo)定函數(shù)，即公式(13)中，α＝0.069。從標(biāo)定結(jié)果還可以得出，徑流傳感器的分辨率可以達(dá)到0.07ml/s。
從圖6中可以看出在考慮含沙和不考慮含沙的兩種情況下，流量的人工觀測(cè)結(jié)果和計(jì)算值都具有相當(dāng)好的相關(guān)關(guān)系，確定系數(shù)R2分別為0.9976和0.9989。
以上結(jié)果表明1)流量觀測(cè)裝置就有很好的觀測(cè)精度，與觀測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差在6％以內(nèi)，考慮含沙量影響的情況下平均相對(duì)誤差僅為0.4％；2)對(duì)基于拉力傳感器的徑流觀測(cè)方法而言，小流量情況下，含沙的影響并不是很明顯；但隨著流量增大，含沙量的影響也逐漸增大。這是因?yàn)樵谛×髁康臅r(shí)候水流能量有限攜帶泥沙的量相對(duì)較少；隨著流量增大，水流挾沙能力增大，含沙量相對(duì)較大。
圖7是利用公式16計(jì)算得到含沙量與相對(duì)誤差的關(guān)系曲線。從圖中可以看到，含沙量為100kg/m3，引起的相對(duì)誤差在5％以內(nèi)，當(dāng)含沙量為500kg/m3時(shí)，相對(duì)誤差超過(guò)30％。因此，在具體的實(shí)施過(guò)程中，如果徑流量比較大或土壤易侵蝕的情況下，用含沙量數(shù)據(jù)對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正是有必要的。而在流水含沙量相對(duì)較低地方，忽略含沙量的影響也可以得到相當(dāng)精度的觀測(cè)結(jié)果。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置，其特征在于，包括一拉力傳感器(1)固定在一支架(10)的頂部，所述拉力傳感器(1)的拉力點(diǎn)位于一承重管(2)的正上方；所述承重管(2)通過(guò)至少一根剛性繩(7)與所述拉力傳感器(1)連接；一柔性伸縮管(3)通過(guò)第一卡箍(8)和第二卡箍(9)分別與所述承重管(2)和一個(gè)導(dǎo)流管件(4)連通；所述導(dǎo)流管件(4)通過(guò)固定部件(12)固定在所述支架(10)上；一引流裝置(5)，該引流裝置(5)通過(guò)焊接或膠接方式與所述導(dǎo)流管件(4)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置，其特征在于，還包括一數(shù)據(jù)顯示裝置(11)通過(guò)導(dǎo)線(13)與拉力傳感器(1)電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置，其特征在于，還包括在所述引流裝置(5)內(nèi)安裝一泥沙濃度傳感器(6)，該泥沙濃度傳感器(6)與數(shù)據(jù)顯示裝置(11)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)流管件(4)和所述引流裝置(5)集成為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置，其特征在于，該裝置包括兩根所述剛性繩，兩根剛性繩分別以一端在所述承重管(2)的軸線兩側(cè)對(duì)稱地固定在承重管外表面，兩根剛性繩的另一端共同固定在拉力傳感器(1)的受力點(diǎn)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)顯示裝置(11)包括數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器，該數(shù)據(jù)處理器對(duì)數(shù)據(jù)采集器采集到的拉力傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
7.一種利用權(quán)利要求1所述裝置測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的方法，包括如下步驟1)參數(shù)標(biāo)定；按照公式Q=f(F)=αF32]]>進(jìn)行標(biāo)定，求出α；其中Q表示流量，F(xiàn)表示拉力；2)將裝置至于測(cè)量地開始流量測(cè)量，記錄各個(gè)時(shí)刻的拉力傳感器拉力值F；3)根據(jù)拉力值F用公式Q=f(F)=αF32]]>和步驟1)中標(biāo)定求得的參數(shù)α計(jì)算各個(gè)時(shí)刻的流量值Q。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的方法，其特征在于，步驟2)還包括記錄各個(gè)時(shí)刻拉力值對(duì)應(yīng)的水流含沙量值c；且步驟3)中的公式替換成如下公式Qc=2650α1.65c+2650F32;]]>根據(jù)該公式通過(guò)步驟2)中得到的拉力值F和水流含沙量值c計(jì)算各個(gè)時(shí)刻的流量值Qc。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)量坡面徑流小區(qū)流量過(guò)程的裝置和方法，該裝置包括一拉力傳感器，一支架，一承重管，至少一根剛性繩，柔性伸縮管，第一卡箍，第二卡箍，一個(gè)導(dǎo)流管件，固定部件，引流裝置。該方法，包括如下步驟1)參數(shù)標(biāo)定；按照公式Q=f(F)=αF
文檔編號(hào)G01F1/704GK1967162SQ20061011338
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月26日
發(fā)明者雷廷武, 趙軍, 屈麗琴 申請(qǐng)人:雷廷武