[发明专利]电解质脉冲法测量水流流速和泥沙含量的方法

权利要求书

1.电解质脉冲法测量水流流速和泥沙含量的方法，按以下步骤进行：

1)建立一维电解质脉冲传导模型

泥沙输运控制微分方程为： hw ∂ C ∂ t + hwu ∂ C ∂ x = ∂ ∂ x ( hw D H ∂ C ∂ x ) - - - - ( 1 ) ]]>

式中：h为水流深度(m)；w为水流宽度(m)；C为水流中的泥沙含量(g/l或kg/m³)，u是水流速度；是x和t的函数；x向坡下的坐标(m)；t为时间(s)；D_H为(电解质)泥沙在水中的扩散系数(m²/s)；

控制条件下水流的入流量Q₀为常数，即：

         Q₀＝hwu＝常数                     (2)

设实验条件可以进一步控制，使得：

         u＝常数则有：

        hw＝constant                       (3)将(3)代入(1)式得： ∂ C ∂ t + u ∂ C ∂ x = ∂ ∂ x ( D H ∂ C ∂ x ) - - - - ( 4 ) ]]>问题得边界条件为：

      C(0，t)＝C₀δ(t)                    (4a)

      C(∞，t)＝0                          (4b)初始条件为：

      c(x，0)＝0                           (4c)应用Laplace变换可得： C ( x , t ) = C 0 x 2 t π D h t exp ( ux 2 D H ) exp ( - u 2 t 4 D H ) exp ( - x 2 4 D H t ) - - - - ( 5 ) ]]>由上式经计算机模拟就可以求得u和D_H；

2)泥沙含量的获得

由(5)式计算的D_H和已测量的泥沙含量p，用下式拟合： ρ = aex p bD H ]]>

在以后的测量中，由a＝0.185，b＝1.426和D_H的模拟结果就可以求出泥沙含量；

3)通过以上理论依据的计算和数据存贮，制作通过水流和泥沙含量测试的计算机软件。

2.根据权利要求1所述的电解质脉冲法测量水流流速和泥沙含量的方法，其特征在于：所述水流和泥沙含量测试的计算机软件按以下步骤制作：

采用windows 9x/me下的Visual Basic为开发工具，整个软件分为五大模块，即：数据采集模块、数据显示模块、数据计算模块、数据存储模块和误差分析模块；

1)数据采集模块

探针的电信号经模数转换后输入计算机，数据采集频率为三档，分别为100个/s(每秒采集100个样品值)、1000个/S和5000个/S；对采集的电流值归一化后作测试点电流与时间关系的二维图；

2)数据显示模块

这个模块包括三部分，一是检测结果的显示，同时可来观察测量结果有无异常情况；二是模拟结果显示，用模拟结果和实测结果比较，显示模拟结果的准确性；三是计算结果显示，显示测试点的水流速度和泥沙含量及模拟误差：

3)数据计算模块

①对公式(5)对时间t求导，并使之为零，求出最大值的时间初值。用此时间初值对实验结果进行修正；

②用公式(5)对修正结果用最小二乘法拟合。求出水流速度u和扩散率D_H；

③由公式(6)和经验参数计算泥沙含量；

4)数据存储模块

①初始界面和参数的保存，初始参数如测试点与探针之间的距离、采用的频率等；

②采集数据与模拟结果分别用二进制形式(文件扩展名为xls)和文本格式(文件扩展名为dat)存储，水流流速、扩散系数和泥沙含量的计算用文本格式存储；

5)误差分析模块

用模拟结果和实测结果进行比较，计算模拟结果的标准差和可信度。